Forscher von
Fudar Alloy haben in Experimenten die Leistung zweier Kontaktmaterialien, Silberwolfram (AgW) und Silberwolframkarbid (AgWC), in unterschiedlichen korrosiven Umgebungen verglichen und so eine Grundlage für die Auswahl und Optimierung von Kontaktmaterialien geschaffen.
Warum sollte man die Korrosionsbeständigkeit von AgW und AgWC untersuchen?
AgW- und AgWC-Kontaktmaterialien werden aufgrund ihrer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit und Lichtbogenbeständigkeit häufig in Leistungsschaltern verwendet. Allerdings:
- Herausforderungen bei AgW-Kontakten: Wolfram ist anfällig für Oxidation, insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit, was zur Bildung eines nicht leitenden Wolframatfilms und somit zu einem Anstieg des Kontaktwiderstands führt.
Vorteile von AgWC-Kontakten: Wolframkarbid (WC) ist chemisch stabiler und hat ein Korrosionspotenzial nahe dem von Silber, was es theoretisch korrosionsbeständiger machen sollte.
Die Fähigkeit von AgW und AgWC, verschiedenen korrosiven Umgebungen standzuhalten, wurde systematisch anhand eines feuchten Hitzetests mit abwechselnd hohen und niedrigen Temperaturen und eines Salzsprühtests bewertet.
Experimentelle Methoden und Bedingungen
Vorbereitung der Proben
AgW- und AgWC-Kontaktmaterialien wurden durch Infiltrationsmethode hergestellt, wobei AgW-Proben in drei Gruppen mit 0,5 %, 1,5 % und 2,5 % korrosionsbeständigen Additiven (bezeichnet als AgW-1, AgW-2, AgW-3) unterteilt wurden. AgWC-Proben wurden als Kontrolle mit 1,5 % Additiven versetzt.
| Material |
Inhaltsstoffgehalt, Gew.-% |
| Bei |
Mit WC |
T (Additiv) |
| AgW-1 |
35 |
Gleichgewicht |
0-0,5 |
| AgW-2 |
50 |
Gleichgewicht |
1-1,5 |
| AgW-3 |
35 |
Gleichgewicht |
2-2,5 |
| AgWC |
60 |
Gleichgewicht |
1-1,5 |
Test für abwechselnd hohe und niedrige Temperaturen und feuchte Hitze
. 14 Zyklen in einer Testkammer für feuchte Hitze:
– Temperaturbereich: abwechselnde Zyklen von –25 °C bis 90 °C;
– Feuchtigkeitsbereich: 0 % bis 90 %;
– Simuliert korrosive Umgebungen unter kondensierenden Bedingungen mit hoher Feuchtigkeit.
Salzsprühtest
Salzsprühkorrosionstest gemäß GB/T 6458-Standard:
- Temperatur: 35 °C
- Konzentration der Natriumchloridlösung: 5 %
- Kontinuierliche Sprühdauer: 240 Stunden
Experimentelle Ergebnisse und Analyse
Test mit abwechselnd hoher und niedriger Temperatur und feuchter Hitze
– AgW-Kontakt: AgW-1 ohne Zusatzstoffe oxidiert am schnellsten. Die Oxidationsrate nimmt mit zunehmendem Gehalt an Zusatzstoffen (AgW-2, AgW-3) allmählich ab, aber nach 14 Zyklen sind immer noch Anzeichen einer Oxidation zu erkennen.
– AgWC-Kontakt: Nach 14 Zyklen wurde kein Oxidationsphänomen festgestellt und der Oberflächenzustand war intakt.
Salzsprühtest
Alle Kontaktproben zeigten nach 240 Stunden Testzeit keine nennenswerte Oxidation.
Schlussfolgerung zur Korrosionsbeständigkeit
- In heißen und feuchten Umgebungen weisen AgWC-Kontakte eine deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit auf als AgW-Kontakte.
- In Salzsprühumgebungen weisen AgW- und AgWC-Kontakte eine ähnliche Korrosionsbeständigkeit auf.
Grad der Oxidation des Produkts Aussehen nach dem Hoch-Niedrigtemperatur-Wechselfeuchtigkeits-Hitzetest und dem Salzsprühtest (visuelle Beurteilung)
| Material |
Inhaltsstoffgehalt, Gew.-% |
Hoch-Niedrig-Temperatur-Wechseltest mit feuchter Hitze |
Salzsprühtest |
| Bei |
Mit WC |
T (Additiv) |
Zyklus 6 |
Zyklus 14 |
72 Stunden |
240 Stunden |
| AgW-1 |
35 |
Gleichgewicht |
0-0,5 |
Stark oxidiert |
Sehr stark oxidiert |
Keine Oxidation beobachtet |
Keine Oxidation beobachtet |
| AgW-2 |
50 |
Gleichgewicht |
1-1,5 |
Keine Oxidation beobachtet |
Stark oxidiert |
Keine Oxidation beobachtet |
Keine Oxidation beobachtet |
| AgW-3 |
35 |
Gleichgewicht |
2-2,5 |
Keine Oxidation beobachtet |
Leicht oxidiert |
Keine Oxidation beobachtet |
Keine Oxidation beobachtet |
| AgWC |
60 |
Gleichgewicht |
1-1,5 |
Keine Oxidation beobachtet |
Keine Oxidation beobachtet |
Keine Oxidation beobachtet |
Keine Oxidation beobachtet |
Fotos vom Produktaussehen nach dem Test
| Material |
Nach 14 Zyklen des Hoch-Niedrig-Temperatur-Wechseltests mit feuchter Hitze |
Nach 240 Stunden Salzsprühtest |
| AgW-1 |
|
|
| AgW-2 |
|
|
| AgW-3 |
|
|
| AgWC |
|
|
Die Oberflächen der elektrischen Kontakte wurden nach dem Test mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht, um ihren Oxidationsgrad zu analysieren (beurteilt anhand der Veränderungen des Ag-, O- und W-Gehalts an der Oberfläche). Die Abbildungen 2 bis 5 zeigen die Oberflächenmorphologie der vier Arten von elektrischen Kontakten nach dem 14. Zyklus des Hoch-Niedrigtemperatur-Wechseltests mit feuchter Hitze.
Abbildung 2. Ergebnisse der Oberflächenmorphologie und Elektronenmikroskopie nach dem 14. Zyklus des AgW-1-Tests mit alternierender feuchter Hitze
Abbildung 3. Ergebnisse der Oberflächenmorphologie und Elektronenmikroskopie nach dem 14. Zyklus des AgW-2-Tests mit alternierender feuchter Hitze
Abbildung 4. Ergebnisse der Oberflächenmorphologie und Elektronenmikroskopie nach dem 14. Zyklus des AgW-3-Tests mit alternierender feuchter Hitze
Abbildung 5. Oberflächenmorphologie und Ergebnisse der Elektronenmikroskopie nach dem 14. Zyklus des AgWC-Tests mit abwechselnder feuchter Hitze
Die Daten in der Tabelle und die Rasterelektronenmikroskopanalysen in den Abbildungen 2 bis 5 zeigen, dass sich die Oxidationsbeständigkeit des AgW-Produkts im Test mit abwechselnder feuchter Hitze bei hohen und niedrigen Temperaturen mit zunehmendem Zusatzstoffgehalt entsprechend verbessert; das AgWC-Produkt wird durch den Wechsel von Feuchtigkeit und Hitze nicht beeinträchtigt und die Oberfläche des Produkts bleibt nach 14 Zyklen unverändert.
Die Abbildungen 6 bis 9 zeigen die Oberflächenmorphologie der vier Arten elektrischer Kontakte nach 240 Stunden Salzsprühtest.
Abbildung 6. Oberflächenmorphologie und Elektronenmikroskopie-Scan-Ergebnisse von AgW-1 nach 240 Stunden Salzsprühtest
Abbildung 7. Oberflächenmorphologie und Elektronenmikroskopie-Scan-Ergebnisse von AgW-2 nach 240 Stunden Salzsprühtest
Abbildung 8. Oberflächenmorphologie und Elektronenmikroskopie-Scan-Ergebnisse von AgW-3 nach 240 Stunden Salzsprühtest
Abbildung 9. Oberflächenmorphologie und Elektronenmikroskop-Scan-Ergebnisse von AgWC nach 240 Stunden Salzsprühtest
. Wie aus den tabellarischen Daten und den SEM-Analysen in den Abbildungen 6 bis 9 ersichtlich ist, trat nach dem 240-stündigen Salzsprühtest keine nennenswerte Oxidation der elektrischen Kontakte von AgW und AgWC auf.
Analyse des Korrosionsbeständigkeitsmechanismus
Die Korrosion von Metallen ist eine Redoxreaktion. In einer Umgebung mit abwechselnd hohen und niedrigen Temperaturen und feuchter Hitze:
- Nachteil von AgW-Kontakten: Höhere Wolframaktivität, reagiert leicht mit Elektrolyt und bildet Wolframatfilm, was zu verstärkter Korrosion führt.
- Vorteil von AgWC-Kontakten: Geringere Wolframkarbidaktivität, näher an den elektrochemischen Eigenschaften von Silber, deutlich geringere Korrosionsrate.
In einer Umgebung mit Salzsprühnebel wird die Korrosionsrate stärker durch die Temperatur begrenzt und der Oxidationsprozess auf der Oberfläche von AgW- und AgWC-Kontakten wird gehemmt, sodass die Leistung ähnlich ist.
Schlussfolgerungen und praktische Anwendungen
AgWC-Kontakte übertreffen AgW-Kontakte in heißen und feuchten Umgebungen deutlich und werden für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit empfohlen. In salzhaltiger Umgebung funktionieren die beiden Kontaktarten gleich gut und die Materialien können auf der Grundlage von Kosten und anderen Leistungsanforderungen ausgewählt werden.
In Bezug auf die Anwendung eignen sich AgWC-Kontakte daher für raue Umgebungen wie Schiffsausrüstung und Fabriken mit hoher Luftfeuchtigkeit, während AgW-Kontakte in normalen Umgebungen immer noch kostengünstig sind und über optimierte Additivzusammensetzungen verfügen, um die Korrosionsbeständigkeit weiter zu verbessern.
Diese Studie zeigt nicht nur das Korrosionsverhalten von AgW und AgWC in verschiedenen Umgebungen, sondern bietet auch eine wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung und Auswahl von elektrischen Kontaktmaterialien. Da die Leistungsanforderungen an Kontaktmaterialien steigen, werden Hochleistungsmaterialien wie AgWC in mehr Bereichen eine wichtige Rolle spielen. Weitere Informationen zu AgCdO und verwandten Lösungen oder Produkten finden Sie unter www.fudarworld.com oder kontaktieren Sie uns.
