孫華民

摘要：在比較嚴(yán)酷的環(huán)境當(dāng)中，通常會(huì)對(duì)密封型繼電器進(jìn)行使用，但是如果繼電器是由銀金屬氧化物材料制作而成的，繼電器長(zhǎng)時(shí)間處于密封條件下，對(duì)電壽命會(huì)造成嚴(yán)重影響，因此不能滿足應(yīng)用的實(shí)際需求。在這篇文章中，主要從繼電器溫度升高、電弧能量以及電壽命實(shí)驗(yàn)之后所接觸的材料等方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)觸點(diǎn)材料的選擇，并且在進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)中后可以發(fā)現(xiàn)，如果使用非銀金屬氧化物來(lái)代替銀金屬氧化物來(lái)作為繼電器的觸點(diǎn)材料，可以將繼電器電壽命有效提升上去。

關(guān)鍵詞：密封型繼電器;嚴(yán)酷環(huán)境;電器壽命;銀金屬氧化物;電弧能量

中圖分類(lèi)號(hào)：TM58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）03-0207-02

0 引言

如果在非常嚴(yán)酷的環(huán)境下對(duì)繼電器進(jìn)行使用則需要對(duì)其進(jìn)行密封操作，但是如果繼電器長(zhǎng)時(shí)間在密封結(jié)構(gòu)下對(duì)其使用壽命則會(huì)造成一定的影響。如果在密封環(huán)境下，通常會(huì)使用銀金屬氧化物材料作為其觸點(diǎn)，這樣對(duì)繼電器的使用壽命會(huì)造成一定的影響，如果觸點(diǎn)的負(fù)載電流在短時(shí)間內(nèi)突然變大，會(huì)大幅度縮短繼電器的使用性能，從而不能繼續(xù)滿足實(shí)際應(yīng)用。

通用型繼電器應(yīng)用較多，而且負(fù)載電流的變化幅度也較大，能夠從毫安級(jí)別到幾十個(gè)安培。在繼電器當(dāng)中，電弧屬于比較強(qiáng)烈的氣體放電，如果觸點(diǎn)已經(jīng)處于斷開(kāi)狀態(tài)，由于電弧溫度是非常高的，會(huì)使觸點(diǎn)表面的金屬出現(xiàn)融化或者是蒸發(fā)現(xiàn)象，如果長(zhǎng)時(shí)間處于溫度較高狀態(tài)，對(duì)觸點(diǎn)材料則會(huì)造成一定影響。通常情況下，如果觸點(diǎn)的電流是非常大的，電弧也會(huì)變得非常大[1]。

1 分析方法及結(jié)果顯示

通過(guò)將理論與實(shí)踐相結(jié)合可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)繼電器的使用壽命造成直接影響的因素包括升溫情況、電弧能量以及觸點(diǎn)的具體性質(zhì)，為了更好的驗(yàn)證導(dǎo)致密封型繼電器壽命較差的具體影響因素，對(duì)密封型繼電器以及非密封型繼電器的使用壽命進(jìn)行一系列測(cè)試是非常有必要的。

1.1 升溫比較試驗(yàn)

為了將不同樣品之間的差異降低到最小，分別選擇電氣參數(shù)以及機(jī)械參數(shù)相同的密封類(lèi)型繼電器以及非密封類(lèi)型的繼電器，在對(duì)繼電器的使用壽命進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)連續(xù)對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。

首先密封型以及非密封型繼電器連續(xù)一小時(shí)承載負(fù)載電流，每間隔一秒進(jìn)行電流接通與斷開(kāi)，直到繼電器的壽命到達(dá)極限狀態(tài)。借助于溫度記錄儀器可以對(duì)移動(dòng)端子以及固定端子的溫度進(jìn)行測(cè)量。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，密封型繼電器以及非密封型繼電器的段子溫度是比較相近的。如果需要對(duì)樣品之間的差異進(jìn)行考慮，溫度之間的差異可以忽略不計(jì)。除此之外，在進(jìn)行端子溫度試驗(yàn)過(guò)程中，不管是密封型繼電器還是非密封型繼電器，端子溫度相對(duì)是比較穩(wěn)定的，尤其是對(duì)于密封型繼電器，在壽命到達(dá)極限之前溫度沒(méi)有出現(xiàn)異常變化，由此可以推斷溫度不是密封型繼電器與非密封型繼電器使用壽命差異的影響因子。

1.2 電弧能量對(duì)比實(shí)驗(yàn)

當(dāng)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)候，電弧可能對(duì)觸點(diǎn)起到一定的侵蝕作用。借助于示波器能夠比較清晰地獲得電壽命測(cè)試階段觸點(diǎn)斷開(kāi)負(fù)載時(shí)的電弧電壓，利用 數(shù)學(xué)函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)電弧能量的計(jì)算，在密封型繼電器以及非密封型繼電器壽命實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，持續(xù)對(duì)電弧的能量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比之后可以發(fā)現(xiàn)，不管是密封型繼電器還是非密封型繼電器在一定范圍之內(nèi)，電弧分布的表現(xiàn)不會(huì)存在較大差異，而且電弧對(duì)觸點(diǎn)的損害是保持在一定水平，由此可以推斷電弧能量不是密封型繼電器與非密封型繼電器使用壽命差異的影響因子。

1.3 觸點(diǎn)上及觸點(diǎn)周邊物質(zhì)元素分析

對(duì)密封型繼電器以及非密封型繼電器進(jìn)行電壽命實(shí)驗(yàn)后，兩者的觸點(diǎn)表面以及彈片外觀存在明顯的差異：在觸點(diǎn)接觸表面，密封型繼電器會(huì)存在非常多比較光亮的凸點(diǎn)，而對(duì)于非密封型繼電器，觸點(diǎn)的表面是比較平滑的;除此之外，密封型繼電器觸點(diǎn)周邊的彈簧片也會(huì)變得比較灰暗。

為了找到出現(xiàn)上述情況的原因，對(duì)密封型繼電器以及非密封型繼電器觸點(diǎn)上面的物質(zhì)以及觸點(diǎn)周邊彈簧片上面的元素進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)分析之后可以發(fā)現(xiàn)，在彈簧片觸點(diǎn)周?chē)鷧^(qū)域，密封型繼電器的銀元素以及錫元素含量是比較多的，而且已經(jīng)嚴(yán)重超過(guò)非密封型繼電器銀元素及錫元素的含量，這樣就說(shuō)明了在對(duì)密封型繼電器進(jìn)行一定次數(shù)的實(shí)驗(yàn)之后觸點(diǎn)受電弧侵蝕情況較為嚴(yán)重，這樣會(huì)使得非常多的觸點(diǎn)材料濺出，時(shí)間長(zhǎng)之后就會(huì)在彈簧片上大量堆積。而對(duì)于密封型繼電器而言，其碳含量是相對(duì)比較多的，主要原因在于密封型繼電器內(nèi)部，有機(jī)氣體的濃度是比較高的，由于受到電弧的分解作用，會(huì)分解出比較多的碳元素在觸點(diǎn)表面依附;而對(duì)于非密封型繼電器而言，其內(nèi)部對(duì)氧氣與外界氣體存在一定的氣體交換，這樣有機(jī)氣體的濃度會(huì)適當(dāng)下降，因此碳含量也是比較少的。

在密封型繼電器觸點(diǎn)表面，在凸出位置銀元素的濃度是比較高的，但是氧元素含量相對(duì)較低。對(duì)于非密封型繼電器而言，不同元素之間的比例較為正常，之所以會(huì)出現(xiàn)這種情況，推測(cè)為密封型繼電器內(nèi)部供氧不足，微小的SnO2顆粒在銀熔池當(dāng)中，一旦氧氣快要消耗干凈，其分解速度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于合成速度，這樣就使得微小的SnO2顆粒不能持續(xù)對(duì)銀進(jìn)行保護(hù)，最終形成凸點(diǎn)。由于銀凸點(diǎn)的存在，使得觸點(diǎn)容易出現(xiàn)熔焊，最終對(duì)繼電器的使用壽命造成影響。

2 非氧化物觸點(diǎn)的進(jìn)一步研究

為了證明非氧化物觸點(diǎn)是否可以對(duì)密封型繼電器的使用壽命進(jìn)行有效提升，選擇比較常見(jiàn)的非氧化物AgNi觸點(diǎn)在相同條件下進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比之后可以發(fā)現(xiàn)，非氧化物AgNi觸點(diǎn)能夠有效對(duì)密封型繼電器的使用壽命進(jìn)行提升。

2.1 升溫比較試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，不管是密封型繼電器還是非密封型繼電器，其溫度性能都是比較接近的。

2.2 電弧能量測(cè)試

在進(jìn)行電弧能量測(cè)試之后可以發(fā)現(xiàn)，密封型繼電器與非密封型繼電器的能量水平與AgSnO2In2O3觸點(diǎn)沒(méi)有存在明顯差異。

2.3 觸點(diǎn)形貌

雖然在觸點(diǎn)形貌上面，密封型繼電器與非密封型繼電器之間存在一定的差異，但是與銀元素氧化物觸點(diǎn)相比較可以發(fā)現(xiàn)，AgNi觸點(diǎn)的密封型繼電器觸點(diǎn)表面都更平坦。密封型繼電器的觸點(diǎn)表面比非密封型繼電器更明亮。

2.4 觸點(diǎn)及觸點(diǎn)周邊物質(zhì)元素分析

在觸點(diǎn)彈簧片周邊區(qū)域，密封型繼電器的銀元素含量以及鎳元素含量都已經(jīng)超過(guò)非密封型繼電器，這就說(shuō)明密封型繼電器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試之后觸點(diǎn)已經(jīng)收到電弧的嚴(yán)重侵蝕，從而使得濺出的觸點(diǎn)材料比較多，并且會(huì)在彈簧片上面進(jìn)行堆積，而且對(duì)于密封型繼電器的碳元素含量而言也是比較多的，從而使得彈簧片表面比較黑。

密封型繼電器觸點(diǎn)幾乎全部被電弧侵蝕，并且已經(jīng)行出比較多的凸點(diǎn)，在這些凸點(diǎn)上面進(jìn)行元素檢測(cè)之后可以發(fā)現(xiàn)銀元素含量比較高，但是鎳元素含量比較低，由于銀元素含量比較高，會(huì)使得觸點(diǎn)出現(xiàn)熔焊。對(duì)于非密封型繼電器而言，在觸點(diǎn)表面的熔融區(qū)域發(fā)現(xiàn)氧元素含量是比較高的，而且顏色也比較黑，原因在于由于熱量比較高，電弧會(huì)產(chǎn)生比較多的銀氧化物以及鎳氧化物。由于這些氧化物的存在會(huì)將熔融觸點(diǎn)材料的粘性大幅度增加，因此可以對(duì)觸點(diǎn)起到一定的保護(hù)作用，從而將電壽命有效提升。

3 結(jié)論

利用氧元素氧化物作為觸點(diǎn)的密封型繼電器使用壽命是比較低的，而如果采用非氧化物觸點(diǎn)的密封型繼電器，即使電流是比較大的，其使用壽命也會(huì)顯著增加。本研究可以說(shuō)明以下幾點(diǎn)：（1）由于受到電弧的作用，對(duì)觸點(diǎn)材料的選擇能夠影響密封型繼電器的使用壽命;（2）在進(jìn)行電壽命實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，對(duì)于密封型繼電器，由于內(nèi)部氧氣沒(méi)有得到及時(shí)補(bǔ)充，使得銀元素氧化物的觸點(diǎn)變得非常不穩(wěn)定，因此性能也會(huì)出現(xiàn)不同程度的退化。（3）在密封條件下，非氧化物的性能是比較穩(wěn)定的，可以對(duì)密封型繼電器的電壽命進(jìn)行有效延長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭旭陽(yáng)，巫小飛，龍小慶，等.銀基系列電接觸復(fù)合材料的研發(fā)與應(yīng)用[J].貴金屬，2018，39（S1）：72-77.

Abstract：In relatively harsh environments， sealed relays are usually used， but if the relay is made of silver metal oxide material， the relay is in a sealed condition for a long time， which will seriously affect the electrical life， so Can not meet the actual needs of the application. In this article， the selection of contact materials is mainly realized from the increase of relay temperature， arc energy， and materials contacted after the electrical life test， and it can be found after conducting specific experiments that if non-silver metals are used Oxide instead of silver metal oxide as the contact material of the relay can effectively improve the electrical life of the relay.

Key words：sealed relay; harsh environment; electrical appliance life; silver metal oxide; arc energy