Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Харитонов Евгений Олегович

Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте
<
Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Харитонов Евгений Олегович. Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.01 / Харитонов Евгений Олегович; [Место защиты: Всерос. науч.-исслед. ин-т ж.-д. трансп. МПС РФ].- Москва, 2007.- 192 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/5166

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Анализ существующих материалов, используемых для силовых разрывных контактов 9

1.1. Материалы для силовых разрывных контактов и методы их получения 9

1.1.1. Контакт-детали на основе вольфрама (ГОСТ 13333-75) 13

1.1.2. Контакты на основе серебра (ГОСТ 19725-74) 13

1.2. Влияние рабочих режимов на работоспособность материалов 15

1.3. Влияние окисления на способность спекания методом пропускания электрического тока 19

1.4. Методы изготовления электрических контактов из композиционных материалов 25

1.4.1. Спекание «сопротивлением» 28

1.4.2. Спекание импульсным током 37

1.4.3. Спекание с программированным нагружением 41

1.5. Выводы по главе 43

ГЛАВА 2. Разработка материала для дугогасительных электрических контактов 45

2.1. Постановка задачи 45

2.2. Технология изготовления изделий из КМ системы Си - Сг 47

2.2.1. Механическое легирование 48

2.2.2. Компактирование порошковой смеси в брикеты 57

2.2.3. Электроимпульсное спекание 60

2.2.4. Структурное исследование полученных изделий из КМ системы Cu-Cr 64

2.3. Испытания электрических контактов из материалов системы Си - Сг на электродуговое взаимодействие 67

2.4. Результаты испытаний электрических контактов системы Си - Сг электродуговому взаимодействию 72

2.4.1. Результаты испытаний 72

2.4.2. Структурное исследование КМ опытных образцов 76

2.5. Технология изготовления изделий из КМ системы Си - Сг - С 84

2.5.1. Структурные исследования КМ системы Си - Сг - С 86

2.6. Результаты испытаний электрических контактов системы Си - Сг - С на электродуговое взаимодействие 91

2.6.1. Результаты испытаний 92

2.6.2. Структурные исследования КМ системы Си - Сг - С после испытаний на дуговое воздействие 94

2.7. Испытания образцов КМ системы Си - С на воздействие электрической дуги

2.8. Заключение по главе 103

ГЛАВА 3. Замена материалов серебряныхэлектрических контактов на материал более экономичный 105

3.1. Проведение испытаний на образование оксидной пленки на поверхности 108

3.2. Проведение испытаний электрических контактов на шунтирование электрического тока 115

3.3. Проведения эксплуатационных испытаний 118

3.4. Структурное исследование контактов из меди и ВОМ после горения электрической дуги 121

3.5. Выводы по главе 131

ГЛАВА 4. Разработка технологии соединения электрических контактов с держателями 133

4.1. Общие положения 133

4.2. Электроконтактная пайка 135

4.3. Испытания паяных соединений 138

4.3.1. Подготовка к испытаниям 138

4.3.2. Результаты испытаний паяных соединений 142

4.4. Структурные исследования паяного соединения..., 145

4.5. Выводы по главе 148

Основные результаты и выводы 149

Список используемых источников 151

Приложения 160

Введение к работе

Увеличение мощности электрооборудования на тяговом подвижном составе влечет за собой интенсивное изнашивание составляющих его деталей и преждевременные их ремонты. Возникает проблема, связанная с повышением надёжности, безопасности и безотказности работы как уже существующего, так и разрабатываемого электротехнического оборудования.

Проблемы при эксплуатации электрических контактов связаны с применением дорогостоящих материалов, преждевременным изнашиванием рабочей части, отпаиванием электрических контактов от держателей, разрушением отдельных частей конструкций и др.

Данная работа направлена на частичное решение этих проблем. Предусматривается: разработка нового материала для дугогасительных электрических контактов, замена серебросодержащих материалов на материал более экономичный и разработка технологии надежного соединения электрических контактов с держателями.

Актуальность работы обусловлена рядом факторов:

необходимость повышения качества, экономичности, надежности и безотказности работы электрического оборудования за счет применения новых материалов;

использование менее дорогих материалов в качестве электрических контактов, снижающих себестоимость ремонтных работ оборудования;

повышение срока службы электрических контактов;

снижение случаев отрыва электрических контактов от держателей;

Цель работы:

- разработать материал на основе меди для дугогасительных электрических контактов с увеличенным сроком службы по

сравнению с применяемыми до настоящего времени материалами;

разработать технологию, позволяющую повысить качество изготовления электрических контактов, работающих на гашение электрической дуги;

найти более экономичный материал взамен серебра для дугостойких электрических контактов, обеспечивающий безотказную работу на протяжении срока эксплуатации между капитальными ремонтами тягового подвижного состава;

разработать технологию более прочного соединения электрических контактов с медными держателями по сравнению с применяемым до настоящего времени газопламенным методом.

Научная новизна.

  1. Исследован механизм адаптации материалов системы Си - Сг при воздействии электрической дуги, заключающийся в структурной самоорганизации приповерхностной зоны. Структурная самоорганизация заключается в том, что у поверхности материалов системы Си - Сг вне зависимости от их исходного состава после воздействия электрической дуги различаются три области: исходного материала; обедненная медью; оптимального состава (42 -*- 50 % хрома, остальное - медь).

  2. Предложена технология изготовления электрических контактов системы Си - Сг, заключающаяся в сочетании трех процессов: механическое легирование, холодное компактирование порошковой смеси в брикеты и электроимпульсное спекание полученных брикетов. Механическое легирование позволяет повысить подвижность компонентов, а следовательно, способствует адаптации материалов при воздействии электрической дуги.

  3. Исследовано влияние состава материалов систем Си - Сг, Си - Сг - С и Си - Nb - С на износ при воздействии электрической дуги. Было

7 выявлено, что адаптивными свойствами к электрической дуге обладает

только материал системы Си - Ст.

  1. Исходя из поверхностных свойств (слабая связь окислов меди с основой) и физико-механических свойств (жаропрочность и электропроводность) был выбран наноматериал - внутреннеокисленная медь (Си - 1 % об. А120з) для замены серебра в электрических контактах.

  2. Основываясь на комплексных критериях, были определены оптимальные параметры технологии соединения электрических контактов с держателями.

Практическая ценность.

Исходя из механизма адаптации, был разработан материал на основе системы Си - Сг (медь - хром) для электрических контактов, работающих на дугогашение, и технология его изготовления с использованием методов механического легирования и электроимпульсного спекания. Материал Си - 45 % Сг обладает достаточно высоким сопротивлением воздействию электрической дуги по сравнению с остальными аналогичными материалами систем Си - Сг, Си - W (медь - вольфрам) и др. Разработанный материал для электрических контактов, позволят обеспечить больший ресурс работы и безотказность электрических контакторов подвижного состава.

Разработанная технология изготовления электрических контактов из композиционных материалов системы Си - Сг позволяет ускорить процесс их изготовления за счет уменьшения времени спекания до нескольких секунд, повысить качество получаемых электрических контактов и увеличить срок службы матрицы в процессе стадии холодного компактирования.

Разработан материал на основе системы Си - Сг - С для электрических контактов, работающих на дугогашение, и технология его изготовления, включающая модифицирование графита карбидами тугоплавких металлов

8 (в частности карбид хрома - Сг3Сг). Использование метода

модифицирования графита карбидами тугоплавких металлов при

изготовлении этих материалов позволит обеспечить получение надежного

смачивания полученных гранул медью. Это приведет к повышению

сопротивления электрической дуге полученных материалов, т.к. в них

сочетаются два компонента - медь в качестве проводящего компонента и

графит в качестве дугостойкого компонента. Экспериментально показано,

что материал Си - 40 % (Сг - С) отличается от материалов систем Си - Сг

и Си - W большим сопротивлением воздействию электрической дуги.

Использование внутреннеокисленной меди вместо серебра позволит обеспечить более долгий срок службы электрических контактов и снизить затраты при капитальных ремонтах, связанных с закупкой материала. Экономия в этом случае составит 25 ч- 30 млн. руб./год. Снизятся затраты, связанные с простоем тягового подвижного состава в ремонте.

Разработанная технология соединения электрических контактов с держателями по методу контактной пайки позволит обеспечить неразъемное паяное соединение высокой прочности. Паяное соединение, получаемые таким методом, обладают прочностью 200 ч- 250 МПа, что в 2,5 - 3 раза выше прочности паяного соединения получаемого по методу газопламенной пайки. Площадь, участвующая в пайке составляет > 95 %.

Влияние окисления на способность спекания методом пропускания электрического тока

В любой области промышленности разрабатываемый объект должен удовлетворять требованиям, которые необходимы для его надёжной и безотказной работы в заданных параметрах и рабочих условиях. Те же самые требования относятся и к разрабатываемым контактам.

Большинство контактов работают при высоких значениях напряжения, силы тока, давлениях и т. д. При работе в таких режимах, между контактами велика вероятность появления электрической дуги, что увеличивает износ поверхности контактов и может привести к преждевременному выходу из их строя, а в последствии и к скорому выходу из строя всего оборудования в целом, на котором они установлены.

Дугостойкие материалы применяются в силовых контактах, которые работают с дугогашением, например, в контакте главного контроллера электровоза и в дугогасительных контактах, например контакты быстродействующего выключателя постоянного тока ВАБ-28. Основная функция силовых контактов - коммутирование электрического тока при замыкании. Главная причина выхода из строя - выгорание материалов контактов в дуге при размыкании. Функция дугогасительных контактов -гашение электрической дуги. Основные требования, предъявляемые к дугогасительным контактам, это высокая дугостойкость и низкое удельное электрическое сопротивление.

Традиционно, высокую дугостойкость обеспечивают применением в таких материалах тугоплавких металлов: Nb, Mo, Та, W с температурами плавления 2368С, 2620С, 2996С, 3395С, соответственно. В подавляющем большинстве таких материалов применяется вольфрам. Высокую электропроводность обеспечивают применением в таких материалах меди. Желательно, чтобы соответствующий композиционный материал на основе системы W - Си был двухматричным, то есть и вольфрам и медь должны образовывать непрерывные каркасы. Этого можно добиться либо применением специальной технологии, связанной с созданием вольфрамового каркаса с последующей пропиткой его медью, либо высоким содержанием вольфрама (не менее 70 % масс). Однако создание вольфрамового каркаса требует применения высокотемпературных печей, что значительно усложняет технологию. Высокое содержание вольфрама приводит к снижению электропроводности материала контакта и увеличению его массы и удорожанию. По справочным данным [1] электропроводность материала, содержащего 32% Си - 68% W, составляет 50% от электропроводности меди. Однако на практике электропроводность таких материалов составляет не более 30% от электропроводности меди (при содержании вольфрама не более 50%). Срок службы таких материалов в дугогасительных контактах аппаратов ВАБ-28 составляет около года.

При определении потери объема токосъемных материалов при дуговом воздействии, были получены результаты, приведенные на рисунке 8. По этим данным видно, что наибольшим сопротивлением дуговому воздействию обладает материал из природного графита. Стоит отметить, что эти данные были получены для материалов токосъема, то есть для тех материалов, которые работают при условиях не только больших токов, но и в присутствии трения скольжения.

На практике часто возникает вопрос об использовании материалов системы Си - С, т.к. медь в этом случае является токопроводящим компонентом, а графит хорошо сопротивляется дуговому воздействию. Из рисунка 1.1 видно, что лучше всего в дуге стоит природный графит. При изготовлении таких материалов необходимо, чтобы графит смачивался медью для более надежной работы.

Проблема изготовления таких контактов заключается в том, что графит не взаимодействует с медью. Таким образом, в работе планируется разработать для электрических контактов, работающих с дугогашением на основе системы, содержащей и углерод и медь, в которой медь надежно смачивает графит.

В данной работе планируется провести ряд исследований и испытаний электрических контактов на основе разработанного и других материалов для силовых разрывных электрических контактов, применительно сильноточным электрическим сетям.

При работе разрывных силовых контактов также имеет место явление механического переноса материала. Это явление было обнаружено и изучено Кессельрингом и сотрудниками [2, 6]. Исследователи занимались разработкой контактного выпрямителя, в котором в качестве контактного материала использовалось чистое серебро, с учётом требования малого контактного сопротивления. Чтобы мостиковый перенос был как можно меньше, они работали с малым током (0,3 А). Обычно материал переносится на катод, что указывало на присутствие мостикового переноса. Случалось также, что материал переносился на анод, а это указывало на новое явление.

Кесельринг и сотрудники предложили следующий механизм. Усталость из-за повторных ударов и некоторого скольжения приводит к ослаблению связи между чешуйками серебра на контактной поверхности. Эти частички собираются, возможно, под действием втягивания при размыкании контактов и под влиянием ударов образуют выступ на одном из контактов. Другой контакт в месте этого выступа испытывает повышенное напряжение, поэтому перенос продолжается в том же направлении, увеличивая выступ. Небольшой мостиковый перенос даёт преимущество одному из контактов для начала механического переноса. Выступ легко удаляется с серебра при помощи бритвы, при этом на поверхности не было видно никаких следов сваривания. Однако ясно, что сильное сцепление имело место в очень мягких пятнах, так как смазка и даже тонкий слой воды из влажной атмосферы уменьшали перенос материала. Ослабленные частицы могут удаляться завихрениями воздуха при размыкании контактов. Тогда никаких уплотнений не образуется и всякий заметный перенос прекращается. В вакууме, где такой перенос исключается, поверхности становятся шероховатыми, но наросты отсутствуют. [2].

Испытания электрических контактов из материалов системы Си - Сг на электродуговое взаимодействие

Устойчивость материала к воздействию электрической дуги определяется потерей объема при дуговом воздействии. Для четкой картины значений изнашивания материалов при горении электрической дуги было предложено определять интенсивности изнашивания.

Была разработана методика и установка (рисунок 2.16) для проведения сравнительных стендовых испытаний на дуговое воздействие материалов дугогасительгых электрических контактов.

Настоящая методика распространяется на определение потери массы при электродуговом взаимодействии на материалы для дугогасительных контактов электрических подстанций и тяговых подвижных составов. Для проведения испытаний была разработана испытательная установка для инициирования электрической дуги. Электрическая схема испытаний на дугостойкость на стенде СИА-6 приведена на рисунке 2.17. Данная установка приведена на рисунке 2.16 и имеет следующую конструкцию: испытываемые образцы (3, 6) (заранее напаянные на медные держатели контактной пайкой, технология которой приведена в главе 4) устанавливаются в медные (латунные) держатели (2, 7), к которым подведены силовые высоковольтные провода (1, 8), соединяющие данное устройство с испытательным стендом. Держатели (2, 7) закреплены к металлической стойке (5), установленной на заземленном основании, через два высоковольтных изолятора (4).

Испытываемые образцы состоят из двух основных частей: держателя и припаянного к нему испытуемого материала. Держатели изготовлены из отрезков контактного провода марки МФ-100 длинной 80... 120 мм с последующей механической обработкой под пайку одного из торцов каждого отрезка. Образец испытываемого материала изготавливается в форме цилиндра высотой 8 мм и в диаметре 10 мм. Непосредственно перед закреплением испытываемых образцов в установке их необходимо очистить от нагара, излишка припоя и окалины, образовавшихся в результате напайки образцов материала на медные держатели. Изготовленные образцы необходимо промаркировать и взвесить на аналитических весах с точностью до 10" г. Для проведения испытаний согласно рисунку 2.16 необходимо установить устройство (5) для крепления образцов (3, 6) и токоподвода (1, 8) на заземленное основание. Прикрепляют к изоляторам (4) токоведущие высоковольтные провода (1, 8) посредством болтового соединения через держатели образцов (2, 7). Для начала проведений испытаний на воздействие электрической дуги необходимо задать параметры испытаний. Для достижения этой цели необходимо силовые высоковольтные провода (1,8) замкнуть между собой и пропустить электрический ток. По истечении данной процедуры на цифровом осциллографе консоли управления появятся данные о протекании процесса (сила электрического тока /, время протекания электрического тока г и напряжение U). Проводя несколько таких испытаний с варьированием силы тока и времени его протекания при коротком замыкании, испытательная установка настраивается на определенные параметры. Перед проведением каждого испытания в держателях (2, 7) закрепляют образцы (3, 6) с испытываемым материалом так, чтобы они были направлены испытываемыми материалами друг к другу. Затем по шаблону выставляют между ними определенное расстояние. В данном случае использовался шаблон размером 10 мм. По завершению данной операции между двумя поверхностями испытываемых материалов устанавливается «запал» в виде тонкой витой проволоки диаметром не более 0,5 мм для возникновения короткого замыкания. Сгорание «запала» имитирует процесс размыкания электрических контактов, при котором происходит зажигание электрической дуги. Через закороченный, таким образом, воздушный промежуток между двумя электродами пропускается импульс тока, который отражает реальные токи короткого замыкания в контактной сети постоянного тока. Импульс тока состоит из трех основных ступеней: первая ступень - полусинусоидальная форма тока с длительностью по основанию 0,03 - 0,04 с и амплитудой 2,4...2,6 кА; вторая ступень - протекаемый электрический ток характеризуется постоянной силой в 2,5...2,6 кА при длительности 0,12...0,13 с; третья ступень - непосредственно гашение электрической дуги, при которой сила электрического тока стремительно практически по линейной зависимости падает до нуля. Данное явление протекает 0,01 с.

Структурные исследования КМ системы Си - Сг - С после испытаний на дуговое воздействие

На железнодорожном транспорте, как указывалось в главе 1, в качестве материалов для изготовления электрических контактов часто используются дорогостоящие металлы, такие как серебро и КМ на его основе. В частности на тяговом подвижном составе серебросодержащие материалы нашли довольно широкое применение в качестве электрических контактов, работающих при токах 50 - 1500 А. При этих условиях имеется повышенная вероятность горения электрической дуги. Серебросодержащие материалы применяются в контакторах МК1-10 УЗ, МК1-20 УЗ, ЧКГ-566, ТКПМ-Ш, ТКПМ-121 и ТКПД-114.

Контакты, как указывалось в главе 1, по ГОСТ 19725-74 имеют следующие марки: КМК-А00; КМК-АЮм; КМК-А20м; КМК-А30; КМК-АЗОм; КМК-А31; КМК-А31м; КМК-А32; КМК-А40; КМК-А50. А -обозначение основного элемента - серебра; м - мелкодисперсная структура. В основном наиболее применяемый материал в качестве материала для электрических контактов, работающих при высоких токах (до 1,5 кА), является материал СОК-15, содержащий 15 % окиси кадмия остальное серебро, а в условиях умеренной электрической дуги (до 1 кА) используется чистое серебро.

Срок службы электрических контактов должен обеспечить пробег тягового подвижного состава между капитальными ремонтами.

На практике, в связи с увеличением скорости и мощности тягового подвижного состава, данное требование очень часто не выполняется, то есть контакты, изготовленные из серебросодержащих материалов, интенсивно изнашиваются. Это связано с низкой устойчивостью данных материалов дуговому воздействию. Серебро достаточно дорогой материал, а его использование в качестве электрических контактов, работающих в условиях горения электрических дуг, ведет к большим финансовым затратам. При анализе данных об изнашивании таких электрических контактов, полученных с различных локомотивных депо (Морозовская Сев. - Кав. ж. д., Арчеда Юго - Вост. ж. д. и др.), выявлено, что контакты на основе серебросодержащих материалов изнашиваются в течении 3- -6 мес. Возможности проводить самостоятельный ремонт электрических контакторов у депо нет. Замена серебросодержащих материалов осуществляется только в условиях ремонтной организации, проводящей капитальные ремонты, то есть ремонтных заводах. В связи с вышесказанным возникает сомнение о целесообразности дальнейшего использования серебра и серебросодержащих материалов в качестве электрических контактов, работающих в условиях повышенной вероятности горения электрической дуги. Целью данной части работы является определение возможности замены серебра и серебросодержащих материалов на материал более экономичный и долговечный. Требования к предлагаемому материалу должны быть следующими: 1. Низкое удельное электросопротивление, близкое к удельному электросопротивлению чистой меди; 2. Низкая стоимость материала по сравнению с серебром; 3. Способность образовывать на поверхности оксидные пленки с низким удельным сопротивлением или нестойкие оксидные пленки; 4. Материал должен обладать высоким сопротивлением воздействию электрической дуги, возникающих в среднеточных электрических контакторах (UH0M 50 В, Аном 1250 А); 5. Материал должен обеспечивать безотказный срок службы электрического оборудования в промежутке между капитальными ремонтами; 107 6. Предложенный материал должен хорошо припаиваться к медным и латунным держателям с целью обеспечения неразрывного соединения на протяжении эксплуатации между капитальными ремонтами. В качестве материала для электрических контактов взамен серебросодержащим был предложен наноматериал, используемый в качестве электродов для контактной сварки - внутреннеокисленная медь (ВОМ) [78, 79, 80, 81, 82, 83, 84]. Данный материал был получен с применением дисперсного упрочнения [79, 85, 86] и имеет химический состав Си - 0,3 % AI2O3. По своим свойствам он отличается от обычной чистой меди и соответствует требования ТУ 1479-002-13092819-01. Свойства ВОМ представлены в таблице 3.1. С повышением температуры в рабочей области на поверхности электрических контактов образуется окисная пленка с сопротивлением выше, чем у основного материала. Для оценки влияния окисной пленки на их переходное сопротивление была проведена серия испытаний с нагреванием образцов материалов электрических контактов до определенной температуры и выдержке при этой температуре. Данные испытания проводились с целью выявления параметров оксидных пленок на поверхности электрических контактов, возникающих при их нагревании. Для проведения таких испытаний в работе были взяты образцы материалов электрических контактов, широко используемых на тяговом подвижном составе: медь, серебро и предложенный материал ВОМ. Образцы нагревали в печи в атмосфере воздуха до температуры 200 С с различным временем выдержки при этой температуре. В результате таких испытаний было выяснено, что при нагреве образцов из вышеуказанных материалов на их поверхности образуется окисная пленка. Удельная электропроводность при проведении испытаний определялась по прибору измерения электропроводности ВЭ-17 НЦ. Однако на поверхности медных образцов и образцов из ВОМ образовывались окисные пленки с электропроводностью много ниже 9 мСм/м. Окисные пленки с такой электропроводностью значительно ухудшают контакт рабочих поверхностей сопрягаемых электрических контактов, а иногда и запирает их, делая невозможным пропускание электрического тока.

Структурное исследование контактов из меди и ВОМ после горения электрической дуги

Общий вид штатных электрических контактов и электрических контактов из предложенного материала приведен на рисунке 3.9.

Из рисунка 3.9 а видно, что электрические контакты из ВОМ претерпели лишь несущественные изменения, а именно износ их рабочей части в среднем не превысил 0,1 мм при пробеге тепловоза 41 тыс. км. Иногда встречаются небольшой износ по краям, обусловленные обгоранием заусенцев, образованных в результате пайки контактов к держателям или в результате неполного прилегания рабочих поверхностей контактов друг к другу.

В свою очередь износ электрических контактов из серебра (штатный материал) составил 1,0...1,5 мм, а иногда встречаются контакты, изношенные практически до своего медного основания (рисунок 3.9 б). Следовательно, можно сделать вывод, что материал ВОМ является материалом с большим сопротивлением воздействию электрической дуги, чем серебро или материалы на его основе. Это обуславливается тем же что и в пункте 3.2: серебро имеет температуру разупрочнения ниже, чем у ВОМ. Основным характером износа серебряных электрических контактов является выдавливание расплавленного серебра из рабочей области при замыкании электрических контактов, а у чистой меди основной характер - за счет вырывания материала с поверхности контактов. Износ рабочей части электрических контактов из ВОМ значительно ниже износа рабочей части серебряных электрических контактов. Структурные исследования электрических контактов из меди и ВОМ проводились на том же полевом эмиссионном растровом электронном микроскопе JSM-6700F, что и при структурном исследовании КМ систем Си - Сг и Си - Сг - С после воздействия электрической дуги. Для проведения исследований были изготовлены образцы из испытанных электрических контактов, указанных в разделе 3.2. Анализ проводился по двум поверхностям: - поверхность, перпендикулярная поверхности горения электрической дуги; - поверхность горения электрической дуги. Глубина влияния электрической дуги на материалы имела малые размеры, поэтому определить изменения по глубине КМ не предстояло возможным. Для выявления изменений структуры ВОМ рабочей поверхности на рисунке 3.10 а, б представлена исходная структура данного материала. Из этих рисунков видно, что содержание А120з в объеме всего материала мало и представляет собой отдельные включения (рисунок ЗЛО а). Остальной материал представляет собой чистую медь (рисунок 3.10 6). После проведения испытаний рабочая поверхность электрических контактов из ВОМ, внешний вид которой представлена на рисунках 3.11 а - в и 3.12, претерпела значительные изменения. Из рисунков 3.11 а - в, показывающих состав в различных участках рабочей поверхности, не было выявлено содержания А120з. Однако, при построении карты распределения компонентов ВОМ по рабочей поверхности после испытаний (рисунок 3.12) были выявлены участки, содержащие кислород и алюминий. При этом кислород концентрировался в участках с повышенным содержанием алюминия, что дает право сделать вывод о том, что это и есть АЬОз. Согласно рисункам 3.11 а - в и 3.12 можно сделать следующий вывод: в процессе работы электрических контактов из ВОМ структура их претерпевает незначительные изменения, что влечет за собой почти неизменные свойства данного материала при горении умеренноточной электрической дуги на их поверхностях. При исследовании структуры медных электрических контактов было выявлено, что под воздействием электрической дуги при токах тех же параметров на рабочей поверхности электрических контактов остается в основном чистая медь (рисунок 3.13 а). Однако при построении карты распределения компонентов (рисунок 3.13 б), которые согласно литературным источникам должны были образовываться на рабочей поверхности, выявили малое содержание графита и кислорода.

Похожие диссертации на Разработка материалов для силовых разрывных и дугостойких электрических контактов с повышенными эксплуатационными характеристиками, используемых на железнодорожном транспорте