Comment le traitement en poudre améliore les matériaux de contact AgZnO10 pour disjoncteurs

L’oxyde de zinc-argent (AgZnO10) est largement utilisé comme matériau de contact électrique dans les disjoncteurs, car il résiste au soudage des contacts et à l’érosion par arc électrique. Cependant, la composition ne constitue qu’une partie du processus. La préparation de la poudre peut influencer la densité du matériau, la liaison entre les particules et la résistivité électrique, autant de facteurs qui affectent les propriétés physiques du contact final.

Pour améliorer les pastilles de contact en métallurgie des poudres (PM) AgZnO10 destinées aux applications de disjoncteurs, Fudar Alloy a comparé trois procédés de production : le mélange mécanique conventionnel des poudres, la poudre préoxydée non traitée et la poudre préoxydée suivie d’une étape de traitement supplémentaire. Ce traitement visait à résoudre un problème clé de la poudre non traitée : la formation d’une couche riche en ZnO autour des particules d’argent, qui empêchait une bonne compaction et un frittage efficace.

Pourquoi la préparation de la poudre est importante

Le mélange mécanique des poudres est couramment utilisé pour les contacts destinés aux courants élevés, mais il peut entraîner une agglomération localisée du ZnO et une densité relativement faible. L’oxydation interne des contacts finis constitue une méthode plus simple et moins coûteuse, mais elle peut produire une microstructure plus grossière et une résistivité plus élevée. La préoxydation de la poudre AgZn atomisée peut améliorer la dispersion de l’oxyde, mais le pressage direct de la poudre crée un autre problème.

Au cours de l’oxydation, le zinc peut migrer vers la surface des particules et former une couche riche en ZnO autour des particules d’argent. Cette couche réduit le contact métal-métal, ce qui rend la poudre plus difficile à compacter et contribue à augmenter la résistivité.

Fudar Alloy a évalué une étape supplémentaire de traitement de la poudre en comparant des éprouvettes de 50 × 10 × 2 mm produites selon les trois procédés. Des analyses SEM et métallographiques ont été utilisées pour examiner les surfaces de la poudre, la morphologie des fractures et la distribution interne du ZnO. La densité, la résistivité et la microdureté HV0.3 ont ensuite été mesurées.

Évolution après le traitement de la poudre

Les images SEM ont révélé une modification nette de la surface de la poudre. La poudre préoxydée non traitée présentait une surface rugueuse et irrégulière. Après le traitement supplémentaire, une grande partie de la couche superficielle avait été éliminée, laissant des particules plus lisses.

Les images métallographiques ont montré des changements correspondants à l’intérieur des éprouvettes pressées. Les échantillons produits par mélange mécanique contenaient des agglomérats localisés de ZnO, tandis que ceux fabriqués à partir de poudre préoxydée non traitée présentaient des couches riches en ZnO autour de certaines particules d’argent. Après traitement, ces couches avaient été fragmentées et les particules de ZnO étaient plus fines et réparties plus uniformément dans la matrice d’argent.

Une meilleure liaison pendant le frittage

Lors du frittage, la poudre pressée est chauffée afin que les particules voisines puissent se lier sans fondre complètement. Dans l’éprouvette non traitée, la couche superficielle riche en ZnO limitait le contact entre les particules d’argent, laissant une surface de fracture lâche et granulaire. Après traitement, la surface de fracture apparaissait plus continue, ce qui suggère une meilleure liaison métallurgique au sein de la matrice d’argent.

Propriétés physiques mesurées

La poudre préoxydée traitée présentait une dureté et une densité plus élevées ainsi qu’une résistivité plus faible que la poudre non traitée.

Une résistivité plus faible signifie une opposition moindre à la circulation du courant, tandis qu’une densité plus élevée indique généralement moins de pores et une liaison plus complète entre les particules. Le matériau préoxydé non traité ne respectait pas les limites PM indiquées pour la densité ou la résistivité. Après traitement, sa dureté, sa densité et sa résistivité respectaient toutes les exigences PM indiquées. Par rapport au mélange mécanique, le matériau traité présentait une dureté et une densité plus élevées, tandis que sa résistivité restait dans une plage tout aussi faible.

Ce que les résultats signifient pour les contacts de disjoncteurs

Les résultats indiquent que le contrôle de la couche superficielle riche en ZnO peut rendre la poudre préoxydée plus adaptée aux pastilles de contact PM utilisées dans les applications de disjoncteurs. Par rapport à la poudre préoxydée non traitée, le traitement supplémentaire a produit une distribution du ZnO plus fine et plus uniforme et a amélioré les propriétés physiques mesurées.

Ces résultats s’appliquent aux matériaux et aux conditions de traitement évalués. La durée de vie en commutation n’a pas été testée ; une validation électrique spécifique à l’application reste donc nécessaire dans les conditions de charge et de fonctionnement prévues.

Fudar Alloy développe des pastilles de contact PM pour les applications de disjoncteurs et propose une assistance couvrant la sélection des matériaux, la conception des contacts, la fabrication et la validation des applications. Découvrez nos solutions de pastilles de contact PM ou contactez notre équipe pour discuter de vos besoins.