Исследования электроэрозионной устойчивости контакт-деталей с повышенной экологической безопасностью

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

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 1,5раза выше, чем у контактов типа КМК-А10м.
ВСТУП. АКТУАЛЬНІСТЬ ПРОБЛЕМИ Електромеханічні апарати з контактними комутаційними елементами становлять 90% актуального ринку комутаційних апаратів завдяки вагомим перевагам над апаратами з напівпровідниковими комутаційними елементами (глибина комутації, перевантажувальна 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 застосовуються металокерамічні контакти марки КМК-А10м, які мають в своєму складі містять оксид кадмію (СДО), завдяки якому суттєво збільшується електрична зносостійкість контактів. При цьому слід врахову-, ,
,, у міжконтактному проміжку електричного апарата в процесі комутацій, вже при температурі 900 °C розкладається на кадмій і кисень та при температурі 1559 °C сублімує [1], отже потрапляє у навколишнє.
Державні санітарні правила та норми України відносять кадмій та його сполуки до 1-го класу токсично небезпечних речовин, які небезпечні для здоров’я людини [2]. У цьому ж документі зазначається, що оксид кадмію може негативно впливати на бронхо-,, на нервову систему, обмін речовин та кровотворну.
Згідно з Міждержавним стандартом [3], який нормує загальні санітарно-гігієнічні вимоги до повітря робочої зони середньозмінна гранично допустима концентрація 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, .
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.
, -жди ретельно контролюються на підприємствах, у тому числі й на підприємствах харчової промисло-,
потрапляти у кінцеву продукцію, яка зрештою потрапляє й до споживачів.
Програма Організації Об'єднаних Націй з навко-, -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
[3]
був прийнятий стратегічний підхід до міжнародного регулювання хімічних речовин, у тому числі таких, ,. 25/5
заключної доповіді даної сесії (п. II, стор. 26) зокрема, -,, створює проблеми для країн, що розвиваються, і країн з перехідною економікою, у яких відсутній достатній потенціал для забезпечення екологічно обгрунтованого регулювання і видалення цих речовин, що містяться в продуктах. Там же зазначається, що потрібно здійснити додаткові заходи для вирішення проблем, .
,, які не є токсичними, безумовно є актуальною для на.
АНАЛІЗ ОСТАННІХ ДОСЛІДЖЕНЬ І ПУБЛІКАЦІЙ
Численні дослідження (див. бібліографію в [5]), проведені науковцями у різних країнах, показали можливість застосування в електричних контактах замість оксиду кадмію оксидів інших металів, серед яких особливу увагу дослідників привертає оксид.
Композиції срібла з кількістю оксиду олова (8п02) 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 8п02 всередині зерен срібла. Термодинамічні властивості оксиду олова набагато кращі ніж у оксиду кадмію. Так температура плавлення 8п02 близько 1900 °C, при якій 8п02 не розкладається на олово і кисень. Зона плавлення робочої поверхні дугою мала, оскільки температура кипіння 8п02 становить 2273 °C.
Метало переробний завод ШМЕТ Інституту кольорових металів у Глівіце (Польща) виготовляє контактний матеріал срібло-оксид олова, де токсичний оксид кадмію замінено екологічно безпечним оксидом олова [6]. Проте, робоча поверхня контактів такого матеріалу зазнає значного окислення при довготривалому проходженні струму. Окислення поверхні призводить до перегріву матеріалу та значного підвищення перехідного опору, що знижує надійність та термін служби апаратів.
МЕТА РОБОТИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ
Метою даної роботи було виявлення закономір-, -шою екологічною безпечністю та підвищеною зносостійкістю. Зокрема, були проведенні дослідження впливу різних компонентів на якість контактних ма-(, ,
),
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 досліджень електроерозійної стійкості та контактного опору матеріалу контактів з вилученим токсичним інгре--.
Основним критерієм при виборі інгредієнтів композиційного контактного матеріалу є їх висока
,
взаємодії з матричним металом (яким у наших дослідженнях є срібло) мала схильність до коалесценції за —
.
Цим вимогам у значній мірі відповідають термодинамічні стійкі тугоплавкі з'єднання, такі як оксиди, які можуть бути отримані у вигляді порошків різних.
Введення дисперсних частинок оксидів в срібну матрицю підвищує міцність, межу текучості, твердість і температуру рекристалізації, оксиди підвищують дугогасний ефект, перешкоджають зварюванню контактів при комутації струму в нормальних і ава.
У металокерамічних композиціях з оксидами електродуговий розряд на поверхні контактів вибірково взаємодіє з частинками інгредієнтів найменш
— ,. Тому електрична дуга переміщується з одного окремо розташованого тугоплавкого включення на інше, внаслідок чого відбувається дисипація енергії дуги і зменшується кількість теплової енергії, яка поглинається. -,.
Розроблений матеріал включає наступні інгредієнти: 82% масА + 11,5% мас. 8пО2 + 4% мас. 1п203 + 2% мас. гг + 0,5% мас^Оз. [5]
При комутації струму та довготривалому його проходженню через замкнені контакти магнітних пускачів на робочій поверхні контакту утворюється термостабільний шар 8пО2 з високим питомим опором (р = 4 ¦ 104 О мм), що призводить до перегрівання контактів та зниження їх електроерозійної стійкості.
Запобігання утворенню термостабільного шару забезпечує введення оксиду вольфраму ^О3) в кількості 0,5%.
Розплавлені частинки WO3 (ТОЛав = 1470 °С) обволікають тверді частинки 8пО2 і утворюють волокнистість розплавленого срібла, де волокнами є частинки 8пО2 покриті WO3.
Частинки 8пО2, які не покриті оксидом вольфраму виштовхуються наверх розплавленим сріблом, де на робочій поверхні створюється термостабільний шар оксиду олова з високим опором протікання струму.
Введення оксиду індію (Іп2О3) дозволяє рівномірно розподіляти дрібнозернисті оксиди олова в срібній матриці і прискорювати дифузію олова в срібну матрицю при виготовленні контактного матеріалу.
Введення цирконію (2г) підвищує електроеро-зійну стійкість контактного матеріалу, за рахунок поглинання кисню із розплавленого срібла при дії елек-, -ріння дуги та розбризкування рідкого срібла.
Технологія виготовлення дослідних зразків проводилась методами внутрішнього окислення та поро. -дження були наступні порошки: Ag (ТУ 48−1-702−77), 8пО2 (ГОСТ 22 516−77), Іп2О3 (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.
Суміш срібла з оксидами піддавалась відновленню в атмосфері водню. Температура відновлення коли-600 — 700 ° ,
1 — 2,5 год. Охолоджена суміш протиралась через сито
01. — -піддавались внутрішньому окисленню, порошок роз-
1 — 1,5. -
віючої сталі завантажувалась в трубчату піч, через яку.
700 — 750°. -
кти, тиск пресування 2 — 2,5 МПа.
Контакти спікалися в повітряній атмосфері при 900° 1 ,
6 МПа. Потім повторно спікалися при 800С протягом 1 години, калібрувалися при тиску 9 МПа і відпалю-500 ° 1.
Мікроструктурний аналіз дослідного матеріалу на основі срібла з оксидними добавками дозволив виявити загальну картину розподілу оксидних добавок в срібній матриці (рис. 1).
Мікроструктура дослідних зразків складається з областей чітко виділених зерен та білих полів. Мікроструктура зразків окислених при 750 °C, являє собою чітко виділені зерна.
Як показали виміри мікротвердості, білі поля
= 146 — 248 / 2,
а для зерен Нв = 110 — 153 кгс/мм2. Білі поля — це дуже 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.
Структура поверхні руйнування енергією електричної дуги тісно пов’язана з фізико-механічними властивостями оксидів і цирконію, розмірів частинок оксидів, їх об'ємної кількості і міцності поверхні.
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-. 2,, стійкість дослідних контактів в 1,6 рази вища, ніж у серійних контактів типу КМК-А10м.
Рис. 2. Електрична ерозія контакт-деталей магнітного пускача П'-МЛ 5100 в залежності від циклів комутацій: 1- контакт КМК-А10м- 2 — дослідні контакти (82% масА + 11,5% мас. 8пО2 + 4% мас. Іп2О3 + 2% мас. 7 г + 0,5% мас^О3)
Контактний опір у контактів типу КМК-А10м та дослідного матеріалу однаковий і складає = 0,7 Ом. Сила приварювання контакт-деталей при струмі 100 А становила 0,02 Н, а у серійних контактах типу
— 10 0,05.
ВИСНОВКИ Використання в матеріалі контакт-деталей на ос, -мість токсичного оксиду кадмію, що відноситься до першої групи токсичності, значно підвищить рівень екологічної чистоти матеріалу, а сумісне введення у композитний матеріал таких малотоксичних інгредієнтів як оксиди олова та індію, вольфраму та металу цирконію значно підвищує електроерозійну стійкість, надійність контактування та суттєво зменшує силу.
ЛІТЕРАТУРА
1. Мастеров В А., Саксонов Ю. В. Серебро, сплавы и биметаллы на его основе. Справочник. -М.: 1979,295с.
2. Державні санітарні правила та норми України. № 2.2.7.
029−99. — 2,. 22.
3. 12.1. 005−88 — -
бования к воздуху рабочей зоны.
4. -
. /
форума по окружающей среде на уровне министров о рабо-
(, 16 — 20
2009).
5. Афонин М Л., Овчинникова М Л. Класификация материалов для электрических контактов низковольтной коммутационной аппаратуры и области их применения в элекро-
. — // 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 № 18 931 від
15. 11. 2006. -
деталей.
Надійшла 11. 04. 2009
Кохаповський Василь Олександрович, ст. викладач Національний технічний університет У країни & quot-Київський політехнічний інститут& quot-,
Україна, 3 056, Київ, вул. Янгеля 1/37,
кафедра & quot-Поліграфічні машини& quot-, тел. (097) 18 76 771,
e-mail: kohv@vpf. ntu-kpi. kiev. ua

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой