Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю

Наведено результати досліджень електричної ерозії контактного матеріалу, екологічна безпечність якого підвищена за рахунок вилучення із серійного контактного матеріалу токсичного оксиду кадмію. Електроерозійна стійкість розроблених контактів в 1,5 разів вища ніж у контактів типу КМК-А10м....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автор:	Кохановський, В.О.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2009
Назва видання:	Електротехніка і електромеханіка
Теми:	Електричні машини та апарати
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143236
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю / В.О. Кохановський // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 5. — С. 25-27. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-143236
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1432362018-10-28T01:23:04Z Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю Кохановський, В.О. Електричні машини та апарати Наведено результати досліджень електричної ерозії контактного матеріалу, екологічна безпечність якого підвищена за рахунок вилучення із серійного контактного матеріалу токсичного оксиду кадмію. Електроерозійна стійкість розроблених контактів в 1,5 разів вища ніж у контактів типу КМК-А10м. Приведены результаты исследований электрической эрозии контактного материала, экологическая безопасность которого повышена за счет исключения из серийного контактного материала токсичного оксида кадмия. Электроэрозионная стойкость разработанных контактов в 1,5 раза выше, чем у контактов типа КМК-А10м. Results of research into electric erosion of the contact material environmental safety of which is enhanced due to excluding toxic cadmium oxide from standard contact material are given. Electric erosion resistance of the developed contacts is 1.6 times as high compared with KMK-A10m-type contacts. 2009 Article Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю / В.О. Кохановський // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 5. — С. 25-27. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143236 621.762:621.315.5 uk Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Кохановський, В.О. Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю Електротехніка і електромеханіка
description	Наведено результати досліджень електричної ерозії контактного матеріалу, екологічна безпечність якого підвищена за рахунок вилучення із серійного контактного матеріалу токсичного оксиду кадмію. Електроерозійна стійкість розроблених контактів в 1,5 разів вища ніж у контактів типу КМК-А10м.
format	Article
author	Кохановський, В.О.
author_facet	Кохановський, В.О.
author_sort	Кохановський, В.О.
title	Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю
title_short	Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю
title_full	Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю
title_fullStr	Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю
title_full_unstemmed	Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю
title_sort	дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143236
citation_txt	Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю / В.О. Кохановський // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 5. — С. 25-27. — Бібліогр.: 7 назв. — укр.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT kohanovsʹkijvo doslídžennâelektroerozíjnoístíjkostíkontaktdetalejzpídviŝenoûekologíčnoûbezpečnístû
first_indexed	2025-07-10T16:44:00Z
last_indexed	2025-07-10T16:44:00Z
_version_	1837279059888832512
fulltext	ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №5 25 УДК 621.762:621.315.5 В.О. Кохановський ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОЕРОЗІЙНОЇ СТІЙКОСТІ КОНТАКТ-ДЕТАЛЕЙ З ПІДВИЩЕНОЮ ЕКОЛОГІЧНОЮ БЕЗПЕЧНІСТЮ Наведено результати досліджень електричної ерозії контактного матеріалу, екологічна безпечність якого підвищена за рахунок вилучення із серійного контактного матеріалу токсичного оксиду кадмію. Електроерозійна стійкість розроблених контактів в 1,5 разів вища ніж у контактів типу КМК-А10м. Приведены результаты исследований электрической эрозии контактного материала, экологическая безопасность которого повышена за счет исключения из серийного контактного материала токсичного оксида кадмия. Электро- эрозионная стойкость разработанных контактов в 1,5 раза выше, чем у контактов типа КМК-А10м. ВСТУП. АКТУАЛЬНІСТЬ ПРОБЛЕМИ Електромеханічні апарати з контактними кому- таційними елементами становлять 90% актуального ринку комутаційних апаратів завдяки вагомим пере- вагам над апаратами з напівпровідниковими комута- ційними елементами (глибина комутації, переванта- жувальна здатність, малі втрати енергії, стійкість до коротких замикань, тощо). Одним із розповсюджених видів комутаційних апаратів і апаратів керування є контактори і пускачі, особливістю роботи яких є велика частота комутації – до 1200 комутацій на годину. В пускачах і контакторах, зокрема, в магнітних пускачах типу ПМЕ, ПМА, ПМЛ, ПМ12 застосову- ються металокерамічні контакти марки КМК-А10м, які мають в своєму складі містять оксид кадмію (CdO), завдяки якому суттєво збільшується електрич- на зносостійкість контактів. При цьому слід врахову- вати, що оксид кадмію, який сам по собі є токсичним інгредієнтом, під дією електричної дуги, що виникає у міжконтактному проміжку електричного апарата в процесі комутацій, вже при температурі 900 °С роз- кладається на кадмій і кисень та при температурі 1559°С сублімує [1], отже потрапляє у навколишнє середовище. Державні санітарні правила та норми України відносять кадмій та його сполуки до 1-го класу токси- чно небезпечних речовин, які небезпечні для здоров’я людини [2]. У цьому ж документі зазначається, що оксид кадмію може негативно впливати на бронхо- легеневу систему, на шкіру та підшкірну клітковину, на нервову систему, обмін речовин та кровотворну систему. Згідно з Міждержавним стандартом [3], який но- рмує загальні санітарно-гігієнічні вимоги до повітря робочої зони середньозмінна гранично допустима кон- центрація кадмію та його сполук встановлена на рівні 0,01 мг/м3, що лише у два рази перевищує гранично допустиму концентрацію таких речовин, як свинець та ртуть, токсичність яких є загальновідомою. Пунктом 4.2.5 даного стандарту встановлюється періодичність контролю шкідливих речовин 1-го класу небезпеки у повітрі робочої зони не рідше 1-го разу на 10 днів. Практика свідчить, що дані параметри далеко не зав- жди ретельно контролюються на підприємствах, у тому числі й на підприємствах харчової промисло- вості, де продукти розпаду оксиду кадмію можуть потрапляти у кінцеву продукцію, яка зрештою потра- пляє й до споживачів. Програма Організації Об’єднаних Націй з навко- лишнього середовища, яка регулює використання хі- мічних речовин, зобов’язує уряди країн приймати заходи щодо зменшення ризиків для здоров’я людей та довкілля. В лютому 2009 року на 25-й сесії Ради директорів цієї Програми та Глобальному форумі з навколишнього середовища на рівні міністрів [3] був прийнятий стратегічний підхід до міжнародного регулювання хімічних речовин, у тому числі таких, що включають ртуть, свинець і кадмій. В Рішенні 25/5 заключної доповіді даної сесії (п. ІІ, стор. 26) зокрема відзначається, що експорт нових і використаних про- дуктів, у складі яких є свинець і кадмій, як і раніше створює проблеми для країн, що розвиваються, і країн з перехідною економікою, у яких відсутній достатній потенціал для забезпечення екологічно обгрунтовано- го регулювання і видалення цих речовин, що містять- ся в продуктах. Там же зазначається, що потрібно здійснити додаткові заходи для вирішення проблем і завдань, зумовлених дією свинцю та кадмію. Таким чином, проблема заміни оксиду кадмію на матеріали, які не є токсичними, безумовно є актуальною для на- шої країни. АНАЛІЗ ОСТАННІХ ДОСЛІДЖЕНЬ І ПУБЛІКАЦІЙ Численні дослідження (див. бібліографію в [5]), проведені науковцями у різних країнах, показали мо- жливість застосування в електричних контактах замість оксиду кадмію оксидів інших металів, серед яких особливу увагу дослідників привертає оксид олова. Композиції срібла з кількістю оксиду олова (SnO2) 8, 10, 12% маси в останні роки знаходять все більш широке застосування як контактні матеріали для низьковольтних комутаційних апаратів. Оксид олова – не токсичний, підвищує твердість композиційного матеріалу порівняно з контактами типу КМК-А10м, за рахунок розташування дрібних частинок SnO2 всередині зерен срібла. Термодинаміч- ні властивості оксиду олова набагато кращі ніж у ок- сиду кадмію. Так температура плавлення SnO2 близь- ко 1900 °С, при якій SnO2 не розкладається на олово і кисень. Зона плавлення робочої поверхні дугою мала, оскільки температура кипіння SnO2 становить 2273°С. 26 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №5 Металопереробний завод INMET Інституту ко- льорових металів у Глівіце (Польща) виготовляє кон- тактний матеріал срібло-оксид олова, де токсичний оксид кадмію замінено екологічно безпечним оксидом олова [6]. Проте, робоча поверхня контактів такого матеріалу зазнає значного окислення при довготрива- лому проходженні струму. Окислення поверхні при- зводить до перегріву матеріалу та значного підви- щення перехідного опору, що знижує надійність та термін служби апаратів. МЕТА РОБОТИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ Метою даної роботи було виявлення закономір- ностей, що сприяють розробленню матеріалів з біль- шою екологічною безпечністю та підвищеною зносо- стійкістю. Зокрема, були проведенні дослідження впливу різних компонентів на якість контактних ма- теріалів (у першу чергу, стосовно перехідного опору, стійкості до зварювання та зносостійкості), створених на основі срібла та оксиду олова. В результаті цих досліджень було розроблено склад металокерамічного матеріалу для електричних контакт-деталей [7]. В даній роботі приводяться результати дослі- джень електроерозійної стійкості та контактного опо- ру матеріалу контактів з вилученим токсичним інгре- дієнтом - оксидом кадмію. Основним критерієм при виборі інгредієнтів композиційного контактного матеріалу є їх висока термодинамічна стабільність, відсутність хімічної взаємодії з матричним металом (яким у наших дослі- дженнях є срібло) мала схильність до коалесценції за розчинно-осаджувальним механізмом при високих температурах. Цим вимогам у значній мірі відповідають термо- динамічні стійкі тугоплавкі з’єднання, такі як оксиди, які можуть бути отримані у вигляді порошків різних ступенів дисперсності. Введення дисперсних частинок оксидів в срібну матрицю підвищує міцність, межу текучості, твер- дість і температуру рекристалізації, оксиди підвищу- ють дугогасний ефект, перешкоджають зварюванню контактів при комутації струму в нормальних і ава- рійних режимах. У металокерамічних композиціях з оксидами електродуговий розряд на поверхні контактів вибір- ково взаємодіє з частинками інгредієнтів найменш тепло- і електропровідними, викликаючи їх ерозію. Тому електрична дуга переміщується з одного окремо розташованого тугоплавкого включення на інше, вна- слідок чого відбувається дисипація енергії дуги і зме- ншується кількість теплової енергії, яка поглинається матеріалом контактів. При цьому зменшується термо- електронна емісія, що сприяє швидкому згасанню дуги. Розроблений матеріал включає наступні інгреді- єнти: 82% мас.Ag + 11,5% мас.SnO2 + 4% мас.In2O3 + 2% мас.Zr + 0,5% мас.WO3. [5] При комутації струму та довготривалому його проходженню через замкнені контакти магнітних пу- скачів на робочій поверхні контакту утворюється тер- мостабільний шар SnO2 з високим питомим опором (ρ = 4 ⋅ 104 Ом⋅м), що призводить до перегрівання кон- тактів та зниження їх електроерозійної стійкості. Запобігання утворенню термостабільного шару забез- печує введення оксиду вольфраму (WO3) в кількості 0,5% мас. Розплавлені частинки WO3 (Тплав = 1470 °С) об- волікають тверді частинки SnO2 і утворюють волок- нистість розплавленого срібла, де волокнами є части- нки SnO2 покриті WO3. Частинки SnO2, які не покриті оксидом вольфра- му виштовхуються наверх розплавленим сріблом, де на робочій поверхні створюється термостабільний шар оксиду олова з високим опором протікання струму. Введення оксиду індію (In2O3) дозволяє рівномі- рно розподіляти дрібнозернисті оксиди олова в сріб- ній матриці і прискорювати дифузію олова в срібну матрицю при виготовленні контактного матеріалу. Введення цирконію (Zr) підвищує електроеро- зійну стійкість контактного матеріалу, за рахунок по- глинання кисню із розплавленого срібла при дії елек- тричної дуги, що призводить до зменшення часу го- ріння дуги та розбризкування рідкого срібла. Технологія виготовлення дослідних зразків про- водилась методами внутрішнього окислення та поро- шкової металургії. Вихідними матеріалами для дослі- дження були наступні порошки: Ag (ТУ 48-1-702-77), SnO2 (ГОСТ 22516-77), In2O3 (ТУ 16.09.04.127-74), які змішувались в заданій пропорції в суху. По закінченні змішування добавлявся 3% розчин полівінілового спирту у воді із розрахунку 8 – 10 мл розчину на 100 г маси суміші. Суміш срібла з оксидами піддавалась відновлен- ню в атмосфері водню. Температура відновлення коли- валась в інтервалі 600 – 700 °С, час витримки становив 1 – 2,5 год. Охолоджена суміш протиралась через сито №01. Отримані порошки сплавів срібло-олово-індій піддавались внутрішньому окисленню, порошок роз- поділявся тонким шаром 1 – 1,5 мм. Лодочка із нержа- віючої сталі завантажувалась в трубчату піч, через яку пропускався кисень. Температура окислення складала 700 – 750°С. Із окислених порошків пресувалися конта- кти, тиск пресування 2 – 2,5 МПа. Контакти спікалися в повітряній атмосфері при 900°С протягом 1 години, допресовувались при тиску 6 МПа. Потім повторно спікалися при 800°С протягом 1 години, калібрувалися при тиску 9 МПа і відпалю- вались при 500 °С протягом 1 години. Мікроструктурний аналіз дослідного матеріалу на основі срібла з оксидними добавками дозволив виявити загальну картину розподілу оксидних доба- вок в срібній матриці (рис. 1). Мікроструктура дослідних зразків складається з областей чітко виділених зерен та білих полів. Мікро- структура зразків окислених при 750 °С, являє собою чітко виділені зерна. Як показали виміри мікротвердості, білі поля мають більш високі значення Нв = 146 – 248 кгс/мм2, а для зерен Нв = 110 – 153 кгс/мм2. Білі поля – це ду- же дрібні частинки оксиду олова, що розташовані всередині зерен срібла і визивають значне дисперсне твердіння срібної матриці. В ділянках з виділеними границями оксид олова розташовується в основному на границі зерен, тому твердість цих ділянок нижча. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №5 27 Структура поверхні руйнування енергією елект- ричної дуги тісно пов’язана з фізико-механічними властивостями оксидів і цирконію, розмірів частинок оксидів, їх об’ємної кількості і міцності поверхні розділу. Рис. 1. Мікроструктура дослідного екологічно безпечного контактного матеріалу (збільшено в 150 разів) Залежність електричної ерозії контакт-деталей від кількості комутацій при силі струму 100 А приве- дена на рис. 2, з якого видно, що електроерозійна стійкість дослідних контактів в 1,6 рази вища, ніж у серійних контактів типу КМК-А10м. Число комутацій Δm, мг 5 10 15 20 25 30⋅104 Е л е к т р и ч н а е р о з ія к о н т а к т ів 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 1 2 Рис. 2. Електрична ерозія контакт-деталей магнітного пуска- ча ПМЛ 5100 в залежності від циклів комутацій: 1– контакт КМК-А10м; 2 – дослідні контакти (82% мас.Ag + 11,5% мас.SnO2 + 4% мас.In2O3 + 2% мас.Zr + 0,5% мас.WO3) Контактний опір у контактів типу КМК-А10м та дослідного матеріалу однаковий і складає Rк = 0,7 Ом. Сила приварювання контакт-деталей при струмі 100А становила 0,02 Н, а у серійних контактах типу КМК-А10м ця сила становила 0,05 Н. ВИСНОВКИ Використання в матеріалі контакт-деталей на ос- нові срібла, малотоксичної добавки оксиду олова за- мість токсичного оксиду кадмію, що відноситься до першої групи токсичності, значно підвищить рівень екологічної чистоти матеріалу, а сумісне введення у композитний матеріал таких малотоксичних інгре- дієнтів як оксиди олова та індію, вольфраму та металу цирконію значно підвищує електроерозійну стійкість, надійність контактування та суттєво зменшує силу приварювання контактів. ЛІТЕРАТУРА 1. Мастеров В.А., Саксонов Ю.В. Серебро, сплавы и биме- таллы на его основе. Справочник. –М.:1979, 295с. 2. Державні санітарні правила та норми України. № 2.2.7. 029-99. – Додаток 2, п.22. 3. ГОСТ 12.1.005-88 Общие санитарно-гигиенические тре- бования к воздуху рабочей зоны. 4 . Программа Организации Объединенных Наций по ок- ружающей среде. Доклад Совета управляющих/Глобального форума по окружающей среде на уровне министров о рабо- те его двадцать пятой сессии (Найроби, 16 – 20 февраля 2009 года). 5. Афонин М.П., Овчинникова М.Н. Класификация мате- риалов для электрических контактов низковольтной комму- тационной аппаратуры и области их применения в элекро- технике. – Электрические контакты и электроды // Труды Института материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины. – Киев, 2006, с. 153 – 160. 6. http://www.inmet.gliwice.pl. 7. Патент України на корисну модель №18931 від 15.11.2006 р. Спечений матеріал для електричних контакт- деталей. Надійшла 11.04.2009 Кохановський Василь Олександрович, ст. викладач Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Україна, 03056, Київ, вул. Янгеля 1/37, кафедра "Поліграфічні машини", тел. (097) 18 76 771, e-mail: kohv@vpf.ntu-kpi.kiev.ua

Дослідження електроерозійної стійкості контакт-деталей з підвищеною екологічною безпечністю

Репозитарії

Схожі ресурси