Неблагородные металлы и сплавы на их основе

Медь и сплавы на ее основе. Медь обладает высокими тепло- и электро­проводностью (на втором месте после серебра) и теплоемкостью, т. е. обла­дает комплексом свойств, обеспечи­вающих хороший отвод тепла от кон­тактов. Медные контакты меньше подвержены перегреву током даже по сравнению с серебряными (при отсут­ствии окисления). Медь недорога. Кор­розионные свойства меди невысокие; корродирует в атмосферных условиях с образованием оксидных и сульфид­ных пленок, которые могут приводить к нарушению проводимости контактов. При нагреве медь окисляется еще в большей степени, но образуемые при этом пленки легко разрушаются. При температуре мощной дуги проис­ходит диссоциация окиси меди с об­нажением медной поверхности — это предотвращает нарушение контакта. Твердость и прочность на разрыв, пара­метры дуги у меди выше, чем у серебра, она менее склонна к иглообразованию, но из-за окисления непригодна для маломощных контактов. Медь успешно можно применять в устройствах, ра­ботающих с большими механическими усилиями с притирающим или про­скальзывающим действием (механи­ческое разрушение окисной пленки), при высоких напряжениях (электри­ческое разрушение — пробой описан­ной пленки) — это различного рода контакторы и выключатели,

В мощных установках вследствие большого обгара и недостаточной на­дежности медь не рекомендуется ис­пользовать. Ее нужно заменять металлокерамическими композициями.

Примеси металлов повышают проч­ность и твердость меди. Некоторые примеси, например серебро и кадмий, мало понижают тепло- и электропро­водность меди, поэтому в небольших количествах их рационально вводить в медь.

С целью повышения твердости кон­тактов рекомендуется применять медь с 2—6 % Ag. Присадка серебра мало изменяет электропроводность ме­ди, но уменьшает ее склонность к сва­риванию.

Значительно улучшает качество контактов присадка кадмия (до 1,5 %). Сплав способен к остариванию и дис­персионному твердению. Присадка 1 % Cd мало влияет на электропроводность меди, но значительно уменьшает ее свариваемость и увеличивает износо­устойчивость, Кадмий в несколько раз уменьшает износ меди при истирании.

Известен сплав меди с 1 % Cd. Его рационально применять для кол­лекторных пластин и троллейных про­водов.

ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ

Для изготовления контактов при­меняют тугоплавкие металлы: воль­фрам, молибден, рений. Они имеют наибольшую температуру плавления и твердость среди металлов, применя­емых для контактов.

Вольфрам имеет параметры дуги, большие, чем у платины (хорошо про­тивостоит образованию дуговых раз­рядов); мало подвержен эрозии и пере­носу металла (в несколько раз меньше, чем платина). Это обусловлено его высокими механическими и терми­ческими свойствами. Вольфрамовые контакты не свариваются в работе, чрезвычайно прочны и износоустой­чивы, их можно применять при высо­ких давлениях, необходимых для раз­рушения окисной пленки, образую­щейся вследствие их окисляемости. Длительность службы их очень ве­лика.

Несмотря на образование окис них пленок на поверхности вольфрама, он имеет устойчивое в процессе работы контактное сопротивление, что объ­ясняется относительно высокой элек­тропроводностью вольфрамовых окисных плевок. Кроме того, при сопри­косновении контактов плевки легко пробиваются с установлением электри­ческого контакта.

Вольфрам довольно стоек к атмо­сферной коррозии в обычных условиях, но очень чувствителен к воздействию газов, выделяемых из пластмасс и изоляции, особенно в условиях по­вышенной влажности. При их воздей­ствии нарушается контактная проводи­мость вольфрама. Интенсивная кор­розия вольфрама может вызываться электрохимической коррозией в паре с материалом контактодержателя, при­поя и т. д. Защита против образования непроводящих пленок — вакуум, во­дород, чистый азот.

Вольфрам — один из самых распро­страненных контактных материалов. Его рационально применять в мощных электрических установках, он не пригоден для работы при малых кон­тактных нажатиях.

Молибден имеет более высокое мини­мальное напряжение дуги, но несколь­ко меньший, чем у вольфрама, мини­мальный ток. Механические и тер­мические свойства молибдена ниже, чем у вольфрама, поэтому эрозия ка­тода при дуге у молибдена выше, чем у вольфрама, а эрозия анода в емко­стной цепи меньше.

Молибден подвержен атмосферной коррозии при повышенной температуре с образованием рыхлых окислов, что приводит к внезапному полному на­рушению проводимости, поэтому контактыиз молибденаненадежныпри работе на воздухе.

В качестве контактных материалов могут быть использованы вольфраме-молибденовыесплавы, представля­ющие собой неправильный ряд твердых растворов. Максимум электрического сопротивления, твердости и минимум температурного коэффициента сопро­тивления в сплаве с 45 % Мо, минимум эрозии — в сплаве с 34 % Мо. С уве­личением молибдена в сплавах умень­шается коррозионная устойчивость на воздухе, нарушается проводимость. Сплавы вольфрама с молибденом, в ча­стности с 34 % Мо, рационально ис­пользовать при работе в среде, обеспе­чивающей отсутствие окисления (вакуумные или наполненные инерт­ным газом выключатели).

Вольфрам и молибден используются в металлокерамических композициях для мощных контактов.

Рений тугоплавок, тверд и прочен, как вольфрам, пластичен и окисляется, как молибден, но образует летучие окислы. Под действием дуги контакты самоочищаются от окисных пленок. Рений имеет высокое электрическое сопротивление. Параметры контакт­ной дуги более низкие, чем у вольфра­ма и молибдена. Контакты стойки при дугах постоянного тока большой вели­чины, оксидная пленка мешает пере­носу металла и свариванию контактов. Рений сохраняет контактную про­водимость при воздействии высокой температуры контактной дуги,

Рениевые контакты рационально применять в высоконагруженных пре­рывателях тока, магнето, двигателях, работающих в морских условиях; для низковольтных разрывных контактов на токи в несколько ампер в аппара­туре, длительно хранящейся на воз­духе.

Нашли применение сплавы рения с вольфрамом (15—20 % Re), лежа­щие в области ограниченных твердых растворов. Они имеют повышенную износоустойчивость в условиях вибра­ционного режима при токах до 3 А и напряжении до 20 В, В чистом виде рений для контактов применяется ред­ко, только для случаев работы в парах углеводородов при достаточно высо­ком напряжении и малом токе.

Кобальт применяют для легирова­ния сплавов палладия и платины и в металлокерамических композициях как связующий материал.

Ртуть — единственный металл, при­меняемый для контактов в жидком виде — в специальных ртутных вы­ключателях.

Графит имеет высокую температуру плавления и не образует твердых окис­лов, не имеет изолирующих пленок. Контактные свойства: напряжение дуги наиболее высокое, минимальный ток наиболее низкий (среди всех ме­таллов). Не образует мостиков и игл, Его недостатком является низкая ме­ханическая прочность, способность расслаиваться. Удельное электриче­ское сопротивление графита падает с повышением температуры.

Легкоплавкие металлы. При изго­товлении контактных сплавов приме­няют легкоплавкие металлы: цинк, кадмий, индии, свинец, олово. Их иногда применяют как легирующие

добавки, а в основном для металло­керамических композиций в виде окис­лов.