交流条件下での銀酸化亜鉛接点材料の適用に関する研究

シルバーコンタクトリベットは低電圧電気製品の重要な部品であり、その性能は電気製品の動作の安定性と信頼性に直接影響します。銀合金材料は、電気接点合金材料の中で貴金属の含有量が最も多く、最も重要な電気接点材料です。電気接点の性能を向上させ、銀を節約するという目的を達成するために、AgCdO、AgSnO2、AgZnO、AgNi、AgW、AgCなどを含む一連の銀ベースの電気接点材料が開発されています。接点材料である AgCdO 接点材料は、耐アーク性、耐溶接性、電気的および機械的耐摩耗性、耐腐食性、低く安定した接触抵抗などの多くの利点により広く使用されています。数アンペアから数千アンペアまでのさまざまな低圧電気機器に使用でき、「ユニバーサル接点」と呼ばれます。しかし、Cd は有毒であり、製造時および使用時に人体に危険をもたらすため、EU 市場では 2006 年 6 月以降、AgCdO 接点材料の使用が禁止されています。

AgZnO電気シルバーコンタクトAgCdO の代替材料の 1 つです。 1960年代後半から1970年代前半に開発された環境に優しい電気接点材料です。 AgZnO電気接点材料は、燃焼、溶接、電気的摩耗に対する耐性、低く安定した接触抵抗、大電流衝撃に対する耐性、優れた遮断性能、短いアーク時間、耐電気腐食性、および非毒性という特徴を備えています。そのため、気中遮断器、漏電遮断器、小型遮断器、接触器、断路器、伝達開閉器、保護開閉器などに使用されています。合金粉末の予備酸化法により、環境に優しい銀酸化亜鉛接点材料が製造されます。加工が容易で、電気特性に優れています。幅広い市場が期待できる新しいタイプの接点材料です。
異なる銀含有量を有​​するAgZnO合金粉末を合金粉末前酸化プロセスによって調製した。同じ状態仕様のワイヤが、静水圧プレス、焼結、押出および伸線後に得られました。機械的・物性、金属組織等を比較し、含有量の異なるワイヤの金属組織や機械・物性の違いを解析しました。ワイヤ製の一体型リベットの電気的特性をテストし、異なる含有量の AgZnO 接点材料の電気的特性を分析し、このシステムの接点材料の開発と応用の参考資料を提供しました。

テストは、同じバッチからの 99.99% の銀プレートと 99.99% の Zn インゴットを使用して準備されました。サンプルは合金粉末予備酸化法により調製され、アトマイズ粉末製造、合金粉末予備酸化、静水圧プレス、焼結、押出、伸線などのプロセスを経て線材に加工されました。ワイヤーの機械的および物理的特性がテストされ、比較されました。リベットは一体化されました銀色の電気接点リベットの仕様は次のとおりです: ダイナミックポイント R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10静止点F3×0.6(0.25)+1.5×0.6Eでリレーに組み込み、AC250V/10Aで電気的寿命を確認しました。

サンプルの抵抗は、TH2512B インテリジェント電流低抵抗グループ テスターに​​よってテストされました。材料の金属組織はL150金属顕微鏡で分析されました。サンプルの硬度は、DHV-1000Z ビデオ微小硬度計によって測定されました。サンプルの引張強さは電子万能試験機によって測定されました。試験後のサンプルの微細構造形態とリベットサンプルの表面形態を走査型電子顕微鏡（SEM）で観察した。電気的寿命はAC抵抗負荷試験システムにより検証されています。

2.1 金属組織解析
図 1 に、ZnO 含有量の異なる AgZnO(8)、AgZnO(10)、および AgZnO(12) の完成ワイヤの断面および縦断面の金属組織を示します (a および b は AgZnO(8)、c およびd は AgZnO(10)、e と f は AgZnO(12) です。比較すると、合金粉末の事前酸化法により均一な AgZnO(8-12) をうまく調製できることがわかります。 ZnO は Ag マトリックス中に均一に分散されていますが、ZnO の凝集はほとんどありません。 ZnO含有量が増加すると、単位面積あたりのZnO粒子の数が増加し、材料内の粒子凝集現象が増加する傾向がありますが、組織全体の分布は依然として比較的均一です。

2.2 機械的および物理的特性の分析
図 2 は、アニール状態の直径 1.920 mm のワイヤの機械的および物理的特性の分布確率を示しています。図 2(a) は抵抗率の分布確率を示しています。 ZnO含有量の増加に伴い、その抵抗率は大幅に増加する傾向があることがわかります。金属酸化銀の抵抗率シルバー接点材料は、材料組成、酸化物の体積分率、粒子サイズ、および Ag マトリックス内での分布などのパラメータによって制御されます [10]。 ZnO含有量が増加すると、ZnO体積分率が増加し、粒子界面の増加により材料内部の電子散乱が増加し、材料本体の抵抗が徐々に増加します。図2(b)は硬度分布確率を示しています。 ZnO含有量の増加に伴い、硬度が大幅に増加する傾向があることがわかります。これは、Ａｇマトリックス中に分散する金属酸化物の含有量が増加し、粒子分散強化効果が高まるためである。同様に、図 2(c) に示すように、分散強化により引張強さは大幅に増加する傾向にあります。要約すると、AgZnO 材料中の ZnO 含有量の増加に伴い、材料の抵抗率、硬度、および引張強さは大幅に増加する傾向があります。

2.3 電気的寿命の検証
リベットは直径 1.920 mm の焼きなまし線から作られ、仕様は次のとおりです。銀色の電気接点: 動的ポイント (R3×0.5(0.25)+1.5×0.6SR10) および静的ポイント (F3×{ {13}}.6(0.25)+1.5×0.6E)。リベットは後処理され、電気的寿命を検証するためにリレーに組み立てられました。試験条件を表1に示します。図3にAgZnO(8)、AgZnO(10)、AgZnO(12)製リレーの電気的寿命データを示します。 250 V および 10 A の条件下では、95% 信頼区間内で、AgZnO(8) 材料の電気的寿命が最も長く、平均電気的寿命は 202,029 回であることがわかります。 AgZnO(10) 材料の電気的寿命は AgZnO(8) と AgZ​​nO(12) の間にあり、平均電気的寿命は 149,941 回です。 AgZnO(12)材料の電気的寿命の評価回数は98,665回で最も少ない。

包括的な比較によると、20 A以内の小電流条件下では、3つの材料はすべて100,000回の電気的寿命要件を満たすことができますが、AgZnO接点材料のZnO含有量が増加すると、リレー用の銀接点は減少します。電気寿命は低下傾向にあります。

2.4 接触不良の外観の分析
接点の開閉過程において、アーク放電やジュール熱の影響により接点表面の一部が溶融・凝固し、正常に接点が切断できなくなる現象を接点溶着といいます[10]。図 4 は、250 V/10 A 条件下で故障した接点の外観とエネルギー スペクトル成分を示しています。図 4 (a、d、g) は、寿命の終わりにおける AgZnO (8)、AgZnO (10)、および AgZnO (12) の接触外観形態の SEM 写真です。図 4 (b、e、h) は対応する故障位置、図 4 (c、f、i) は故障領域のエネルギースペクトル成分データです。比較すると、AgZnO (8) コンタクトの破損位置は、Cu 含有量が高いコンタクトの端にあることがわかります。接点寿命の終わりには、銀層が完全に消耗し、銅層が接点に関与し、最終的には接点の溶接不良につながります。 AgZnO (10) コンタクトの破損位置はコンタクトの端に近く、Cu 含有量が高くなります。 AgZnO (12) の破壊位置は加工面の内側にあり、結合位置には Cu が多く含まれています。接触材料中の ZnO 含有量が増加すると、溶融池の粘度が増加し、流動しにくくなります。故障箇所は接触作用面の外側から内側に移動する傾向があります。

アーク侵食は、開閉プロセス中に接点の表面で発生します。つまり、アークの作用による接点の局所的な過熱による材料の蒸発と飛散によって引き起こされる材料の損失です。アーク侵食は基本的に、接触表面での急速加熱、溶融、蒸発、流動、凝固などの物理的な冶金プロセスであり、その結果、接触表面 [10-12] に軟化、飛沫、流動、亀裂などが生じます。接触アーク侵食は、主に溶融、蒸発、凝固のプロセスによって影響を受けます。溶融プロセスでは、接触面の微小領域が溶融し、元の構造が変化します。アーク力と機械力によって溶融金属が一定の流量で流れ、飛沫が発生して材料ロスが発生します。

図 4 (a、d、g) からわかるように、AgZnO (8) テスト後、接触面は比較的平らで均一にアブレーションされ、少数の細孔があり、作業面の周囲に多くの飛沫が発生しました。接点周りに溜まっていました。テスト回数が最も多かったため飛散が激しく、リレー用銀接点の作動面の銀層が完全に消失し、接触後に銅層が破損しました。 AgZnO (10) テスト後、接触表面には明らかな細孔があり、接触周囲の飛沫は減少しました。 AgZnO (12) 試験後、接触作業面に大きな亀裂が入り、溶けた銅マトリックスが作業面に飛び散り、溶接不良を引き起こしました。図 4 (a、d、g) を比較すると、ZnO 含有量の増加に伴い、接触破壊面の亀裂傾向が増加することがわかります。これは、接触の冷却と収縮によって引き起こされます。アークが消えた後、接触面は急速に冷却され、表面の溶融池が凝固し、液相が固相に変化し、表面が凝固して収縮します。研究によると、銀金属酸化物接点の表面に亀裂や穴が形成されると、必然的に表面領域の構造が緩み、その結果、アーク侵食の量と接触抵抗が増加することがわかっています。 ZnO含有量が増加すると、亀裂や気孔が発生しやすくなり、アークエロージョン量が増加し、接触抵抗が増加し、異常な温度上昇が発生し、内部構造が緩んで接触不良が発生します。

包括的な比較により、ZnO含有量の増加に伴い、AgZnO（8-12）接点材料が破損すると、接点位置が動作面の外側から内側に移動し、接点に亀裂や細孔が発生する傾向が見られます。表面が増加し、接点の電気的寿命が短くなります。

合金粉末の事前酸化法により、ZnO 含有量が 8% ～ 12% の電気接点材料を首尾よく製造できます。 ZnO含有量が増加すると、抵抗率、硬度、引張強さが増加する傾向があり、材料内部のZnO粒子の凝集が増加する傾向があります。 20A以内の小電流条件下では、ZnO含有量の増加に伴い電気的寿命は減少する傾向があり、AgZnO(8)材料コンタクトの電気的寿命検証性能は最高であり、200以上に達する可能性があります。{ 6}} 回; ZnO 含有量が増加すると、アークの作用により銀電気接点の表面亀裂や多孔性が増加し、電気的寿命が短くなる傾向があります。

 

当社の製品

私たちの銀色の電気接点丁寧に作られた高品質な製品です。高純度の銀を使用しており、導電性に優れているため、スムーズな電流伝達が可能となり、エネルギーロスを大幅に低減します。精巧な製造プロセスにより、コンタクトは基材と緊密に結合され、堅固で信頼性が高く、頻繁な開閉操作に耐えることができ、変形や損傷が起こりにくくなっています。さまざまな複雑な電気環境において、高温、高湿、振動などの条件下でも安定して機能し、電気機器の安全で安定した動作を保証します。