4. Контактные материалы

Материалы для контактов. Электрические контакты подразделяют на:

-разрывные – периодически замыкают и размыкают электрическую цепь;

-скользящие – осуществляют передачу тока с подвижной части прибора, электрической машины на неподвижную;

-неподвижные – обеспечивают электрическое соединение неподвижных проводников, например, двух контактных проводов с использованием зажимов.

Материалы для контактов должны удовлетворять следующим основным требованиям: иметь малое переходное сопротивление R_пер, высокую коррозионную и эрозионную стойкость, твердость, высокую электро-и теплопроводность, химическую стойкость, износостойкость, не должны свариваться при работе и другие.

В зависимости от электрической мощности разрывные контакты подразделяют на слабонагруженные, I_раб<5A; средне- и высоконагруженные I_раб>(5…15)А. Слабонагруженные контакты изготовляют из благородных металлов Au, Ag, Pt, Pd, их сплавов, а также сплавов Pt+Ru, Pt+Rh, Cu+Ag и других. Они обладают низким переходным сопротивлением и повышенной стойкостью против окисления. Но у них низкое сопротивление эрозионному изнашиванию, поэтому эти материалы можно использовать только в слабонагруженных контактах.

Средне- и высоконагруженные контакты часто изготавливают методом порошковой металлургии на основе вольфрама, молибдена, серебро-оксид кадмия, серебро-оксид меди, медь – графит, серебро – графит, серебро – никель, а также Ag+Ni+C, Ag+W+Ni, Cu+W+Ni и другие. Медная и серебряная фазы в этих композициях обеспечивают высокую тепло- и электропроводность контакта, а тугоплавкая композиция W, Мо – стойкость к механическому износу, электрической эрозии и свариваемости.

Сплавы на основе серебра и окисленной меди (СОМ-10), полученные по особой технологии [1], являются композиционным материалом, и обладают высокой стойкостью к свариванию и электроэрозионному изнашиванию. Применяются в высоконагруженных контактах, как разрывных, так скользящих.

Скользящие контакты должны обладать высокой стойкостью к истирающим нагрузкам, особенно при сухом трении. Не следует использовать один и тот же материал в скользящей контактной паре, так как при этом сильно увеличивается износ.

Наиболее высокими качествами обладают контактные пары, составленные из металлического и графитсодержащего материалов на основе меди (МГ3,МГ5 – соответственно 3 и 5% графита) и серебра (СГ3, СГ5). Медно-и серебрографитовые щетки применяются широко в электрических машинах.

В приборостроении в качестве щеток скользящих контактов применяют проволоку из проводниковых бронз, реже латуней, отличающихся высокой механической прочностью, износостойкостью, упругостью, антифрикционными свойствами и стойкостью к атмосферной коррозии (например, латуни ЛМц58-2, бронзы БрБ2, БрКд1 и другие). Кадмиевые бронзы по электропроводимости близки к электропроводности меди. Для изготовления коллекторных пластин и колец используют медно-никелевые сплавы, твердую медь, а также медь, легированную серебром.

Сплавы, используемые для соединения металлических деталей при помощи расплавленного дополнительного материала, называется припоями. Они используются при пайке с целью получения электрического или механического соединения. Различают припои двух типов: для низкотемпературной (t_пл 400^оС) и высотемпературной (t_пл > 600^оС) пайки. В приборостроении широкое применение для пайки металлов высокой проводимости находят низкотемпературные припои, которые должны иметь небольшое переходное электрическое сопротивление, обеспечивать хорошую смачиваемость поверхности, близкие ТКЛР материала соединяемых деталей и припоя. Этим требованиям отвечают припои на основе олово-свинец (припои ПОС) и олово-цинк (припои ПОЦ). Для пайки меди и ее сплавов применяют припой марок ПОС-30, ПОС-40, ПОС-61 и другие. Цифра показывает процентное содержание олова. Эвтектический сплав ПОС-61 имеет t_пл=183^оС, хорошую жидкотекучесть и широко применяется для пайки в ПС.

Для снижения температуры пайки припой олово-свинец легируют кадмием. Это припои марок ПОСК (t_пл ~ 140…160^oС).

Для пайки алюминия и его сплавов применяют сплавы на основе металлов олово-цинк: ПОЦ90, ПОЦ60 и другие, затвердевающие при темпераурах t_затв ~ 199…250^oC, и имеющие диаграмму состояния эвтектического типа,

Для пайки изделий, не допускающих нагрева до температуры выше 100^оС, используют сплавы висмута со свинцом, оловом, кадмием: сплав Вуда (t_пл = 60^оС), сплав Розе (t_пл = 94^оС) и другие.

При повышенных требованиях к электропроводности и механической прочности соединения при пайке используют припои, легированные серебром: например, ПСр1,5 (1,5% Ag) – температура плавления и затвердевания у них зависит от процентного содержания серебра и изменяется от 225 до 305^о.