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后处理工艺对铆钉型触头接触电阻影响的探讨.pdf后处理工艺对铆钉型触头接触电阻影响的探讨.pdf -- 1 元

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电工材料2006No.23研究分析实验后处理工艺对铆钉型触头接触电阻影响的探讨熊经先,聂宝鑫,蒋德志桂林金格电工电子材料科技有限公司,广西桂林541004摘要分析了不同的后处理工艺对接触电阻的影响,发现后处理工艺对触头的粗糙度和清洁度影响很大,直接影响着接触电阻的大小和稳定性。关键词铆钉触头后处理接触电阻粗糙度清洁度稳定性中图分类号TM205.1TM201.44文献标志码A文章编号16718887200602000304EffectsofAftertreatmentProcessesonRivetContactResistanceXIONGJingxian,NIEBaoxin,JIANGDezhiGuilinConinstElectricalElectronicMaterialCo.,Ltd,Guilin,Guangxi541004,ChinaAbstractTheinfluenceofdifferentaftertreatmentprocessesonrivetcontactresistancewasanalyzed.Itisfoundthatthedifferentaftertreatmentprocesseshavegreatinfluenceontheroughnessandcleanlinessofthecontacts,andalsoonthevalueandstabilityofcontactresistance.Keywordsrivetcontactaftertreatmentcontactresistanceroughnesscleanlinessstability1引言随着我国电器工业的迅猛发展,电接触元器件广泛地应用于电力及通讯等电器系统中。如果电器系统中的某一触点发生故障,将直接影响整个系统的可靠运行,造成的损失远远超过触点本身的价值,因此随着对接触系统可靠性要求的提高,触点作为系统中的关键部件越来越受到重视。触头接触电阻是衡量触头性能的一个基本而重要的参数,直接影响触头电接触行为的好坏。触点的接触电阻过高,会产生较大的温升,甚至发生熔焊现象,既影响触头工作可靠性,又降低了触头的使用寿命。因而接触电阻的研究已成为接触可靠性检测中的核心问题,并且常常以接触电阻来衡量接触系统的可靠性等级\1\,以接触电阻超过一定规定值作为接触元件失效的主要判据。本文分析了触头产品生产过程中的后处理工艺对触头接触电阻的影响,讨论了后处理工艺与触头接触电阻的关系。2接触电阻分析接触电阻是指一对触点间相互接触时接触部位的电阻值。它由触点接触面上的收缩电阻和表面膜电阻组成。两触点相互接触时,由于触点表面不可能做得很理想,触点实际接触面由许多导电斑点构成,电流流经这些分散的若干导电斑点时,发生收缩,由此形成的接触电阻称为收缩电阻。触头表面因污染、化学腐蚀等原因会形成一层导电性较差的物质包括尘埃颗粒、残留的研磨剂或抛光剂、无机膜、有机膜等,由此而形成的接触电阻称为膜电阻。接触电阻的影响因素繁多而复杂,各个影响因素之间又互相关联。图1表示静接触情况下影响接触电阻的各种因素及各因素之间的相互关系。作者简介熊经先1966,男,广西灌阳人,高级工程师,主要从事电触头材料的研制和生产管理,电话07735888280。收稿日期20060412熊经先等后处理工艺对铆钉型触头接触电阻影响的探讨电工材料2006No.24图1静接触情况下接触电阻的影响因素从触头材料生产角度出发,不考虑其它因素的影响,就触头材料本身而言,接触电阻的影响因素可简单归纳为以下两个方面1触头的材料特性参数。触头的材料特性参数主要是指材料的电阻率、弹性模量、泊松比、硬度和组织形貌\2\。对此这里不作讨论。本文只讨论触头的表面状况对接触电阻的影响。2触头的表面状况。触头的表面状况是决定触头接触情况的重要因素,决定着导电斑点的大小和导电斑点数目的多少,直接影响接触电阻的大小和稳定性。触头的表面状况主要是指触头表面的粗糙度和清洁度。过于粗糙接触面上的导电斑点的大小和数目都较小,理想的触头表面应该具有恰当的粗糙度,这样才有可能获得低而稳定的接触电阻。而且触点表面的粗糙度越小,越能减少有害气体和物理微粒侵害的有效面积,也就减少了形成氧化膜、硫化膜及受环境污染的机会\3,4\。触头表面的清洁度是指触头表面吸附的外来杂质的多少。触头表面杂质会对接触电阻产生恶劣影响,是引起触头电寿命巨大涨落的主要原因之一。表面外来杂质的主要危害表现为增加了触头表面接触电阻,造成触头温升过高,甚至近距起弧,而且触头表面杂质可能在电弧作用下生成某种高熔点、大比热的氧化物,造成其周围触头材料熔化、蒸发,甚至造成喷溅过程的加剧和延持,产生严重电腐蚀现象,影响触头的可靠运行。触头产品出厂时的表面状况主要决定于触头的后处理工艺。后处理工艺的恰当与否直接影响触头表面的粗糙度和清洁度,进而影响接触电阻的大小和稳定性。因此,触头生产过程中的后处理越来越受到重视。为进一步了解后处理工艺对触头接触电阻的影响,本次试验制备了4组样品,目的是对采用不同后处理工艺处理过的样品的接触电阻的大小和分散性进行对比,探讨后处理工艺对触头接触电阻的影响。3试验方法将AgNi10线材加工成规格为4122.3F的铆钉,分别取4组各15粒铆钉,编号为A组、B组、C组、D组,按照不同的后处理工艺进行后处理,每组样品的后处理工艺见表1。用CRM2型触点接触电阻测试仪测量每组样品的接触电阻。测试条件为测试电压6VAC测试电流0.1A触点接触压力0.15N。表1后处理工艺样品编号工艺流程A组不经任何处理直接测试B组直接热处理→球磨抛光C组热处理前预处理→热处理D组热处理前预处理→热处理→球磨抛光4结果和讨论4.1试验结果各组样品接触电阻的测试结果见表2。4.2后处理工艺的重要性由试验结果可以看出,后处理工艺直接影响触头接触电阻的大小和稳定性。A组样品的测试结果表明,未经后处理的触头由于生产过程中必然吸附某些杂质,触头表面状态不稳定,导致其接触电阻分散性较大,不稳定,而且生产过程中吸附的有害物质仍然残留在触头表面,不经去除会慢慢腐蚀触头表面,使触头表面状况进一步恶化,接触电阻会继续增长。D组样品的测试结果表明,经过恰当的后处理,可以使触头表面具有良好的粗糙度和清洁度,触头的接触电阻低而稳定。B、C组样品的的测试结果不理想,这表明不恰当的后处理反而会使触头表面状况恶化,引入新的有害杂质会加速表面膜的形成,使接触电阻明显增大。对比4组样品的测试结果可见,熊经先等后处理工艺对铆钉型触头接触电阻影响的探讨电工材料2006No.25熊经先等后处理工艺对铆钉型触头接触电阻影响的探讨后处理工艺作为触头生产的最后一道工序,决定着触头产品的最终质量,是影响触头接触电阻的重要因素。表2各组样品的接触电阻序号接触电阻,mΩA组B组C组D组11.592.341.270.6520.911.891.370.5931.291.771.310.8940.891.810.980.8150.831.630.871.0160.433.072.460.5771.532.470.990.5882.031.531.030.7190.492.091.050.85100.411.851.130.87110.651.672.010.53121.091.931.990.69132.531.892.810.61141.113.031.730.87152.451.791.470.89平均值1.222.051.500.744.3热处理前的预处理对触头接触电阻的影响对比B组与D组样品的测试结果可见,热处理前的预处理会影响接触电阻的大小和稳定性。这是由于在生产过程中,触头材料表面常常吸附某些有害杂质,如油污、铜屑、尘土等,这些杂质在热处理之前只是吸附在触头的表面,去除相对容易,如果不经清洗而直接进行热处理,这些杂质在触头表面的存在状态将发生改变,如油脂燃烧形成碳颗粒或焦油状物质铜屑会向触头材料基体扩散尘土中的Ca、Mg、Si、Al、Na等离子也会向触头材料基体扩散,甚至与触头材料发生反应,形成腐蚀膜。发生这些变化后,去除这些吸附在触头表面杂质的难度会大大增加,甚至通过球磨抛光也难以去除。这些有害杂质的残留将直接影响到接触电阻的大小和稳定性,使接触电阻升高,分散性增大。因此触头在进行热处理前必须进行预处理,清除生产过程中吸附的大部分杂质,这对保证触头接触电阻的稳定性有重要作用。4.4球磨抛光对触头接触电阻的影响对比C组与D组样品的测试结果可见,球磨抛光也会影响触头接触电阻的大小和稳定性。球磨抛光的目的是提高触头的表面粗糙度和清洁度等级,进一步除去产品表面的细微缺陷,改善触头使用时的接触状况,从而使触头的接触电阻低而且稳定。目前抛光工艺有很多种,根据工艺的性质可归纳为化学抛光和物理抛光。化学抛光是指在触头抛光时加入某种化学试剂,依靠化学侵蚀作用完成抛光过程\5\。化学抛光剂的主要作用是与触头表面的残留杂质及热处理过程中形成的表面膜发生反应,提高触头表面的粗糙度和清洁度等级。同时,抛光剂也起到球磨时触头间的润滑作用。物理抛光是指加入某种磨料,如塑料片、氧化铝、氧化镁、氧化硅等研磨颗粒,依靠触头与磨料之间的相对磨擦来改善触头表面的状况,提高触头表面的粗糙度和清洁度等级。实际应用中可以根据不同材料的特点选择合适的抛光工艺,但要注意的是抛光后的清洁,特别是对加入的氧化铝、氧化镁等研磨颗粒的清洁。因为这些研磨颗粒多是一些熔点很高,不易分解,而且不导电的氧化物。这类氧化物即使在高温电弧的作用下也不易分解。这类氧化物比热大、储热多,在冷却的过程中会放出大量的热。例如1g氧化铝从2000℃降温至1000℃时,释放的热量足以使10g银熔化\6\。因此,这些氧化物周围的触头材料较长时间地处于熔融状态,容易迁移、挥发,甚至飞溅,这也是为什么腐蚀坑多与异物并存的原因。同时,这些氧化物周围形成的局部灼热会造成巨大的热应力和裂纹,也容易发生动静触头熔焊。因此抛光后的清洗工序不容忽视,如果处理不当将影响触头的使用性能。5结束语综上所述,后处理工艺决定着触头产品的最终质量,恰当的后处理工艺可以改善触头表面的状况,提高触头表面的粗糙度和清洁度等级,有效地提高接触电阻稳定性,对提高接触系统的使用可靠性、降低接触系统发生故障的几率有重要意义。参考文献\1\刘向军,费鸿俊.电接触的接触电阻研究进展\J\.上海电器技术,1999,337.\2\霍夫特H,施奈德HG.电接触\M\.北京机械工业出版社,1988.\3\胡星福,高华云,毛江虹.触头表面粗糙度对接触电阻影响的探讨\J\.电工材料,200411416.\4\章继高,温晓敏.尘土污染对电接触影响的研究\J\.电工合金文集,198638691.\5\胡传火斤.实用表面前处理手册\K\.北京化学工业出版社,20038.\6\刘伯宁,钟宝树,宁德亮.外界异物对电触头性能的影响\J\.电工合金文集,198115155.
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