2-8. ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА И МИКРОСТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА КОНТАКТОВ В ПРОЦЕССЕ ЭРОЗИИ
Рис. 2-15. Изменение микроструктуры у рабочей поверхности контакта из композиции серебро—никель.
В процессе эрозии и переноса металла контактов происходят изменения структуры и состава поверхностных слоев материала контактов (рис. 2-15).
В исследованиях отмечалось качественное изменение структуры материала как вблизи кратера, так и нароста, образованного перенесенным на противоположный контакт материалом (о вольфраме и его сплавах см. далее).
Рентгеноструктурное исследование пиков, полученных в цепи с емкостью на катодах из сплава золота с 16% никеля, показало, что инк, как и исходный сплав, представляет собой твердый раствор. Однако, происходит ли при переносе изменение состава сплава, в работе установлено не было.
Особенно наглядно изменения микроструктуры наблюдаются в многофазных системах, в частности композициях. И. П. Мелашенко было произведено систематическое исследование изменений микроструктуры на композициях Ag—CdO, Ag—Ni, Ag—W, Ag—Mo, Cu—W и Сu—С (трафит) [Л. 2-25 и 2-26] при воздействии контактной дуги переменного тока большой величины. Им установлено, что во всех композициях происходят значительные изменения микроструктуры вблизи рабочей поверхности: обеднение более легкоплавкой или более летучей составляющей и соответствен ню обогащение зоны вблизи рабочей поверхности контакта более тугоплавкой составляющей; наблюдается появление окислов неблагородных составляющих.
В некоторых случаях имеют место сегрегация (укрупнение) зерен компонентов композиции, а также изменение их структуры.
В композиции серебро—окись кадмия (15%), исследованной более подробно, обнаружено появление наряду с серебром и окисью кадмия новой фазы — твердого раствора серебро—кадмий с 6 % кадмия. Последний в свою очередь подвергается диффузионному окислению, в результате чего наряду с исходной макрокомпозицией существует микрокомпозиция серебро—окись кадмия более бедного состава, по с тонко дисперсным распределением окиси кадмия. Этим и другими микроструктурными изменениями контактных поверхностей и близлежащей зоны объясняется разный характер поведения контактов в процессе работы.
Количественное изменение состава при переносе материала контактов путем химического анализа весьма затруднено, особенно в маломощных контактах, вследствие очень малого количества переносимого материала. Для этой цели были применены радиоактивные изотопы входящие в состав контактных сплавов элементов, чтобы по интенсивности излучения судить об изменении состава сплавов (Л. 2-27).
Исследовались двойные сплавы, имеющие характерные микроструктуры; 1) однофазный твердый раствор серебро — цинк и 2) физическая смесь компонентов (композиция) серебро — никель.
Для сплава серебра с 20% цинка был применен изотоп Ζn65, для композиции серебра с 15% никеля — изотоп Ag110.
Контакты замыкали и размыкали емкостную цепь, содержащую батарею конденсаторов 8 мкф. Под действием искры замыкания материал анода распылялся и частично осаждался на катоде, а большей частью собирался и бюксе. Осевший на катоде и собранный в бюксе материал анода взвешивался и определялась его удельная активность. Сравнивая удельную активность распыленного материала с удельной активностью исходного, вычисляли изменение состава в процессе эрозии анода. В табл. 2-8 приведена интенсивность излучения исходного материала и распыленного осадка, где видно, что осадки, распыленные в пространство, практически сохранили состав исходных материалов.
Таблица 2-8
Активность продуктов распыления контактов
Из сравнения интенсивностей излучения исходных материалов и осадков, перенесенных на вольфрамовый катод, приведенных в табл. 2-9, видно, что при переносе произошло обогащение осадков цинком в сплаве серебро—цинк и серебром в композиции серебро—никель, т. е. металлам, имеющим более высокую упругость пара.
Таблица 2-9
Активность перенесенного материала контактов
Это находится в соответствии с существующим взглядом на процесс переноса в емкостной цепи, основанным на микроскопическом исследовании.
Таким образом, исследование в общем подтвердило, что процесс эрозии состоит из двух параллельных процессов: термического разрушения без изменения состава и процесса, сопровождаемого переносом металла в парообразном состоянии. При этом происходит обогащение компонентом с большей упругостью пара.
Изменения в процессе работы микроструктуры и состава контактного материала оказывают в иных случаях существенное влияние на поведение контактов п должны учитываться при выборе материалов для контактов.
Из рассмотрения процессов эрозии контактов при дуге следует, что свойства материала контактов, в той или иной мере способствующие или препятствующие износу контактов, следующие: температуры плавления, кипения и сублимации, скрытые теплоты плавления, испарения и сублимации, упругость пара при температурах контактной дуги, а также твердость, тепло- и электропроводность, и параметры дуги.
Для контактов малой мощности существенными являются тип диаграммы состояния сплавов и микроструктура.
Для мощных контактов, применяемых в виде композиций, важны капиллярные свойства компонентов: смачиваемость, поверхностное натяжение легкоплавкой составляющей, а также микроструктура.
