Серебро и его сплавы

Денисов В.М., Истомин С.А., Белоусова Н.В., Денисова Л.Т., Пастухов Э.А.

Екатеринбург, 2011 г.

К настоящему времени разработано большое количество электроконтактных материалов на основе благородных металлов и меди, но наибольшие объемы производства приходятся на электроконтакты с серебром. Причина этого понятна: серебро, кроме высоких тепло- и электропроводности, пластичности, имеет малое сродство к кислороду, а его оксиды Ag₂Oи AgOразлагаются уже при небольшом нагревании до 470 К [4, 38]. К тому же, они имеют относительно малое удельное сопротивление - соответственно 1,0 и 0,012 Ом-см при комнатной температуре [39, 40], и вследствие этого серебро обеспечивает низкое переходное сопротивление контактной пары. При окислении поверхности контактные области стягивания тока нагреваются (вплоть до нескольких сотен градусов [41]), оксиды разлагаются и металлический контакт восстанавливается.

Материалы для электроконтактов на основе серебра используются в виде как чистого металла, его сплавов, так и гетерофаз-ных композитов с металлами, оксидами, карбидами и др. Области применения отдельных композиций перечислены ниже, а также приведены в таблицах, основанных на информации из источников [4, 20-22, 25, 26, 30, 36-38,42].

Серебро - слаботочные реле различного назначения, сигнальная аппаратура, контакты вспомогательных цепей, термостаты, бытовые приборы, управление флюоресцентными лампами, командоконтроллеры, нагреватели воды, светоустановоч-ные аппараты; покрытия электроосаждением на контактные детали устройств радио- и электронной техники, работающих в бездуговом режиме.

Серебро-медь - реле, сигнальная аппаратура, светотехнические выключатели, радиоаппаратура.

Серебро-медь-никель - стенные бытовые выключатели, реле уличных сигналов, тепловые выключатели, преобразователи тока, выключатели связи, реле автоматики, выключатели и реле авиационные легконагруженные, электромагнитные счетчики, управление флюоресцентными лампами, автомобильные и железнодорожные сигнальные реле, регуляторы освещения.

Серебро-кадмий - реле, бензино- и маслоизмерители, контрольные реле легко- и средненагруженные авиационного оборудования, выключатели перегрузки и термостаты холодильников, уличные сигналы, тепловые выключатели, стартеры.

Серебро-кадмий-никель-железо — реле-регуляторы напряжения, автоприборы.

Серебро-кадмий-никель, серебро-кадмий-индий - реле в диапазоне токов 0-30 А.

Серебро-палладий - сигнальная аппаратура, телефонные реле и номеронабиратели, регуляторы напряжения, управление флюоресцентными лампами, бензино- и маслоизмерители, защитные устройства электродвигателей, выключатели холодильников и термостатов, контактные кольца.

Серебро-платина - радиоаппаратура, приборы автоматики и радио, радиовибраторы и устройства питания от сети радиоаппаратуры, электромагнитные счетчики.

Серебро-магний-никель, серебро-золото-магний-никель, серебро-магний-цирконий, серебро-магний-никель-цирконий, серебро-палладий-магний - заменители контактов из сплавов платина-иридий, золото-палладий-платина, золото-никель, золото-платина в малогабаритных и миниатюрных электромагнитных реле радиоэлектроники.

Серебро-оксид циркония - микровыключатели, реле на токи в диапазоне 0,01-100 А.

Существенное улучшение электроконтактных свойств серебра путем его легирования невозможно, поскольку достигаемое при этом улучшение твердости, износостойкости обязательно сопровождается снижением температуры плавления, тепло- и электропроводности. Композиционные материалы сочетают свойства отдельных компонентов без их значительного снижения (электро- и теплопроводность, температура плавления) и имеют, как правило, прочное каркасное строение. Поэтому основные типы применяемых электроконтактных систем являются гетерогенными композиционными материалами с компонентами, ограниченно растворимыми в твердой фазе. Наибольшие объемы промышленного выпуска электроконтактной продукции приходятся на системы Ag-CdO, Ag-SnO₂, Ag-Ni, Ag-W(WC), Ag-C [4, 26, 36-38,41].

Еще в 1939 г. для тяжелонагруженных реле был предложен материал Ag-Ni [ 52]. Контакт-детали из этого псевдосплава широко используются и в настоящее время. Их область применения охватывает средненагруженные контакторы и магнитные пускатели, реле автоматики железных дорог. В паре с контактом Ag-C сплав Ag-Ni имеет прекрасные характеристики сваривания и применяется в автоматических выключателях. Есть также предложения использовать псевдосплавы с железом [53, 54].

Композит Ag-Ni получают прямым смешением порошков Ag и Ni и совместным осаждением солей из растворов. Детально технология этих псевдосплавов описана в [55] и включает обязательную холодную деформацию после твердофазного спекания порошков (экструзию, прокатку, волочение). Таким путем получают текстурированный материал с упорядоченно-ориентированной структурой [4]. Контакты системы Ag-Ni, кроме высокой пластичности и хорошей прирабатываемости, обладают также высокими тепло- и электропроводностью, коррозионной и эрозионной стойкостью, стабильным и низким переходным сопротивлением.

Возможно получение материала Ag-Niвнутренним окислением [4]. Разработан способ получения мелкодисперсной смеси порошков 0,5-1 мкм помолом смеси солей в вибромельнице с последующим восстановлением. Способ пригоден для шихты Ag-Niи Ag-Ni-C[56]. Он проще и производительнее химического способа соосаждения солей.

Большое преимущество контактов Ag-Ni- их технологичность: они не нуждаются в дополнительном слое (так называемом подслое) для пайки на контактодержатель.