Du coût à la performance, comment les matériaux de contact électrique économes en argent ouvrent-ils la voie ?

Pour réduire l'utilisation de métaux précieux et optimiser les coûts, les chercheurs de Fudar Alloys ont développé un nouveau type de matériau de contact électrique permettant d'économiser l'argenture, une percée qui ouvre de nouvelles opportunités pour l'industrie.

Principe de fonctionnement du fusible thermique et exigences matérielles

La fonction de base d'un fusible thermique est de déclencher un dispositif mécanique pour couper le circuit lorsque la température de l'équipement atteint une valeur définie via le matériau thermique interne. Selon les différents matériaux fondus, les coupures thermiques sont divisées en deux catégories : le type organique et le type d'alliage, parmi lesquels les coupures thermiques de type organique sont largement utilisées dans les appareils électroménagers, les équipements automobiles et d'autres domaines.

Le fusible thermique de type organique se compose principalement de plomb A/B, de résine d'étanchéité, de céramique, de ressort A/B, de contact étoile (contact mobile, électrode mobile, contact étoile), de coque métallique et de particules thermiques, etc., la section transversale du l'état normal est représenté sur la figure 1. L'électrode mobile est en contact avec la surface interne de la coque métallique conductrice et peut être déplacée à l'intérieur de celle-ci ; le ressort de compression A est situé entre l'électrode mobile et le matériau isolant céramique, et le ressort de compression B est situé entre l'électrode mobile et les particules thermiques ; à l'état normal, les ressorts de compression A et B sont à l'état comprimé, et en raison de l'élasticité plus forte du ressort de compression B que celle du ressort de compression A, l'électrode mobile est sollicitée vers le matériau isolant céramique, et le mobile L'électrode et le fil A sont mis en contact par pression et le fil A est généralement en cuivre plaqué argent. Par conséquent, lorsque le fil A, le fil B et le fil du dispositif électronique entrent en contact, par exemple, le courant du fil A à l'électrode mobile, de l'électrode mobile à la coque métallique, puis de la coque métallique au fil B pour transmission et conductrice, le schéma de la boucle de courant illustré à la figure 2. Le matériau sensible à la chaleur est une substance organique, telle que l'acide adipique, avec un point de fusion de 150°C.




La section transversale d'un fusible thermique de type organique après action est illustrée à la figure 3. Lorsque la température de fonctionnement spécifiée est atteinte, la pastille thermique ramollit ou fond et se déforme en raison de la compression du ressort de compression. La pression du ressort de compression B est relâchée. Du fait de la dilatation du ressort de compression B, la compression du ressort de compression A est également relâchée ; En raison de la dilatation du ressort de compression A, l'électrode mobile sera séparée du fil A, de sorte que le circuit sera coupé. Dans cette condition, vous devrez changer le fusible thermique. Le diagramme schématique du circuit de courant après l'action de la coupure thermique de type organique est présenté à la figure 4.




La structure typique ci-dessus est principalement utilisée dans des conditions de courant nominal inférieur ou égal à 16 A, un courant nominal supérieur à 16 A ou plus dans des conditions d'application, ajoute généralement la structure de rivet du contact flottant entre le fil A et l'électrode mobile, le contact flottant Le matériau est généralement de l'oxyde métallique d'argent, pour garantir la fiabilité du processus de coupure. La structure schématique est présentée à la figure 5.


Le composant clé du fusible thermique de type organique, le Star Contact, en tant que noyau de la connexion du circuit, doit répondre aux exigences suivantes :

1. Température de ramollissement élevée : Assurer des performances de contact stables lors d'une utilisation à long terme.

2. Faible résistance de contact : évitez la génération de chaleur ou la perte de fonction en raison d'une résistance accrue.

3. Performances de soudage antistatiques : les contacts doivent être coupés rapidement pendant le test de coupure pour éviter les dommages causés par le soudage.

4. Dureté appropriée : dans des conditions normales et après le test de vieillissement (220℃, 3h), la dureté répond aux exigences standard.

5. Résistance appropriée aux performances de brûlure d'arc et résistance au soudage par fusion : dans les conditions du courant nominal et de la tension nominale, il peut être coupé normalement une fois.

6. Plasticité appropriée : le contact étoile ne se brisera pas pendant le moulage, l’assemblage et l’utilisation.

Développement de matériaux de contact électrique économisant l’argenture

Pour répondre aux besoins de performances des fusibles thermiques et réduire les coûts, les chercheurs de Fudar Alloy ont étudié deux matériaux innovants :

1. Excellent matériau AgCuO à plasticité

- Caractéristiques du matériau :

Avantages : AgCuO a une bonne conductivité électrique, une résistance modérée au soudage par fusion, une faible résistivité, une bonne stabilité thermique et une résistance au transfert de matière.

Inconvénients : Mauvaise plasticité, affectant l’efficacité du traitement et le taux de matériau, le coût global est plus élevé.

Programme d'amélioration :

Conception structurelle : un matériau composite avec une structure à trois couches AgCuO(15)/AgCu12/AgCuO(15) a été développé, la couche centrale AgCu12 offrant une excellente plasticité et la couche externe conservant de bonnes propriétés.

Processus de préparation : Un processus d'oxydation interne est utilisé pour optimiser la plasticité, la résistance et la conductivité électrique du matériau en contrôlant la progression de l'oxydation et en ajustant la taille des particules.

Effet global :

Le matériau AgCuO amélioré équilibre plasticité et performances, ce qui améliore l'efficacité du traitement et l'utilisation du matériau tout en répondant aux exigences d'utilisation.

La comparaison de l'organisation et de la morphologie des matériaux AgCuO(15)/AgCu12/AgCuO(15) et du processus d'oxydation interne conventionnel AgCuO(15) est présentée aux figures 6 et 7.





Dans le domaine des fusibles thermiques de type organique, la température de ramollissement initiale du matériau de contact électrique a une grande influence sur la stabilité de la résistance de contact pendant l'utilisation réelle du fusible thermique, et la température de ramollissement doit généralement atteindre plus de 350 ℃. Processus conventionnel matériaux AgCuO (15) et matériaux AgCuO (15)/AgCu12/AgCuO (15) à l'état recuit de la courbe de ramollissement du produit fini comme le montre la figure 8, selon la courbe de ramollissement peut être vu, AgCuO (15) le Température de ramollissement de départ d’environ 500 ~ 600 ℃. La température du point de ramollissement initial de la couche superficielle AgCuO(15)/AgCu12/AgCuO(15) composée de multicouches AgCuO(15) est également d'environ 500~600°C, et la température du point de ramollissement initial de la couche intermédiaire AgCu12 est d'environ 400~ 500°C.



Les matériaux sont présentés dans le tableau 1.

	AgCuO(15)	AgCuO(15)/AgCu12/AgCuO(15)
Résistivité électrique μΩ·cm	2,35 ~ 2,40	2,33 ~ 2,38
Densité g/cm3	9.53	9.76
AgCuO Dureté de la couche AgCuO avant vieillissement HV0.1	85~90	85~90
AgCuO Dureté de la couche AgCuO après vieillissement HV0.1	80~90	80~90
AgCu Dureté de la couche AgCu avant vieillissementHV0.1	—	95~100
Dureté AgCu de la couche AgCu après vieillissementHV0.1	—	90~100

Composites économes en argent (AgCuONiO/Cu/AgCuONiO)

Structure du matériau :

Couche de surface : AgCuONiOis utilisé, préparé par processus d'oxydation interne pour offrir d'excellentes propriétés.
Couche centrale : Cu est utilisé à la place pour réduire le coût du matériau.

Caractéristiques du matériau :

excellente conductivité électrique et thermique, résistance de contact faible et stable ; résistant à l'usure, pas facile à ramollir par le vieillissement ; Résistance à l'érosion par arc, performances fiables.

Processus de préparation et optimisation :

Le processus d'oxydation interne est utilisé pour ajuster la taille et la distribution des particules d'oxyde en contrôlant les paramètres d'oxydation afin de répondre aux exigences de performances des différentes applications.

Ce matériau est basé sur le principe du renforcement par diffusion des particules d'oxyde, et de nombreuses recherches ont été menées en Chine et à l'étranger sur son mécanisme d'oxydation interne et l'optimisation de ses paramètres.

Dans le domaine des matériaux composites, l'équipe de recherche de Fudar Alloy a développé un matériau de contact électrique AgCuO/Cu/AgCuO permettant d'économiser l'argent. Les matériaux AgCuONiO/ Cu/ AgCuONiO et AgCuO/ Cu/ AgCuO, avec les couches superficielles de AgCuONiO et AgCuO, ont les compositions matérielles habituelles de AgCuO(5)NiO(0.6) et AgCuO(15), et une comparaison de l'organisation globale et la morphologie des composites est représentée sur les figures 9 et 10.


Les courbes de ramollissement des matériaux AgCuONiO/ Cu/ AgCuONiO et AgCuO/ Cu/ AgCuO à l'état recuit fini sont présentées à la figure 11. D'après les courbes de ramollissement, on peut voir que la température du point de ramollissement initial de AgCuO(15) dans le La couche superficielle est d'environ 350 ~ 400 °C, la température du point de ramollissement initial de AgCuO(5)NiO(0,6) est d'environ 350~400°C, et la température du point de ramollissement initial du Cu dans la partie centrale n'est que de 200~250°C, ce qui représente une grande différence entre eux. En termes de température de ramollissement, le matériau AgCuO/Cu/AgCuO peut faire la même chose que le matériau AgCuONiO/Cu/AgCuONiO, et l'effet d'économie d'argent est significatif en raison de la plus faible teneur en argent dans la couche de travail.



Les matériaux sont présentés dans le tableau 2.

		AgCuONiO/ Cu/ AgCuONiO	AgCuO(15)/ Cu/ AgCuO(15)
Résistivité électrique μΩ·cm	1,90~1,95		2.08~2.13
Densité g/cm3	9.44		9h20
La dureté de la couche de surface avant vieillissement HV0.1	85~90		85~90
Dureté de la couche superficielle après vieillissementHV0.1	80~90		80~90
La dureté de la couche de Cu avant vieillissement HV0.1	78~83		78~83
Dureté de la couche de Cu après vieillissement HV0.1	65~75		65~75

Comparaison complète

Alliage AgCu (Solide Solution Renforcé) :

- Avantages : Excellente plasticité, faible résistivité.

- Inconvénients : Faibles températures de fusion et de ramollissement (environ 950°C pour AgCu1 et 850°C pour AgCu15), mauvaise stabilité de la résistance de contact à haute température et en utilisation de longue durée, et capacité de coupure inférieure à celle des produits à base d'oxyde d'argent. matériels.

AgCuONiO et AgCuO (renforcé par diffusion) :

- Avantages : Plasticité appropriée, point de fusion plus élevé (962°C, identique à Ag), température de ramollissement plus élevée, meilleure stabilité de la résistance de contact à long terme, plage de température plus large, excellentes caractéristiques électriques.

- Inconvénients : Fiabilité des contacts électriques légèrement inférieure des structures composites par rapport aux matériaux monolithiques.

Composites à trois couches (Couche de surface AgCuONiO ou AgCuO + Couche centrale de Cu) :

- Avantages : Réduction significative des coûts, meilleure plasticité, résistivité plus faible, épaisseur réglable de la couche de surface pour s'adapter à différents scénarios.

- Inconvénients : température de ramollissement inférieure de la couche centrale de Cu, température de ramollissement réduite de la couche superficielle, résistance électrique légèrement plus élevée à haute température, l'interface composite peut affecter la fiabilité du contact électrique.

Les alliages AgCu conviennent aux scénarios à basse température et à faible coût ; Les matériaux monolithiques AgCuONiO et AgCuO conviennent aux scénarios d'exigences de haute température et de haute performance ; et les composites triple couche établissent un équilibre entre performances et coût, mais la fiabilité dans des conditions de haute température nécessite une attention particulière.

Développements futurs

Pour réduire davantage les coûts et améliorer les performances des matériaux, l'étude recommande :

1. Développer des matériaux à base d'argent à faible teneur en argent : des formulations efficaces à faible teneur en argent telles que AgCuO(20).

2. Optimisez la couche centrale composite : utilisez des alliages de cuivre à haute résistance et haute conductivité au lieu du cuivre ordinaire pour augmenter la température globale de ramollissement.

3. Amélioration de la structure d'appariement : ajoutez une couche d'oxyde d'argent au point de contact du contact en étoile et du fil conducteur pour améliorer les performances de soudage anti-fusion.

Conclusion

Le développement de matériaux de contact électrique économes en argent répond non seulement aux exigences strictes en matière de fiabilité et de performances des fusibles thermiques, mais constitue également une solution viable en matière de réduction des coûts et d'efficacité des ressources. Avec les progrès continus de la technologie, ces matériaux innovants montreront leur potentiel dans davantage de domaines pour garantir le fonctionnement sûr des équipements électriques. Si vous avez des questions sur les matériaux de contact électrique permettant d'économiser l'argenture, n'hésitez pas à nous contacter.