我國環(huán)保型電觸頭材料研發(fā)現(xiàn)狀及實際應用

我國環(huán)保型電觸頭材料研發(fā)現(xiàn)狀及實際應用

桂林電器科學研究所桂林金格電工電子材料科技有限公司李恒一、環(huán)保型觸頭應用的迫切性歐盟《關于在電氣電子設備中限制使用某些有害物質的指令》（RoHS）有害物質法規(guī)要求豁免項（至2010年）鉛<1000ppm

熒光管、玻璃、高溫焊料等鎘<100ppm電觸頭、電鍍汞<1000ppm熒光燈及燈具六價鉻<1000ppm碳鋼中的防腐劑，電冰箱制冷劑中的防腐劑聚溴聯(lián)苯<1000ppm多溴二苯醚<1000ppmRoHS指令對觸頭材料的影響及應對策略RoHS指令對觸頭材料的影響:銀氧化鎘（AgCdO），廣泛應用于塑殼斷路器、微型斷路器、繼電器、接觸器中，目前其市場占有率高達40%以上（2006年）。銀氧化鉛（AgPbO），沒有商業(yè)化應用。少量的Pb可能會以雜質的形式存在于Ag中，但含量一般低于50ppm。應對策略：新設計的電器應采用環(huán)保型觸頭，不再使用銀氧化鎘，原有的電器如有需要出口歐盟的，需要做好替代的準備工作。二、環(huán)保型觸頭種類和應用環(huán)保型觸頭材料是指不含鎘（Cd）和鉛（Pb）的觸頭材料。包括：銀氧化錫（AgSnO2）銀氧化錫氧化銦（AgSnO2In2O3）銀氧化鋅（AgZnO）銀鎳（AgNi）銀鎢（AgW）銀炭化鎢（AgWC）銀石墨（AgC）

替代銀氧化鎘（AgCdO）的材料

大多數(shù)情況下替代銀氧化鎘材料的是銀氧化錫（AgSnO2）材料和銀氧化錫氧化銦（AgSnO2In2O3），主要應用場合是25A以上的接觸器和繼電器。銀氧化鋅（AgZnO）在某些特定場合也能替代銀氧化鎘（AgCdO），如在一些200A以下的的斷路器和20A左右的繼電器中使用。在25A以下的接觸器、繼電器和斷路器的輔助觸頭，一般用銀鎳（AgNi）來替代銀氧化鎘（AgCdO）。在微型斷路器中，用銀石墨（AgC）來替代銀氧化鎘。三、替代銀氧化鎘的幾種主要觸頭材料的特點和研發(fā)現(xiàn)狀1、銀氧化錫（AgSnO2）優(yōu)點：其抗熔焊性好，耐電弧侵蝕，在直流條件下材料轉移少，AC1和AC4壽命高于銀氧化鎘。缺點：接觸電阻大，觸頭溫升高，AC3壽命短，加工費用較高。研發(fā)方向：通過添加不同的微量添加物，如WO3、MoO3、Bi2O3、CuO等氧化物，來改善其接觸電阻；通過改進加工方式和加入添加物，提高電壽命；通過改進觸頭形狀設計和加工工藝，降低加工費用。開發(fā)一系列的采用不同添加物和不同加工工藝的銀氧化錫來在各個場合替代銀氧化鎘。國內現(xiàn)狀：已開發(fā)出WO3、MoO3、Bi2O3、CuO、In2O3等添加物，在添加物種類上與國外基本上是一樣的，差距在于對這些添加物作用機理的認識。這需要大量的應用試驗來積累，國內在這方面才剛起步。在加工方式上面，國內的加工方式很多，但目前已實現(xiàn)商業(yè)化的加工方式基本上與國外的加工方式類似。主要原因是目前國內生產(chǎn)的電器有許多都是直接引進國外的產(chǎn)品或在原有基礎上進行改進而來，觸頭材料也與國外類似。

國內加工方式國外類似加工方式應用領域和范例混粉法混粉法（歐洲）接觸器，如3TF、Tesys系列霧化法內氧化法（日本）繼電器，如HF140FF包覆法化學共沉積（歐洲）繼電器，如SKF112DM機械合金化法機械合金化法沒有大規(guī)模商用反應合成法無沒有大規(guī)模商用總體上看，國內已開發(fā)出一系列銀氧化錫材料，性能上達到國外九十年代的水平，能滿足大多數(shù)應用的需要。桂林金格公司銀氧化錫觸頭材料特點觸頭材料及工藝加工方法

材料特點及應用場合AgSnO2(8)A1C1-ASE霧化擠壓

氧化物顆粒細小，材料強度、硬度較高，加工性、抗熔焊性及耐磨損性等綜合性能良好，適用于中小電流繼電器AgSnO2(10)A1C1-ASE霧化擠壓AgSnO2(10)C1E2-ASE霧化擠壓AgSnO2(12)A1C1-ASE霧化擠壓氧化物顆粒細小，材料強度、硬度較高，加工性、抗熔焊性及耐磨損性等綜合性能良好，適用于中大電流繼電器AgSnO2(12)C1E2-ASE霧化擠壓AgSnO2(14.5)C1E2-ASE霧化擠壓氧化物顆粒細小，材料強度、硬度高，抗熔焊及抗材料轉移性能優(yōu)異，適用于大電流繼電器和汽車繼電器AgSnO2(8)C1-MSE混粉擠壓

氧化物顆粒細小，材料強度、硬度較低，加工性能優(yōu)異，適用于中小電流繼電器5AgSnO2(8)K1-MSE混粉擠壓AgSnO2(10)C1-MSE混粉擠壓AgSnO2(10)K1-MSE混粉擠壓AgSnO2(12)C1-MSE混粉擠壓氧化物顆粒中等，材料強度、硬度較低，加工性能良好，適合應用于中小電流繼電器和小功率接觸器AgSnO2(12)K1-MSE混粉擠壓AgSnO2(12)A2C1-MSE混粉擠壓氧化物顆粒中等，材料強度、硬度較低，加工性能良好，適合應用于中等功率接觸器AgSnO2(12)G1-MSE混粉擠壓AgSnO2(12)A1K1-MSE混粉擠壓氧化物顆粒中等，材料強度、硬度較低，抗熔焊性優(yōu)異，適合于中大功率接觸器AgSnO2(7)In2O3(3)-IOE內氧化擠壓

氧化物顆粒細小，材料強度、硬度較高，抗材料轉移性能良好，適用于中小電流繼電器和汽車繼電器AgSnO2(8)In2O3(4)-IOE內氧化擠壓2、銀氧化錫氧化銦（AgSnO2In2O3）

優(yōu)點：抗熔焊性能好，強度和硬度高，抗材料轉移性能突出。缺點：接觸電阻較大，價格高，受原材料In價格的影響大。研發(fā)現(xiàn)狀：

通過改進加工方式，應用大擠壓比工藝替代內氧化工藝。改進了其內氧化組織的均勻性，使得其接觸電阻有所減小。

內氧化工藝擠壓工藝改進工藝，減少了In2O3的添加量，使In2O3的使用量從3%以上降低到1%以下，并引入其他的添加物，降低了成本。3、銀銀氧化化鋅（（AgZnO））優(yōu)點：：具有抗抗熔焊焊、耐耐電磨磨損性性好，，抗大大電流流沖擊擊能力力強，，價格格適中中。缺點：：通用性性不強強，應應用不不多，，對其其性能能的研研究不不夠深深入。。研發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀：：采用用用霧化化擠壓壓工藝藝代替替內氧氧化工工藝，，提高高了觸觸頭組組織的的均勻勻性。。在氧氧化物物含量量上增增加了了主元元素ZnO的含含量，，開發(fā)發(fā)出AgZnO（10））和AgZnO（12））等新新牌號號，并并且添添加了了WO3、、Bi2O3、CuO等微微量元元素，，降低低了觸觸頭溫溫升，，提高高了觸觸頭材材料的的分斷斷能力力。4、銀銀鎳（（AgNi）優(yōu)點：：接觸電電阻低低而穩(wěn)穩(wěn)定，，直流流下材材料轉轉移小小，價價格低低廉。。缺點：：抗熔焊焊能力力低，，只適適宜用用在25A以下下場合合。研發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀：：開發(fā)出出含添添加物物的銀銀鎳材材料，，增強強了材材料的的抗熔熔焊性性，提提高了了材料料在高高溫環(huán)環(huán)境下下的使使用壽壽命。。目前在在小電電流應應用場場合，，銀鎳鎳觸頭頭材料料是銀銀氧化化鎘材材料的的主要要替代代材料料。5、銀銀石墨墨（AgC）優(yōu)點：：極優(yōu)良良的抗抗熔焊焊性（（在短短路電電流下下也不不熔焊焊）。。接觸觸電阻阻低，，有很很強的的分斷斷能力力。缺點：：耐電磨磨損性性能較較差，，加工工也很很困難難，價價格較較高。。研發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀:采用擠擠壓工工藝的的銀石石墨開開始替替代模模壓燒燒結工工藝，，其密密度高高，導導電性性好，，在微微型斷斷路器器（DZ47））中AgC開始始逐步步替代代AgCdO。。模壓燒燒結工工藝擠擠壓壓工藝藝從歐洲洲的狀狀況看看，AgC系列列觸頭頭材料料不僅僅在微微型斷斷路器器中應應用，，其在在塑殼殼斷路路器中中的應應用也也越來來越多多，如如schneider的的CompactC系系列塑塑殼斷斷路器器，從發(fā)展展趨勢勢來看看，今今后國國內AgC的應應用將將更多多。最最近對對于AgC材料料的研研發(fā)主主要集集中在在提高高其塑塑性上上，以以便加加工出出一些些復雜雜形狀狀的觸觸頭和和自動動焊接接用的的AgC型型材。。從實實驗室室的研研究情情況看看，網(wǎng)網(wǎng)絡狀狀AgC和和采用用碳纖纖維的的AgC都都可能能會在在幾年年后出出現(xiàn)。。電器型號CompactC100NCompactC160NC160HCompactC250NC250HCompactC400NC630NCompactC800NC1000NC1250N動觸頭AgNi40AgNi40AgZnO8AgNi40AgNi40AgWC40AgNi40靜觸頭AgC5AgC5AgZnO8AgC5AgC4Ni2AgC4Ni2四、采采用環(huán)環(huán)保型型觸頭頭替代代銀氧氧化鎘鎘觸頭頭過程程中的的一些些體會會對于原原有的的定型型了的的電器器，替替代工工作往往往并并不是是簡單單地將將銀氧氧化鎘鎘觸頭頭換下下，把把其它它環(huán)保保型的的觸頭頭直接接裝上上去就就可以以了的的，而而是還還要對對一些些電器器設計計的參參數(shù)進進行改改動，，以發(fā)發(fā)揮新新材料料的優(yōu)優(yōu)點，，彌補補其不不足。。對于新新設計計的電電器，，電器器設計計師最最好在在設計計的開開始階階段，，就與與觸頭頭材料料的研研發(fā)人人員密密切配配合，，選擇擇合適適的觸觸頭。。因為為實際際上并并沒有有所謂謂的萬萬能的的、最最好的的觸頭頭材料料，而而只有有最適適合某某種電電器的的觸頭頭材料料。電電器設設計的的過程程中很很重要要的一一部分分工作作就是是尋找找合適適的觸觸頭。。這就就需要要電器器制造造廠商商與觸觸頭材材料制制造廠廠商共共同努努力，，不斷斷改進進設計計和工工藝、、不斷斷積累累經(jīng)驗驗。在選用用環(huán)保保型觸觸頭的的過程程中，，不僅僅要關關注觸觸頭材材料本本身的的性能能，還還應同同時關關注觸觸橋、、鉚接接、焊焊接等等相關