Глава 2
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СКОЛЬЗЯЩИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ
Металлические контактные материалы
Металлы вследствие прежде всего высокой тепло- и электропроводности в наилучшей степени сочетают свойства, необходимые для эффективной передачи тока через контакт с наименьшими потерями. В табл. 2.1 представлены физикомеханические и электрофизические свойства чистых проводниковых материалов, применяемых при изготовлении контактов.
В слаботочных скользящих электрических контактах (ССК) контактные давления, как правило, невысоки, а ток оказывает второстепенное влияние на долговечность. Поэтому при отсутствии существенной электрической эрозии основным эксплуатационным требованием является обеспечение стабильного и малого переходного сопротивления. Этому требованию удовлетворяют благородные металлы и их сплавы (серебро и его сплавы, золото и металлы платиновой группы), обладающие высокой удельной электропроводностью и стойкостью к окислению [38, 80, 129, 275, 278]. Из-за дефицитности благородных металлов они чаще всего используются в виде покрытий, наносимых на цветные металлы и сплавы (медь, латунь, бронза). В последние годы серебро часто заменяется палладием [399]. Кроме того, в ряде специальных контактов применяются покрытия из рения, несмотря на его высокую стоимость. В табл. 2.2 приведены физико-механические свойства наиболее часто употребляемых в слаботочных скользящих контактах сплавов.
В связи с большой материалоемкостью СК электрических машин, аппаратов и токосъемов транспорта широко применяются в качестве контактных материалов медь и ее сплавы, а во многих случаях и черные металлы [135, 311].
Таблица 2.1
Проводниковые контактные материалы и их свойства [311]
Для изготовления контактных колец и пластин коллектора используется электротехническая медь M1, образующая в контакте с углеграфитовыми щетками сложную по строению пленку (политуру), которая определяет коммутирующую способность, контактное падение напряжения и износостойкость скользящего контакта. При длительных рабочих температурах до 155 °С подходящим материалом является проводниковая бронза МС0,1, с присадкой серебра. Наиболее универсальна по параметрам магниевая бронза БрМrО,2, рекомендованная для машин с длительными рабочими температурами 230 °С.
Таблица 2.2
Свойства контактных сплавов [311]
Таблица 2.3
Номенклатура и основные свойства проводниковых материалов для коллекторов и контактных колец электрических машин [311]
Таблица 2.4
Основные свойства электроосажденных контактных покрытий (РТМ16.685.005—73) [311]
Для скользящего контакта с более высокими температурами предназначается хромистая бронза БрХ0,7. В настоящее время освоена в производстве циркониевая бронза БрЦр0,2, имеющая несколько лучшие характеристики, чем бронза БрХ0,7 [311].
Наряду с цветными металлами в токосъемах некоторых электрических машин, в частности турбогенераторов, применяются и черные. Так, например, контактные кольца с плотностями тока под щетками до 15—20 А/см2 изготавливают из нержавеющей стали и чугуна, обладающих более высокими механическими свойствами, чем медные сплавы.
Для изготовления СК электрических аппаратов широко применяется кадмиевая или бериллиевая бронза, имеющая высокую износостойкость, коррозионную устойчивость и достаточную электропроводность. В ползунковых переключателях для ползунка обычно используется фосфористая бронза, а для точечных неподвижных контактов — латунь Л63 или латунь Л С59-1 [278,311].
Материалом троллеев транспортных средств служит твердотянутая медь фасонного профиля. В последнее время применяется также кадмиевая или магниевая бронза с проводимостью, равной 80—85% проводимости чистой меди. Троллей из бронзы в 1,5—2,5 раза более износостоек, а его повышенная механическая прочность позволяет облегчать конструкцию воздушной подвески. Для метрополитена в качестве троллея применяется стальной рельс, а на секциях метро — токоприемник из литой стали. На пантографах и токоприемниках железнодорожного и городского электроподвижного состава контактным полозом может быть твердотянутая медь, смазанная графитовой мазью [43, 127, 142].
В табл. 2.2 и 2.3 приведены основная номенклатура и свойства металлических проводниковых материалов для скользящих электрических контактов различного назначения.
В целях повышения стабильности, улучшения характеристик и условий охлаждения контактная поверхность скользящих контактов путем электроосаждения покрывается тонким слоем родия, палладия, хрома и никеля. Свойства данных покрытий приведены в табл. 2.4.
Таким образом, из приведенного выше видно, что номенклатура применяемых в СК металлических материалов достаточно широка, но наиболее распространены медь и ее сплавы в сильноточных, а серебро и его сплавы — в слаботочных СК.
