Cependant, avec l'augmentation des exigences en matière de protection de l'environnement et la pression sur les prix de l'argent, la recherche et le développement de matériaux de contact AgCdO hautes performances et économes en argent sont devenus le centre de la recherche industrielle. Les chercheurs
de Fudar Alloy ont étudié l'application et les performances d'un matériau de contact AgCdO à haute teneur en oxyde dans les contacteurs AC GMC-50.
Pourquoi choisir des matériaux AgCdO à haute teneur en oxyde ?
Le matériau de contact AgCdO présente les avantages suivants :
1. Soudage anti-fusion puissant : empêche efficacement les contacts de se coller et prolonge la durée de vie de l'équipement.
2. Propriétés électriques stables : une faible résistance de contact assure une transmission efficace du courant.
3. Résistance à l’érosion par arc : La surface de contact maintient une bonne intégrité même dans des environnements à courant élevé.
Afin de réduire davantage la teneur en argent tout en améliorant les propriétés électriques, les chercheurs ont ajouté des traces de Sn (étain) au matériau AgCdO conventionnel et ont optimisé l'organisation du contact grâce à un processus d'oxydation interne.
Développement de matériaux AgCdO à haute teneur en oxydes
1. Le rôle de l'ajout de l'élément Sn
Les particules SnO₂ ont une excellente stabilité thermique et peuvent réduire l'agrégation de CdO (oxyde de cadmium) aux joints de grains, empêchant l'agrégation d'oxydes aux joints de grains d'entraîner une dégradation des performances. Sn et CdO jouent un rôle complémentaire pour améliorer encore la résistance du matériau au grillage et au soudage par fusion. La formulation finale choisie pour ce test est présentée dans le tableau 1.
Tableau 1：
| Non. |
Ag |
CdO |
SnO2+T |
| 1# |
Équilibre |
15 |
1,5 |
| 2# |
Équilibre |
17 |
2 |
| 3# |
Équilibre |
17 |
2.5 |
2. Comparaison des performances du même matériau dans différents processus d'oxydation interne
Pour sélectionner un processus d'oxydation interne approprié, tout d'abord, le matériau 1# est oxydé dans différentes conditions d'oxydation interne, et les propriétés physiques des contacts sont comparées pour sélectionner un processus d'oxydation approprié.
Tableau 2：
| Non. |
Température (℃) |
Pression d'oxygène (MPa) |
Temps (heures) |
| Technologie A |
700 |
0,5 |
— |
| TechnologieB |
700 |
0,8 |
— |
| technologie |
750 |
0,8 |
— |
Le matériau d'essai 1# a été oxydé intérieurement dans les conditions ci-dessus pendant un certain temps jusqu'à ce que l'échantillon soit oxydé. Les propriétés physiques et l'organisation métallographique des contacts ont été comparées après oxydation.
Structure métallographique
Figure 1、Formulation 1#、TechnologieA、200X
Figure 2、Formulation 1#、TechnologieB、200X
Figure 3、Formulation 1#、TechnologieC、200X
Les joints de grains de contact sur la figure 1 sont évidents, indiquant que certains oxydes sont précipités aux joints de grains au cours du processus d'oxydation ; alors que sur la figure 2, les joints de grains sont fins et moins d'oxydes sont précipités aux joints de grains, et le taux de diffusion du Cd est accéléré à des pressions d'oxygène plus élevées, et les plasmas d'oxydes sont uniformément répartis dans les joints de grains ; sur la figure 3, les joints de grains sont plus discrets et les particules d'oxydes dans les joints de grains de contact précipitent plus grossièrement, ce qui suggère qu'une augmentation de la température et de la pression peut accélérer la diffusion du Cd, à des températures plus élevées pour rendre les particules d'oxyde précipitées plus grossièrement. .
3. Optimisation des technologies d'oxydation interne
L'étude compare trois processus d'oxydation interne (A, B et C) pour traiter les matériaux AgCdO à différentes températures et pressions d'oxygène, respectivement, et conclut finalement que :
Dureté
|
Dureté (HV0.3) |
| Technologie A |
101 |
| Technologie B |
98 |
| Technologie C |
97 |
La dureté du matériau d'essai n° 1 ne différait pas beaucoup entre les trois processus d'oxydation.
Résistivité électrique
|
Résistivité électrique（μΩ·cm） |
| Technologie A |
3.12 |
| Technologie B |
2,91 |
| Technologie C |
2,76 |
La résistivité électrique la plus faible dans la technologie d'oxydation interne C est due au fait que les joints de grains des contacts sont les moins prononcés dans la technologie C, alors que la technologie A présente la distribution d'oxydes de grains la plus élevée.
Sous la technologie C, 750 °C et une pression d'oxygène de 0,8 MPa, les particules d'oxyde sont uniformément réparties et la dureté de contact et la résistivité affichent les meilleures performances. La technologie a permis de réduire considérablement l’érosion par arc des contacts tout en conservant des propriétés électriques stables.
4. Comparaison des performances de différents matériaux sous la même technologie d'oxydation interne
Le processus d'oxydation interne a été sélectionné en utilisant la technologie C. Trois échantillons de matériaux d'essai ont été soumis à une oxydation interne dans le même four, et les performances de différentes formulations de matériaux dans ces conditions d'oxydation a été comparé.
Structure métallographique
Figure 4、Formulation 1#、TechnologieC、200X
Figure 5、Formulation 2#、TechnologieC、200X
Figure 6、Formulation 3#、TechnologieC、100X
Sous une même technologie d'oxydation C, l'organisation métallographique après oxydation varie considérablement au sein de différentes formulations. Par rapport à la figure 4, la précipitation en forme d'aiguille des particules d'oxyde sur la figure 5 est plus évidente, et un tel agencement ordonné d'oxydes en forme d'aiguille peut jouer le rôle de renforcement des fibres, ce qui entraîne une meilleure résistance au brûlage du matériau. Sur la figure 6, une importante agrégation d'oxydes est apparue après l'oxydation de la formulation 3#, ce qui a empêché l'oxydation ultérieure du matériau, et la structure métallographique montre que la région d'agrégation d'oxydes est située autour des joints de grains. Dans le processus de coulée, Sn précipite préférentiellement le Cd au joint de grain, mais lorsque la teneur en Sn est plus élevée, une partie du Sn précipite près du joint de grain, de sorte que dans le processus d'oxydation interne, la diffusion de l'oxygène du joint de grain vers l'intérieur du joint de grain est ralenti dans le joint de grain autour de la réaction avec le Cd et le Sn et ainsi de suite pour former des oxydes, à mesure que l'oxydation progresse, le phénomène d'agrégation des oxydes est plus grave et le passage des atomes d'oxygène est plus difficile, et enfin la formation de la figure 6, telle qu'une agrégation importante près des joints de grains, ce qui fait que le processus d'oxydation interne ne peut pas poursuivre l'organisation métallographique. Un tel phénomène peut être obtenu en augmentant la pression de l'oxygène pour obtenir une oxydation douce, mais en raison des limitations de l'équipement domestique, il ne peut pas être effectué sous un test d'oxydation à plus haute pression.
Dureté
|
Dureté (HV0.3) |
| Formulation 1# |
104 |
| Formulation 2# |
97,4 |
Comme la formulation 3# n'a pas pu être oxydée avec succès, la dureté a été testée uniquement pour les formulations 1# et 2, qui n'étaient pas très différentes.
Résistivité électrique
|
Résistivité électrique (μΩ · cm) |
| Formulation 1# |
2,76 |
| Formulation 2# |
2,92 |
La résistivité n’a pas été testée pour la formulation 3# car elle n’a pas pu être oxydée avec succès. D’après les données, on peut voir que la résistivité de la formulation 2# est élevée, ce qui est dû à la teneur plus élevée en oxyde de la formulation 2#.
En comparant l'organisation métallographique, la dureté et la résistivité, et en tenant compte de la teneur en argent de la formulation,
la formulation 2# a été sélectionnée pour la formulation des échantillons d'alimentation des contacteurs AC de la série GMC, tandis que la technologie C a été sélectionnée pour le processus d'oxydation interne.
Tests et vérification des performances des matériaux
Dans le contacteur CA GMC-50, les tests de performances suivants ont été effectués sur le matériau de contact AgCdO à haute teneur en oxyde développé à des températures allant de 5°C à 35°C, une humidité relative inférieure à 85 % et des altitudes inférieures à 2 000 mètres. :
1. Test d'augmentation de la température
| Connecteur de câblage |
Température du pré-test |
Température post-test |
Référence |
Augmentation de la température |
Résultat |
| R. |
30.2 |
72,7 |
<70 000 |
42,5 |
D'ACCORD |
| Oui |
30.3 |
74,4 |
44.1 |
D'ACCORD |
| T |
30.3 |
80,1 |
49,8 |
D'ACCORD |
| OU |
30.2 |
72,4 |
42.1 |
D'ACCORD |
| V |
30.3 |
82,6 |
52.3 |
D'ACCORD |
| W |
30.1 |
77,0 |
46,9 |
D'ACCORD |
Comme le montre le tableau ci-dessus, les échantillons ont fonctionné au courant nominal et les élévations de température mesurées étaient toutes inférieures à 70 K, répondant ainsi aux exigences de conception.
2. Test de durée de vie électrique
Conditions réelles du circuit de test
| Tension d'essai (V) |
Courant d'essai (A) |
Facteur de puissance |
À l'heure (ms) |
Temps d'arrêt (ms) |
| 450 |
192 |
0,35 |
100 |
9000 |
Dans des conditions de test AC-4 (tension 450 V, courant 192 A), les échantillons ont atteint une durée de vie électrique de plus de 56 000 cycles.
3. Tests de connexion et de rupture
Test de connexion
Conditions réelles du circuit de test
| Tension d'essai (V) |
Courant d'essai (A) |
Facteur de puissance |
À l'heure (ms) |
Temps d'arrêt (ms) |
| 450 |
384 |
0,45 |
100 |
9000 |
Test de connexion et de rupture
Conditions réelles du circuit de test
| Tension d'essai (V) |
Courant d'essai (A) |
Facteur de puissance |
À l'heure (ms) |
Temps d'arrêt (ms) |
| 450 |
320 |
0,45 |
100 |
9000 |
Après 50 cycles de tests marche/arrêt à haute intensité, la surface de contact ne présente pas de brûlures ou d'anomalies évidentes et les performances sont stables.
4. Tests d'endurance
Conditions réelles du circuit de test
| Tension d'essai (V) |
Courant d'essai (A) |
Facteur de puissance |
À l'heure (ms) |
Temps d'arrêt (ms) |
| 450 |
192 |
0,45 |
100 |
9000 |
Les propriétés de résistance d'isolement et d'endurance à la tension des échantillons répondent aux exigences après 6 000 opérations consécutives dans les conditions de fonctionnement convenues.
Applications et avantages
1. Effet d'économie d'argent remarquable
En ajoutant des éléments Sn et en optimisant le processus d'oxydation, les nouveaux contacts AgCdO réduisent la quantité d'argent tout en respectant, voire en dépassant, les propriétés électriques des matériaux AgCdO12 et AgCdO15 traditionnels.
2. Haute adaptabilité
Le matériau peut fonctionner de manière stable dans les contacteurs AC GMC-50 et convient également à d'autres équipements électriques basse tension ayant des exigences de haute performance.
3. Équilibre entre protection de l'environnement et économie
Bien qu'il existe une certaine controverse sur le respect de l'environnement des matériaux CdO, une optimisation telle que l'ajout de Sn a réduit la volatilité des matériaux de contact, atténuant ainsi l'impact sur l'environnement tout en abaissant les coûts de production.
Conclusion
En ajoutant des éléments Sn et en optimisant le processus d'oxydation interne, le matériau de contact AgCdO à haute teneur en oxyde peut résoudre les défauts des matériaux traditionnels, ce qui permet non seulement d'obtenir un effet d'économie d'argent, mais également d'améliorer considérablement les performances électriques. En tant que matériau de contact central du contacteur CA MC-50, il présente une excellente stabilité et durabilité, ce qui constitue une direction importante pour la mise à niveau de la technologie des contacts électriques.
À l’avenir, avec le développement de matériaux plus respectueux de l’environnement et les progrès de la technologie des procédés, ces matériaux de contact joueront un rôle clé dans une gamme plus large d’équipements électriques. Si vous avez des questions sur le matériel de contact AgCdO, n'hésitez pas à nous contacter.
