Um die Leitfähigkeit, das Antischmelzschweißen und die Verschleißfestigkeit von Kontaktmaterialien weiter zu optimieren, haben Forscher bei FudarAlloys ein neues AgWNi-Kontaktmaterial entwickelt. Durch die Einführung des Nickelelements (Ni) weist dieses Material eine deutliche Verbesserung der physikalischen und elektrischen Eigenschaften auf und bietet eine brandneue Lösung zur Leistungssteigerung von Leistungsschaltern.
Warum sollten Sie sich für AgWNi-Material entscheiden?
Traditionelle AgW-Kontaktmaterialien werden aufgrund ihrer hohen Temperaturbeständigkeit, ihres niedrigen Ausdehnungskoeffizienten und ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit häufig verwendet. AgW-Materialien weisen jedoch auch die folgenden Probleme auf:
- Instabiler Kontaktwiderstand: Lichtbogenwirkung führt zur Oxidation von Wolfram (W) auf der Kontaktoberfläche, wodurch ein nichtleitender Wolframatfilm entsteht.
- Hohe Sinterschwierigkeiten: Silber (Ag) und Wolfram (W) sind nicht mischbar, und die schlechte Benetzbarkeit während des Flüssigphasensinterns erschwert die Herstellung eines dichten Sinterkörpers.
Aus diesem Grund wird die Benetzbarkeit von Ag und W durch Zugabe von Nielement zum AgW-Material verbessert, wodurch die Verdichtung und Leistung des Kontaktmaterials verbessert wird.
Herstellungsprozess von AgWNi-Kontakten
Zur Herstellung von AgWNi-Kontaktmaterialien wurde das pulvermetallurgische Infiltrationsverfahren verwendet. Der Prozess umfasste die folgenden Schritte:
1. Vorbereitung der Rohstoffe
- Silberpulver (Reinheit ≥ 99,9 %, Partikelgröße 200 Mesh)
- W-Pulver (Partikelgröße 2μm)
- Ni-Pulver (Reinheit ≥99,9 %, Partikelgröße 300 Mesh)
2. Pulvermischung
- Vorlegiertes WNi-Pulver wurde mittels Kugelmühle durch Mischen von W-Pulver und Ni-Pulver im Verhältnis 99,1:0,9 hergestellt.
- Mischen Sie WNi-Pulver und Silberpulver im Verhältnis 65:35, um Skelettpulver herzustellen.
3. Formung und Infiltration
- Durch Vorbrennen, Formen und Infiltrieren des Skelettpulvers unter dem Schutz einer Wasserstoffatmosphäre wird der fertige AgWNi-Kontakt erhalten.
Einfluss des Ni-Elements und experimentelle Ergebnisse
Durch Mikrostrukturanalyse, Prüfung mechanischer Eigenschaften und Bewertung elektrischer Eigenschaften wurde festgestellt, dass die Zugabe des Elements Ni die Gesamtleistung von AgW-Kontakten deutlich verbessert:
1. Verbesserung der Benetzbarkeit und Verdichtung
Die Einführung von Ni verringert die Grenzflächenspannung zwischen Ag und W, verbessert die Benetzbarkeit und ermöglicht es flüssigem Ag, die Poren zwischen festen W-Partikeln zu füllen. Im Vergleich zum herkömmlichen AgW55-Material wurde die relative Dichte von AgWNi-Kontakten von 97,62 % auf 98,85 % verbessert.
2. Verbesserte Härte und elektrische Leitfähigkeit
Die Härte von AgWNi-Kontakten hat sich um 14,48 % erhöht und der spezifische Widerstand um 3,9 % verringert. Die erhöhte Härte verbessert die Verschleißfestigkeit des Kontakts und die Verringerung des spezifischen Widerstands verringert effektiv den Temperaturanstieg während des Betriebs.
Vergleich der physikalischen Eigenschaften von Ag45WNi0,5 und AgW55
| Probe |
Härte HB |
Relative Dichte (%) |
Elektrischer Widerstand (µΩ•cm) |
| AgW55 |
124 |
97,62 |
2,92 |
| Ag45WNi0,5 |
145 |
98,85 |
2,81 |
Mikrostruktur- und SEM-Analyse
- Die Mikrostruktur von AgWNi-Kontakten ist gleichmäßig und die Porosität ist deutlich reduziert, während in herkömmlichen AgW-Kontakten noch mehr ungefüllte geschlossene Poren vorhanden sind.
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(a) AgW55Ni0,5 (200x)
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(b) AgW55 (200x)
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- Eine SEM-Bruchanalyse zeigt, dass die AgWNi-Proben eine stärkere Sinterbindung aufweisen und eine höhere mechanische Stabilität besitzen.
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(a) AgW55Ni0,5 (2000x)
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(b) AgW55 (2000x)
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Praktische Anwendungen und Zukunftsaussichten
Dank seiner überlegenen physikalischen und elektrischen Eigenschaften eignet sich das neue Kontaktmaterial AgWNi besonders für den Einsatz in Miniatur-Leistungsschaltern und anderen elektrischen Geräten, die eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer erfordern. Seine Anwendungsaussichten umfassen:
- Leistungsschalter mit hoher Leistung: Kann in industriellen und zivilen Szenarien verwendet werden, um höhere Anforderungen an die Stromunterbrechung zu erfüllen.
- Energieeffiziente elektrische Geräte: Ein niedriger spezifischer Widerstand kann dazu beitragen, den Energieverbrauch zu senken und die Effizienz der Geräte zu verbessern.
In Zukunft könnte die Forschung den Herstellungsprozess von AgWNi-Materialien weiter optimieren und ihre potenziellen Anwendungen in anderen elektrischen Geräten erkunden.
Abschluss
Durch die Zugabe von Ni-Elementen zu AgW-Kontaktmaterialien konnten AgWNi-Kontaktmaterialien hinsichtlich Verdichtung, Härte und elektrischer Leitfähigkeit rundum verbessert werden. Diese Innovation bietet neue technische Unterstützung für die Aufrüstung von Kontaktmaterialien für Miniatur-Schaltkreisunterbrechungen und bringt zudem eine deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit und Stabilität elektrischer Geräte. Wenn Sie Fragen zu AgWNi haben, können Sie sich gerne an uns wenden.
