Прочие материалы и металлокерамические композиции

Никель имеет высокие параметры дуги, малую склонность к образованию игл при мостиковой эрозии; стоек к атмосферной коррозии и образован по сернистых пленок; не окисляется при воздействии высокой температуры и контактной дуги. Окисная пленка на никеле тонка и непрочна, легко разрушается, не нарушает электри­ческой проводимости. Недостаток никеля — низкий ток сваривания. Применяется для скользящих контак­тов (щеток) электрических машин и для разрывных контактов в металло-керамическнх композициях.

Металлокерамические композицииприменяются для изготовления мощ­ных контактов (табл. 15); серебро — вольфрам, серебро — молибден, медь — вольфрам, медь — молибден, серебро — окись кадмия, серебро — никель и др. Контакты изготовляют спеканием смесей металлических по­рошков или пропиткой спрессованной тугоплавкой основы легкоплавкими компонентами.

СКОЛЬЗЯЩИЕ КОНТАКТЫ

К скользящим контактам относятся подвижные контакты, в которых кон­тактирующие части скользят друг по другу без отрыва. Такие контакты ставят в электрических машинах ме­жду кольцами или коллекторами и щетками; в различных приборах и электрических устройствах между коллекторами или кольцами и токосъемниками (электрические счетчики тока, следящие системы, обегающие устройства в измерительных цепях автоматических приборов, переклю­чатели показывающих приборов).

По конструкции и назначениюсколь­зящие электрические контакты можно разделить на три вида: ламели, кол­лекторы, кольца, по которым скользит второй токосъемный контакт; потен­циометрические обмотки из тонкой проволоки, реохорды, которыеявляются элементом сопротивления и одно­временно ламелью для упругого скользящего контакта; токосъемный контакт, чаще упругий или в виде ролика.

Факторы, влияющие на износ раз­рывных контактов, имеют место и при работе скользящих контактов, однако характер износа несколько иной.

Износ скользящих контактов под­разделяют на механический — связан с износом от трения упругого кон­такта по ламели или реохорду и пла­стической деформацией металла в про­цессе работы, зависит от механических свойств металлической пары; элек­трический (эрозия) — связан с про­хождением тока через ламели и рео­хорды и съемом его через упругий кон­такт; прецизионные скользящие кон­такты должны практически работать без эрозии; химический (коррозия) — связан с окислением контактной по­верхности и образованием непроводящих пленок, зависит от коррозионных свойств материала в условиях нормаль­ной и повышенной температуры (до +300 °С); усиливается от повышения влажности и наличия в атмосфере некоторых вызывающих коррозию примесей.

В процессе работы может произойти приваривание упругого контакта к реохорду или ламели. Приваривание связано с прохождением тока через реохорду или ламель и съемомего че­рез упругий контакт. Износ скользя­щих контактов в основном вызывается действием содержащихся в атмосфере примесей и вследствие истирания.

В зависимости от назначения, усло­вий эксплуатации и характера износа скользящих контактов к материалам, предназначенным для их изготовле­ния, предъявляют следующие требо­вания: высокая износоустойчивость в соответствующем эксплуатационном режиме за срок службы устройства или прибора; высокая коррозионная устойчивость, обеспечивающая на­дежность и продолжительность ра­боты в определенных средах; малаявеличина переходного сопротивления и 'ее стабильность в процессе работы и'длительного хранения в различных условиях внешней среды; малая термо-э. д. с. в паре с медью; технологич­ность (легкая обрабатываемость, возможность пайки).

Работа скользящих контактов, на­пример контакта между щеткой и коллектором, тесно связана с трением иизносом. Чтобы не было заедания, один из контактов должен быть тверже другого, а более мягкий контакт до­статочно пластичным и иметь возможно меньшую тенденцию к наклепу.

Наилучшим материалом для сколь­зящих контактов (коллекторов и ще­ток) является уголь, который имеет наиболее высокое напряжение дугообразования по сравнению со всеми известными проводниковыми мате­риалами.

Некоторые металлографитные щет­ки, состоящие из смеси углерода (гра­фита) с порошком меди или серебра, по своей структуре н физической при­роде имеют много общего с металлокерамическими композициями для мощных разрывных контактов.

Часто щеточный контакт выполняет­ся в виде наборной щетки, состоящей из нескольких упругих пластин. Щетка укреплена на рычаге и прижимается к контактной ламели пружиной. Упру­гие пластины изготовляются обычно из оловянно-цинковой или оловянно-фосфористой бронз, а контактные ла­мели — из твердой латуни или бронза.

Особый интерес для использования в качестве скользящих контактов пред­ставляют проводниковыебронзы:

для коллекторов применяют кадми­евую медь, а для контактных колец — бериллиевую бронзу и сплав купаллой (0,3—1,0 % Сг, 0,1 % Ag, остальное — медь). Бериллиевые и кадмиевые бронзы применяют для скользящих контактов с особенно большим числом включений и выключений.

При выборе сплавов для скользящих контактов с малой истираемостыо не­обходимо руководствоваться опре­деленным соотношением твердостей материала ламели и материала упруго­го токосъемного контакта. Твердость упругого контакта должна превосхо­дить твердость ламели на 15—30 еди­ниц по Виккерсу. Это соотношение определяется тем, что поверхность упругого контакта совершает значительно большую работу против сил трения, чем каждая точка на рабочей дорожке ламели или потенциометра.

Сплавы с преобладающим содержа­нием палладия и платины не подвер­жены окислению при нагреве до 300°С и воздействия среды с влажностью 98 % при 20 и 40 °С. При этих усло­виях переходное сопротивление спла­вов остается небольшим по величине и постоянным по времени.

Чистое серебро и его сплавы с 20 % Pd (марки ПдС-80), 2 % Ni и 20 % Си (марки «Аргадур»), а также сплава золота с 40 и 60 % Ag в условиях среды с повышенной влажностью (до 98 %) образуют на поверхности плен­ки, которые значительно повышают переходное сопротивление контакта. При нормальной влажности повышение температуры этих сплавов серебра не вызывает увеличения переходного сопротивления. Сплавы золота с нике­лем имеют устойчивое переходное со­противление при воздействии среды с влажностью 98 %, но при повышении температуры до 300 °С образуют на поверхности пленку, которая в не­сколько раз увеличивает переходное сопротивление в месте контакта.

В условиях повышенной влажности и нагрева сплавы из неблагородных металлов непригодны для скользя­щих контактов, так как не обеспечи­вают надежного контактирования. При малых контактных нагрузках и коммутировании малых токов условия работы контактов очень сложны, и им удовлетворяют только сплавы на осно­ве платины, палладия и золота.

Для токов ниже 500 мкА следует применять сплавы с небольшими до­бавками неблагородных металлов (5—8%). Для прецизионных контакт­ных сплавов с повышенными требова­ниями по надежности в этих же пре­делах ограничивается легирующая добавка серебра. Для контактов, ком­мутирующих токи до 20 мкА, могут быть использованы сплавы платины с добавками иридия, меди и никеля, а также сплавы палладия с 10 и 18 % Ir.

При выборе материалов для контак­тов надо иметь в виду, что для обеспе­чения условий нормальной работы скользящих контактов совершенно недостаточно иметь набор контактных материалов с параметрами статических переходных сопротивлений. Необхо­димы изучение условий работы кон­тактов, выбор конструкции контакт­ного узла и контактных материалов по динамическим характеристикам и разработка технологии сборки узла и подготовки его поверхностей.