Avances recientes en la resistencia de contacto de los materiales de contacto eléctrico

Esto puede provocar fallas de cortocircuito, soldadura de contacto o incendios, entre otros, debido a la resistencia de contacto y al aumento de la temperatura en aplicaciones de ingeniería. Actualmente, la investigación sobre la resistencia de contacto de materiales de contacto eléctrico se divide principalmente en dos áreas principales. Una es la investigación teórica, que se estudia mediante modelos o fórmulas matemáticas. Por ejemplo, para el bloqueo del estado permanente, se introdujeron fórmulas de resistencia de contacto circulares, elípticas, circulares, cuadradas y rectangulares, y Senchang Chen presentó el último modelo de resistencia de contacto, el modelo GW. La otra área es la investigación de equipos de prueba. Los datos de resistencia de contacto se obtienen mediante equipos de prueba de fabricación, como el sistema de medición automático para la resistencia de contacto de nuevos materiales de contacto, fabricado por Wanbing Reng. Su teoría es que se puede utilizar para probar 20 contactos con una resolución de 0,1 M. El sistema de detección ICT, fabricado por Zhi Chen, se utiliza para probar la resistencia de contacto de relés de potencia de 1-30 A. Como es sabido, la resistencia de contacto se compone de dos componentes: la resistencia a la contracción y la resistencia de película. Existen numerosos factores que afectan la resistencia de contacto en la práctica, como las propiedades del material, la rugosidad, la forma del contacto, la suspensión neumática, etc. Por lo tanto, este artículo se centra en el análisis de los factores que influyen en la resistencia de contacto de los materiales de contacto eléctrico. Presentará algunos métodos para reducir la resistencia de contacto de los materiales de contacto eléctrico y brindará soporte técnico para el desarrollo de la industria eléctrica de baja tensión.

Ⅰ. ANÁLISIS DE FACTORES DE INFLUENCIA

Muchos de los factores que influyen en la resistencia de contacto se ven afectados por su propia naturaleza. Principalmente, se relacionan con el proceso de postratamiento, las propiedades del contacto, la presión de contacto, el estado del contacto, la contaminación del contacto, el aumento de temperatura del contacto, factores ambientales, etc. A continuación, se analizarán los factores uno por uno.

A. Proceso de postratamiento:
El estado de la superficie del contacto se determina principalmente por la tecnología de postratamiento. Esto afecta directamente la rugosidad y la limpieza de la superficie de contacto, lo que determina si el postratamiento es adecuado o no. Además, afecta el tamaño y la estabilidad de la resistencia de contacto. Por ello, el tamaño y la cantidad de puntos conductores en superficies de contacto demasiado rugosas son pequeños. Una superficie de contacto ideal debe tener la rugosidad adecuada para obtener una resistencia de contacto baja y estable. Al mismo tiempo, cuanto menor sea la rugosidad de la superficie de contacto, mayor será el área para reducir los gases nocivos y las partículas físicas, y también reducirá la formación de película de óxido, película de curado y el riesgo de contaminación ambiental. La limpieza de la superficie de contacto se refiere a la cantidad de impurezas adsorbidas en ella. La presencia de impurezas en la superficie de contacto afecta negativamente la resistencia del contacto, lo cual es una de las principales causas de la inestabilidad de su vida útil. Jingxian Xiong enumeró en la Tabla 1 cuatro tipos de procesos de posprocesamiento de muestras de remaches, utilizando el comprobador de resistencia de contacto CRM-2 para medir cada muestra. Las condiciones de prueba fueron: voltaje de prueba 6 V CA, corriente de prueba 100 mA, presión de contacto 0,15 N; el valor promedio de la resistencia de contacto de los cuatro conjuntos de muestras fue de 1,22 m, 2,05 m, 1,50 m y 0,74 m. Jingxian Xiong consideró que los resultados de las pruebas de los primeros grupos mostraron que el estado de la superficie de contacto no es estable debido a la inevitable adsorción de algunas impurezas durante el proceso de producción. Esta adsorción de sustancias nocivas durante el proceso de producción aún permanece en la superficie de contacto y, si no se elimina, la erosionará lentamente, deteriorando aún más su estado y aumentando la resistencia de contacto. Los resultados de las pruebas de los grupos 2 y 3 no fueron satisfactorios, lo que indica que un posprocesamiento inadecuado empeoraría el estado de la superficie de contacto y aceleraría la introducción de nuevas impurezas nocivas. La formación de la película superficial aumentó significativamente la resistencia de contacto. Los resultados de las pruebas del cuarto grupo de muestras muestran que la superficie de contacto presenta buena rugosidad y limpieza, y que la resistencia de contacto es baja y estable.


B. Propiedades de contacto:
La corriente baja utiliza principalmente metales preciosos y sus aleaciones; la corriente alta, cobre, aluminio y sus aleaciones. El metal precioso puro se utiliza principalmente en el material de recubrimiento cuando el material de contacto eléctrico se clasifica según el nivel de corriente. La microestructura del material de contacto eléctrico determina directamente la magnitud de la resistencia de contacto, que incluye principalmente la dureza H y la resistividad ρ. La fórmula teórica de la resistencia total a la contracción de los puntos conductores es:


El tipo a en (1) representa el radio de los puntos conductores. Esto indica que la naturaleza de la resistencia a la contracción es la resistencia del metal. La resistividad del material de contacto eléctrico es proporcional a la conductividad del radio del punto, que es inversamente proporcional. En el caso de la deformación plástica, la relación entre el área de indentación y la fuerza de contacto F es:


El tipo ξ en (2) es constante, con un rango de 0,3 a 1. Como se puede observar, la dureza H es menor cuanto mayor sea el radio del punto conductor, mayor será la resistencia a la contracción Rs cuando la fuerza de contacto sea F. Por lo tanto, las propiedades de contacto de los materiales, la dureza H y la resistividad, tienen un efecto decisivo en la resistencia de contacto. Debe considerarse, al igual que la estabilidad de los materiales de contacto, con durezas y resistividades menores.

C. Presión de contacto:
Según el análisis anterior, la presión sobre el área unitaria del área de contacto es:


R es el radio de curvatura de una esfera rígida y H es la profundidad de la sangría cuando la esfera rígida y el plano entran en contacto.


La fórmula (4) permite obtener la curva PD. Como se muestra en la Figura 1, se observa el inicio de un rápido ascenso en la curva, donde la superficie de contacto se encuentra en la fase de deformación elástica. Posteriormente, la curva tiende a suavizarse y la superficie de contacto se encuentra en la fase de deformación plástica elástica. Después de D > 0,03, P se mantiene constante y la superficie de contacto se presenta en la fase de deformación plástica completa.




Por lo tanto, la resistencia de contacto del material de contacto disminuye con el aumento de la presión de contacto, la presión alcanza un cierto valor, la resistencia de contacto básicamente permanece sin cambios, continuar aumentando la presión producirá un mayor desgaste mecánico. Por lo tanto, la presión del material de contacto debe ser efectiva en el control del rango científico y razonable. Para el relé, la presión de contacto aumenta y la succión electromagnética aumenta. Esto resulta de aumentar el tamaño del relé, reduciendo la sensibilidad del relé, pero también causó un rebote grave cuando el contacto y aumenta el desgaste del contacto, acortando la vida útil de los relés. Por lo tanto, la presión de contacto no es cuanto mayor sea, mejor. Es un control razonable en un rango seguro después de un análisis exhaustivo y basándose en el análisis exhaustivo de los factores anteriores.

D. Estado de contacto
El material de contacto eléctrico se divide en 3 tipos según el contacto. (1) contacto puntual, la mayoría del cual es el contacto entre la esfera y el plano o entre la esfera y la superficie de un arco circular. Desde un punto de vista geométrico, los dos lados contactan en un punto, pero de hecho hay una pequeña área de puntos de contacto; (2) Contacto lineal, contacto cilíndrico y plano, superficie cilíndrica y superficie cilíndrica paralela; (3) Contacto superficial, contacto a lo largo de la superficie general. La influencia del estado de contacto en la resistencia a la contracción Rs se expresa principalmente en el número de puntos de contacto. En general, los puntos de contacto "n" alcanzan la resistencia mínima a la contracción. Al menos un punto de contacto "n", la resistencia a la contracción debe ser máxima y el contacto lineal entre ambos. El efecto de la forma de contacto en la resistencia de la película se manifiesta principalmente en la presión en cada punto de contacto. Si la presión de contacto es F y el punto de contacto es n, entonces la presión en cada punto de contacto F1 = F/n. Por lo tanto, la presión en cada punto de contacto F1 y la forma de contacto. Se cree que "n" puntos de contacto contactan. Una presión de contacto al menos F, en las mismas condiciones, y el punto de contacto de cada forma de contacto bajo presión, es el que más fácilmente daña la superficie de contacto, por lo que la resistencia de la membrana Rb disminuye. Por el contrario, si el punto de contacto "n" es pequeño, se elimina la posibilidad de dañar la superficie de la mesa, lo que aumenta la resistencia de la película Rb y el contacto lineal entre ambos. Además, el efecto de la resistencia de contacto está relacionado con la magnitud de la presión de contacto. Cuando la presión de contacto es pequeña, una resistencia de contacto pequeña no es necesariamente mejor que el contacto puntual o lineal, como lo demuestran los datos de la Tabla 1.


E. Contaminación por contacto
Debido a la gran cantidad de contaminantes, como polvo, fibras, líquidos, etc., la mayoría provienen del entorno o de la tecnología de procesamiento. La contaminación es un factor importante que afecta la resistencia de contacto del relé. Puede causar una resistencia de película relativamente grande o una corrosión química grave, lo que aumenta la resistencia de contacto y reduce considerablemente su vida útil. Por lo tanto, es posible realizar una producción limpia para reducir eficazmente la contaminación. Zhi Chen informó que el relé se conecta a dos fuentes principales de contaminación. Durante la fabricación, el relé se contamina inevitablemente con el chip de cobre debido a la base de cobre. La superficie del chip de cobre de la capa compuesta de aleación de plata se oxida fácilmente para formar óxido de cobre. Se verá afectada inevitablemente por altas temperaturas, humedad y otros factores ambientales después del ensamblaje y almacenamiento del relé. La resistencia de contacto se detecta entre 180 y 260 m (6 V/1 A). La resistencia de contacto del contacto seleccionado es inferior a 30 m (6 V/1 A) en el rango de menos de. Si el contacto entre la superficie de contacto de la otra existencia de cobre, que la resistencia de contacto del contacto aumentará obviamente y no es estable. (2) materia volátil del pegamento instantáneo, antes de la prueba para detectar que la resistencia de contacto es menor o igual a 30 m (6 V/1 A), pegamento plástico para pegamento instantáneo (fosfato modificado), temperatura ambiente 26, resistencia de contacto del relé después de un período de tiempo. Cuando el uso de pegamento instantáneo para alcanzar 280-311 mg, la resistencia de contacto es superior a 999 m, el contacto no es conductor y la superficie de contacto puede ver el cuerpo extraño blanco obvio. Debido a que el fosfato modificado es un tipo de material aislante, cuando una gran cantidad de material se adhiere a la superficie de contacto. Conducirá a una gran resistencia de contacto del relé o incluso a la no conducción. Su resistencia de contacto se ha reducido, pero todavía es más de 138 m al reducir el uso de pegamento instantáneo (95-110 mg). Se puede ver que el efecto de los volátiles del gel instantáneo en la resistencia de contacto es muy grande.

El daño de los cuerpos extraños superficiales en la resistencia de contacto fue reportado por Xiaoping Bai, que aumenta la resistencia de contacto leve o falla del contacto. Las principales razones de los cuerpos extraños en la superficie de los contactos eléctricos son, (1) la superficie de los contactos eléctricos en el proceso de fabricación se ve afectada por la contaminación de la aleación, el cobre y el aceite. (2) materiales refractarios, utensilios, abrasivos, abrasivos, agentes de pulido y lubricantes para superficies de contacto eléctrico durante el tratamiento y el tratamiento de la superficie; (3) contaminación por polvo, fibra y piel humana en la superficie de los contactos eléctricos durante el empaquetado y almacenamiento; (4) El proceso de ensamblaje es contaminación de plástico y aceite. A menudo ocurre algún fenómeno que es la gran resistencia de contacto, el aumento de la temperatura y algunos incluso conducen a la falla prematura de los contactos eléctricos debido al cuerpo extraño en la superficie. Diez grupos de datos experimentales muestran que la superficie del cuerpo extraño aumentará la resistencia de la resistencia de contacto. Cuando la superficie del cuerpo extraño, el valor promedio de los 10 conjuntos de resistencia de contacto de datos es de 5,145 m, cuando se retira, el valor promedio de los 10 conjuntos de resistencia de contacto de datos es de 0,474 m.

F. Aumento de la temperatura de contacto
Una vez que la temperatura de la superficie de contacto aumenta, la superficie de contacto y el área cambiarán. Si la presión del contacto no cambia, la alta temperatura hará que la resistencia aumente, lo que resultará en el aumento de la resistencia de contacto. Además, cuando la temperatura alcanza un cierto valor, el contacto puede ablandarse, y el área del contacto aumenta, y la resistencia disminuye. Por lo tanto, el aumento de la temperatura tendrá un cierto efecto en la estabilidad del trabajo de contacto. Se utilizó el software de elementos finitos COMSOL de WanbinRen Multiphysics para establecer el modelo del sistema de medición de temperatura en el sistema de medición de temperatura que contiene el par de contactos, el termopar y la estructura de la abrazadera de contacto. Se basa en el aumento de temperatura del contacto eléctrico del remache , medido directamente en el interior del contacto implantado. Los resultados de la simulación del aumento de temperatura de la presión de contacto y la resistencia de la película se muestran en la figura. El aumento de temperatura constante puntual y la resistencia de contacto presentan una correlación positiva; la presión de contacto y el aumento de la corriente provocarán la disminución de la resistencia de contacto.



G. Factores ambientales
En la atmósfera seca, la mayor parte de la superficie del material de contacto eléctrico es corrosión seca, el rendimiento general de la oxidación del material, curado, etc. Pero en la atmósfera húmeda, la adsorción de agua superficial en el aire formará una capa de película en la superficie del agua, las impurezas en la capa de agua y el polvo del aire de adsorción, la formación del electrolito, la corrosión del material de la corrosión química a la corrosión electroquímica, acelerando así la tasa de corrosión. La contaminación ambiental de China es muy grave, causada por factores ambientales, la falla de contacto representó una gran parte. En la mayoría de los casos, los puntos de contacto están expuestos a la atmósfera, los gases corrosivos en el aire, el polvo y los gases orgánicos producirán una materia extraña aislante en la interfaz de contacto. Por ejemplo: el entorno de trabajo eléctrico automotriz es relativamente pobre, en la falla eléctrica automotriz actual, la mayoría de las cuales son causadas por un contacto deficiente. El aumento de la temperatura ambiente conduce a un estrés térmico en la confiabilidad del contacto también es muy grande. El aumento de temperatura acelera la difusión y migración de impurezas en la matriz metálica. Además, este aumento acelera la relajación de tensiones, dañando directamente las propiedades mecánicas del conector y, por lo tanto, acelerando la corrosión. La superficie del metal se forma con una película aislante. La tensión térmica, especialmente el movimiento relativo de una onda regular, causa corrosión por contacto. Esto eventualmente causa fallas en los contactos. Tonghui Li utiliza gas de corrosión SO₂ para la corrosión de tres tipos de materiales de contacto. La conductividad cambia con el espesor de la película de corrosión, como se muestra en la Figura 3. Como se puede observar, con un espesor de película inferior a 200 nm, la conductividad del material disminuye linealmente con el aumento del espesor de la película, pero el cambio no es muy evidente. Esto se debe a que la corrosión no es muy grave en este momento y a la formación de una distribución no uniforme de la superficie metálica de la corrosión en isla. En la medición de la conductividad, la superficie de la sonda es fácil de contactar sin cobertura de corrosión, lo que resulta en una mayor conductividad eléctrica. Cuando el espesor de la película es mayor a 200 nm, la curva aparece un fenómeno de batido anormal, que puede deberse al aumento adicional del área de cobertura de la isla, de modo que la sonda no puede exponerse fácilmente a la capa delgada de la película de corrosión, en este momento la conductividad eléctrica disminuye rápidamente.

II. CONCLUSIÓN

En resumen, la resistencia de contacto de los materiales de contacto eléctrico se ve afectada por diversos factores. La investigación sobre la resistencia de contacto busca mejorar la calidad del contacto y evaluar su fiabilidad a través del mecanismo de fallo. Su objetivo es obtener evidencia efectiva desde diferentes perspectivas: teoría, experimentación, microevaluación, estadística y materiales. Actualmente, con el rápido desarrollo de la tecnología de la electrónica de potencia, los equipos de contacto eléctrico siguen siendo los componentes más importantes del sistema. Según las estadísticas, la producción anual mundial de relés se acerca a los 4 mil millones, sin mencionar su penetración en la economía nacional y en todos los ámbitos de la vida, como interruptores, enchufes y otros conectores. Por lo tanto, es fundamental reducir la resistencia de contacto y mejorar la fiabilidad del contacto eléctrico, lo cual es crucial para mejorar la calidad de los productos de contacto eléctrico.