3.8.1. Материалы для скользящих контактов

Скользящие контакты обеспечивают переход электрического тока от неподвижной части устройства к подвижной.

При работе скользящих контактов их поверхности подвергаются механическому износу и коррозии.

К скользящим контактам относят пружинные металлические и электротехнические угольные.

Материалы для пружинных скользящих контактов должны обладать следующими свойствами: высокая прочность и твердость, высокая упругость, низкое удельное электрическое сопротивление, малое падение напряжения на контакте, высокая стойкость к истиранию, выдерживают работу на больших скоростях, стойкость к окислению.

В качестве пружинных металлических контактных материалов применяют твёрдотянутую электролитическую медь, специальные сорта бронз (кадмиевые, кадмиево-оловянистые, бериллиевые), а также материалы соединения серебро-окись кадмия.

Основное применение пружинные контактные материалы находят в проволочных потенциометрах, реостатах, переключателях.

Электротехнические угольные материалы широко используют для изготовления щёток электрических машин, угольных электродов для гальванических элементов, дуговых печей и т. п.

3.8.2. Материалы для размыкающих контактов

Материалы для размыкающих контактов работают в сложных условиях, поскольку в процессе работы между контактными поверхностями размыкающих контактов могут возникать электрические разряды в виде искры или дуги. Этот процесс сопровождается элек­трической эрозией, которая является причиной нарушения нормальной работы соответствующего прибора. На поверхностях раз­мыкающих контактов образуются оксидные пленки, поэтому они подвержены также коррозии или химическому износу.

Материалы для размыкающих контактов должны обладать сле­дующими свойствами:

низкое значение удельного электрического сопротивления;

малое падение напряжения на контактах;

стойкость к механическому и электрическому износу;

не допускать эрозии (обгорания) контактирующих поверхностей;

не допускать приваривания контактных поверхностей друг к другу под действием электрической дуги при размыкании контак­тов;

постоянство контактного электрического сопротивления;

лёгкая обработка;

низкая стоимость.

Выбор материалов для размыкающих контактов ведут по значению коммутируемого тока или по мощности размыкания электрических цепей.

По значению коммутируемого тока разрывные контакты делят на слаботочные (работают при токах до единиц ампер) и сильноточные.

По значению мощности контакты этого типа делят на маломощ­ные и мощные.

Слаботочные (маломощные) размыкающие контакты изготавливают из благородных и тугоплавких металлов и сплавов на их основе типа твердых растворов.

В широкой номенклатуре контактов применяется чистое сереб­ро, которое обеспечивает высокую электропроводность и низкое переходное электрическое сопротивление, однако имеет недоста­точную стойкость к эрозии, и серебряные контактные поверхности легко свариваются между собой. Чистое серебро не используют так­же для особо точных размыкающих контактов с малой силой кон­тактного нажатия (малонагруженных) и в сочетании с материала­ми, содержащими серу (например, резина, эбонит).

Сплавы серебро-магний-никель с добавками золота и цирко­ния удачно сочетают в себе свойства упругого и контактного мате­риалов. Это позволяет успешно использовать их как единые детали «контакт-пружина», что весьма ценно в малогабаритных и мини­атюрных устройствах.

Эти сплавы обладают переходным электрическим сопротивле­нием таким же, как у серебра.

Золото обладает коррозионной стойкостью к образованию сер­нистых пленок при комнатной температуре и нагревании, однако оно склонно к дугообразованию, и даже при малых токах на золо­тых контактах в результате эрозии образуются иглы и наросты.

Наибольшее распространение получили сплавы платины с ни­келем, серебром, золотом, иридием, которые, обладая повышенной твердостью и удельным электрическим сопротивлением, применя­ются в прецизионных реле.

Вольфрам давно получил распространение в качестве контакт­ного материала благодаря ряду свойств, удовлетворяющих сово­купности наиболее нужных характеристик контактных материалов:

вольфрамовые контакты не свариваются во время работы, так как температура плавления вольфрама 3380°С;

в несколько раз более стойки к эрозии, чем платина;

не поддаются заметному механическому износу благодаря вы­сокой твердости.

Сильноточные (мощные) размыкающие контакты из­готавливают из металлокерамических материалов, получаемых ме­тодами порошковой металлургии. Металлокерамические контакты обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными металлическими:

более стойки к оплавлению, привариванию и износу;

не заменимы при высоких токовых и механических нагрузках;

значительно увеличивают срок службы контактов при умерен­ных нагрузках;

повышают надёжность и долговечность аппаратов при значительной экономии серебра (от 10 до 70%).

Металлокерамические материалы для сильноточных контактов должны состоять из невзаимодействующих друг с другом компо­нентов, один из которых обладает значительно большей тугоплав­костью, а другой обеспечивает хорошую проводимость материала. Менее тугоплавкий компонент удерживается в порах более тугоп­лавкого силами поверхностного натяжения.

По стойкости к свариванию (в порядке уменьшения) контакт­ные материалы располагаются следующим образом: графит (C), вольфрам (W), вольфрам - молибден (W - Mo), металлокерамика вольфрам - медь (серебро) [W – Cu (Ag)], карбид вольфрама - сереб­ро (WC - Ag), сплавы серебро - кадмий (Ag - Cd), металлокерамика серебро - оксид кадмия (оксид меди) [Ag – CdO (CuO)], серебро (медь) - графит [Ag (Cu) - C].

Сильноточные металлокерамические размыкающие контакты используются для общепромышленных целей, в частности, в ав­томатических предохранителях, контакторах, пускателях, реле сиг­нализации.

Не существует контактных материалов, удовлетворяющих всем необходимым требованиям. Удается только приблизиться к созда­нию материалов с совокупностью наиболее нужных характеристик. Поэтому устройства с размыкающими и скользящими контактами стремятся по возможности заменять соответствующими схемотех­ническими решениями. Это позволяет эксплуатировать приборы в более жёстких условиях, снижая число отказов и повышая срок службы.