Sin embargo, con el aumento de los requisitos de protección ambiental y la presión del precio de la plata, la investigación y el desarrollo de materiales de contacto de AgCdO de alto rendimiento y ahorro de plata se ha convertido en el foco de la investigación de la industria. Los investigadores
de Fudar Alloy han estudiado la aplicación y el rendimiento de un material de contacto de AgCdO con alto contenido de óxido en los contactores de CA GMC-50.
¿Por qué elegir materiales AgCdO con alto contenido de óxido?
El material de contacto AgCdO tiene las siguientes ventajas:
1. Fuerte soldadura antifusión: evita eficazmente que los contactos se adhieran y prolonga la vida útil del equipo.
2. Propiedades eléctricas estables: la baja resistencia de contacto garantiza una transmisión de corriente eficiente.
3. Resistencia a la erosión del arco: la superficie de contacto mantiene una buena integridad incluso en entornos de alta corriente.
Para reducir aún más el contenido de plata y, al mismo tiempo, mejorar las propiedades eléctricas, los investigadores agregaron trazas de Sn (estaño) al material AgCdO convencional y optimizaron la organización del contacto a través de un proceso de oxidación interna.
Desarrollo de materiales AgCdO con alto contenido de óxido
1. El papel de la adición del elemento Sn
Las partículas de SnO₂ tienen una excelente estabilidad térmica y pueden reducir la agregación de CdO (óxido de cadmio) en los límites de grano, lo que evita que la agregación de óxidos en los límites de grano provoque una degradación del rendimiento. El Sn y el CdO desempeñan un papel complementario para mejorar aún más la resistencia del material al quemado y a la soldadura por fusión. La formulación final elegida para esta prueba se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1：
| No. |
En |
CADA |
SnO2+T |
| 1# |
Balance |
15 |
1.5 |
| 2# |
Balance |
17 |
2 |
| 3# |
Balance |
17 |
2.5 |
2. Comparación del rendimiento del mismo material en diferentes procesos de oxidación interna
Para seleccionar un proceso de oxidación interna adecuado, en primer lugar, el material 1# se oxida en diferentes condiciones de oxidación interna y se comparan las propiedades físicas de los contactos para seleccionar un proceso de oxidación adecuado.
Tabla 2:
| No. |
Temperatura (℃) |
Presión de oxígeno (MPa) |
Tiempo (h) |
| Tecnología A |
700 |
0,5 |
— |
| TecnologíaB |
700 |
0,8 |
— |
| tecnología |
750 |
0,8 |
— |
El material de prueba n.° 1 se oxidó internamente en las condiciones anteriores durante un tiempo hasta que la muestra se oxidó. Se compararon las propiedades físicas y la organización metalográfica de los contactos después de la oxidación.
Estructura metalográfica
Figura 1, Formulación 1#, Tecnología A, 200X
Figura 2, Formulación 1#, Tecnología B, 200X
Figura 3, Formulación 1#, Tecnología C, 200X
Los límites de grano de contacto en la Fig. 1 son obvios, lo que indica que algunos óxidos se precipitan en los límites de grano durante el proceso de oxidación; mientras que en la Fig. 2 los límites de grano son finos y se precipitan menos óxidos en los límites de grano, y la tasa de difusión de Cd se acelera a presiones de oxígeno más altas, y los plasmas de óxido se distribuyen uniformemente dentro de los límites de grano; en la Fig. 3 los límites de grano son más discretos, y las partículas de óxido en los límites de grano de contacto precipitan de manera más gruesa, lo que sugiere que un aumento en la temperatura y la presión puede acelerar la difusión de Cd, a temperaturas más altas para hacer que las partículas de óxido precipitadas sean más gruesas.
3. Optimización de las tecnologías de oxidación interna
El estudio compara tres procesos de oxidación interna (A, B y C) para tratar materiales de AgCdO a diferentes temperaturas y presiones de oxígeno, respectivamente, y finalmente descubre que:
Dureza
|
Dureza (HV0.3) |
| Tecnología A |
101 |
| Tecnología B |
98 |
| Tecnología C |
97 |
La dureza del material de prueba n.° 1 no difirió mucho entre los tres procesos de oxidación.
Resistividad eléctrica
|
Resistividad eléctrica (μΩ·cm) |
| Tecnología A |
3.12 |
| Tecnología B |
2.91 |
| Tecnología C |
2,76 |
La resistividad eléctrica más baja bajo la tecnología de oxidación interna C se debe a que los límites de grano de los contactos son menos pronunciados bajo la tecnología C, mientras que la tecnología A tiene la distribución más alta de óxidos de grano.
Bajo la tecnología C, 750 °C y una presión de oxígeno de 0,8 MPa, las partículas de óxido se distribuyen uniformemente y la dureza y resistividad del contacto muestran el mejor rendimiento. La tecnología pudo reducir significativamente la erosión del arco de los contactos mientras mantenía propiedades eléctricas estables.
4. Comparación del rendimiento de diferentes materiales bajo la misma tecnología de oxidación interna
El proceso de oxidación interna se seleccionó utilizando la tecnología C. Tres muestras de material de prueba se sometieron a oxidación interna en el mismo horno y se comparó el rendimiento de diferentes formulaciones de materiales bajo esta condición de oxidación.
Estructura metalográfica
Figura 4, Formulación 1#, Tecnología C, 200X
Figura 5, Formulación 2#, Tecnología C, 200X
Figura 6, Formulación 3#, Tecnología C, 100X
Bajo la misma tecnología de oxidación C, la organización metalográfica después de la oxidación varía mucho dentro de las diferentes formulaciones. En comparación con la Fig. 4, la precipitación en forma de aguja de las partículas de óxido en la Fig. 5 es más obvia, y dicha disposición ordenada de óxidos en forma de aguja puede desempeñar el papel de refuerzo de fibra, lo que resulta en una mejor resistencia al quemado del material. En la Fig. 6, apareció una agregación grave de óxido después de la oxidación de la formulación 3#, lo que impidió la oxidación adicional del material, y se puede ver a partir de la estructura metalográfica que la región de agregación de óxido está ubicada alrededor de los límites de grano. En el proceso de fundición, el Sn se precipita preferentemente sobre el Cd en el límite de grano, pero cuando el contenido de Sn es mayor, parte del Sn se precipita cerca del límite de grano, de modo que en el proceso de oxidación interna, la difusión del oxígeno desde el límite de grano hacia el interior del límite de grano se ralentiza en el límite de grano alrededor de la reacción con el Cd y el Sn y así sucesivamente para formar óxidos, a medida que avanza la oxidación, el fenómeno de agregación de óxidos es más grave y el paso de átomos de oxígeno es más difícil, y finalmente la formación de la Fig. 6, como la agregación grave cerca de los límites de grano, lo que da como resultado que el proceso de oxidación interna no pueda continuar la organización metalográfica. Tal fenómeno se puede lograr aumentando la presión de oxígeno para lograr una oxidación suave, pero debido a las limitaciones del equipo doméstico no se puede llevar a cabo bajo una prueba de oxidación a mayor presión.
Dureza
|
Dureza (HV0.3) |
| Formulación 1# |
104 |
| Formulación 2# |
97.4 |
Como la formulación 3# no se pudo oxidar con éxito, la dureza se probó solo para las formulaciones 1# y 2, que no eran muy diferentes.
Resistividad eléctrica
|
Resistividad eléctrica y (μΩ·cm) |
| Formulación 1# |
2,76 |
| Formulación 2# |
2,92 |
No se probó la resistividad de la formulación 3#, ya que no se pudo oxidar con éxito. A partir de los datos, se puede ver que la resistividad de la formulación 2# es alta, lo que se debe al mayor contenido de óxido de la formulación 2#.
Al comparar la organización metalográfica, la dureza y la resistividad, y considerando el contenido de plata de la formulación,
se seleccionó la formulación 2# para la formulación de las muestras de suministro de contactores de CA de la serie GMC, mientras que se seleccionó la tecnología C para el proceso de oxidación interna.
Pruebas y verificación del rendimiento de los materiales
En el contactor de CA GMC-50, se realizaron las siguientes pruebas de rendimiento sobre el material de contacto de AgCdO con alto contenido de óxido desarrollado a temperaturas que oscilaban entre 5 °C y 35 °C, una humedad relativa de menos del 85 % y elevaciones de menos de 2000 metros:
1. Prueba de aumento de temperatura
| Conector de cableado |
Temperatura previa a la prueba |
Temperatura posterior a la prueba |
Punto de referencia |
Aumento de temperatura |
Resultado |
| R |
30.2 |
72,7 |
<70K |
42,5 |
DE ACUERDO |
| S |
30.3 |
74.4 |
44.1 |
DE ACUERDO |
| yo |
30.3 |
80.1 |
49.8 |
DE ACUERDO |
| EN |
30.2 |
72.4 |
42.1 |
DE ACUERDO |
| V |
30.3 |
82.6 |
52.3 |
DE ACUERDO |
| EN |
30.1 |
77.0 |
46.9 |
DE ACUERDO |
Como se puede ver en la tabla anterior, las muestras se operaron a la corriente nominal y los aumentos de temperatura medidos fueron todos inferiores a 70 K, lo que cumple con los requisitos de diseño.
2. Prueba de vida útil eléctrica
Condiciones reales del circuito de prueba
| Voltaje de prueba (V) |
Corriente de prueba (A) |
Factor de potencia |
A tiempo (ms) |
Tiempo de inactividad (ms) |
| 450 |
192 |
0,35 |
100 |
9000 |
En condiciones de prueba AC-4 (voltaje 450 V, corriente 192 A), las muestras alcanzaron una vida útil eléctrica de más de 56 000 ciclos.
3. Pruebas de conexión y ruptura
Prueba de conexión
Condiciones reales del circuito de prueba
| Voltaje de prueba (V) |
Corriente de prueba (A) |
Factor de potencia |
A tiempo (ms) |
Tiempo de inactividad (ms) |
| 450 |
384 |
0,45 |
100 |
9000 |
Prueba de conexión y ruptura
Condiciones reales del circuito de prueba
| Voltaje de prueba (V) |
Corriente de prueba (A) |
Factor de potencia |
A tiempo (ms) |
Tiempo de inactividad (ms) |
| 450 |
320 |
0,45 |
100 |
9000 |
Después de 50 ciclos de prueba de encendido y apagado de alta intensidad, la superficie de contacto no muestra quemaduras ni anomalías obvias y el rendimiento es estable.
4. Prueba de resistencia
Condiciones reales del circuito de prueba
| Voltaje de prueba (V) |
Corriente de prueba (A) |
Factor de potencia |
A tiempo (ms) |
Tiempo de inactividad (ms) |
| 450 |
192 |
0,45 |
100 |
9000 |
Las propiedades de resistencia de aislamiento y resistencia de tensión de las muestras cumplen los requisitos después de 6.000 operaciones consecutivas en las condiciones de operación acordadas.
Aplicaciones y beneficios
1. Notable efecto de ahorro de plata
Al agregar elementos Sn y optimizar el proceso de oxidación, los nuevos contactos AgCdO reducen la cantidad de plata mientras cumplen o incluso superan las propiedades eléctricas de los materiales tradicionales AgCdO12 y AgCdO15.
2. Alta adaptabilidad
El material puede operar de manera estable en contactores de CA GMC-50 y también es adecuado para otros equipos eléctricos de bajo voltaje con requisitos de alto rendimiento.
3. Equilibrio entre protección ambiental y economía
Aunque existe cierta controversia sobre el respeto al medio ambiente de los materiales CdO, la optimización como la adición de Sn ha reducido la volatilidad de los materiales de contacto, mitigando el impacto en el medio ambiente y reduciendo los costos de producción.
Conclusión
Al agregar elementos de Sn y optimizar el proceso de oxidación interna, el material de contacto AgCdO con alto contenido de óxido puede resolver las deficiencias de los materiales tradicionales, lo que no solo logra un efecto de ahorro de plata sino que también mejora significativamente el rendimiento eléctrico. Como material de contacto central del contactor de CA MC-50, muestra una excelente estabilidad y durabilidad, lo que proporciona una dirección importante para la actualización de la tecnología de contacto eléctrico.
En el futuro, con el desarrollo de materiales más respetuosos con el medio ambiente y los avances en la tecnología de procesos, estos materiales de contacto desempeñarán un papel clave en una gama más amplia de equipos eléctricos. Si tiene alguna pregunta sobre el material de contacto AgCdO, no dude en contactarnos.
