In che modo la composizione dei materiali di contatto elettrici in lega influisce sulla loro conduttività e resistenza all'usura?

Materiali di contatto elettrici in lega sono un componente chiave indispensabile nelle moderne apparecchiature elettriche e sono ampiamente utilizzati in dispositivi come interruttori, relè e interruttori. Le prestazioni di questi materiali influiscono direttamente sull'efficienza operativa e sulla durata delle apparecchiature elettriche. Tra questi, la conducibilità e la resistenza all'usura ci sono due indicatori di base per misurare le prestazioni dei materiali di contatto elettrici in lega. Queste due caratteristiche sono determinate principalmente dalla composizione del materiale. Di seguito discuteranno in dettaglio gli effetti di diversi elementi metallici e le loro proporzioni sulla conducibilità e sulla resistenza all'usura.

Silver (AG): migliorare la conducibilità e la resistenza alla corrosione
L'argento è uno dei metalli di base più comunemente usati nei materiali di contatto elettrici in lega a causa della sua conduttività elettrica e termica estremamente elevata. L'argento ha anche una buona resistenza alla corrosione e può mantenere prestazioni stabili in ambienti umidi o inquinati.

Effetto sulla conducibilità: l'argento ha una conducibilità elettrica estremamente elevata (circa il 63% di IAC), quindi le leghe a base d'argento di solito presentano un'eccellente conducibilità elettrica.

Effetto sulla resistenza all'usura: l'argento puro ha una bassa resistenza meccanica ed è facilmente indossato a causa dell'attrito. Al fine di migliorare la sua resistenza all'usura, altri metalli duri (come tungsteno, nichel, rame, ecc.) Vengono generalmente aggiunti per formare un materiale composito.
Copper (Cu): miglioramento della conducibilità e costi ridotti
Il rame è un metallo relativamente a basso costo con eccellente conducibilità elettrica ed è spesso usato come sostituto o supplemento all'argento.
Impatto sulla conducibilità: la conduttività elettrica del rame è seconda solo all'argento (circa il 59% di IAC), il che può ridurre significativamente i costi dei materiali mantenendo l'alta conducibilità elettrica.
Impatto sulla resistenza all'usura: la durezza del rame e la resistenza all'usura sono migliori dell'argento, ma sono ancora insufficienti per soddisfare le esigenze delle sole applicazioni ad alto carico. Pertanto, il rame viene spesso usato in combinazione con metalli duri per migliorare ulteriormente la sua resistenza all'usura.
Tungsteno (W): resistenza all'usura avanzata e resistenza ad alta temperatura
Il tungsteno è un metallo ad alta fusione e ad alta resistenza che viene spesso utilizzato per migliorare la resistenza all'usura e la resistenza ad alta temperatura delle leghe.
Impatto sulla conducibilità: il tungsteno ha una scarsa conducibilità elettrica, quindi l'aggiunta di tungsteno alla lega ridurrà leggermente la conducibilità complessiva. Tuttavia, ottimizzando il rapporto, la relazione tra conducibilità e resistenza all'usura può essere bilanciata.
Impatto sulla resistenza all'usura: l'elevata durezza del tungsteno e la resistenza all'ablazione lo rendono un materiale di rinforzo ideale. Ad esempio, nelle leghe d'argento-tungsteno (AG-W), le particelle di tungsteno possono resistere efficacemente all'erosione dell'arco e all'usura meccanica.
Nickel (NI): migliorare la resistenza e la resistenza all'ossidazione Il nichel è un metallo duro con una buona resistenza all'ossidazione e resistenza alla corrosione e viene spesso usato per migliorare la resistenza meccanica e la resistenza all'usura delle leghe.
Effetto sulla conducibilità: il nichel ha una bassa conducibilità, quindi l'aggiunta di nichel alla lega ridurrà la conducibilità complessiva. Ma all'interno di un intervallo ragionevole, questo effetto può essere controllato ottimizzando la formula.
Effetto sulla resistenza all'usura: l'aggiunta di nichel migliora significativamente la durezza e la resistenza all'usura della lega, specialmente in ambienti ad alta frequenza o ad alta corrente.
Tin (SN) e Lead (PB): migliorare le prestazioni di saldatura TIN e Lead vengono spesso utilizzati in materiali di contatto a bassa tensione per migliorare le prestazioni di saldatura e ridurre la resistenza al contatto.
Effetto sulla conducibilità: la stagno e il piombo hanno un'elevata conducibilità, che aiuta a mantenere buone prestazioni di contatto.
Effetto sulla resistenza all'usura: la stagno e il piombo hanno una bassa durezza e una resistenza all'usura relativamente scarsa, quindi di solito sono usati solo come componenti ausiliari.
La conduttività e la resistenza all'usura dei materiali di contatto elettrico in lega sono il risultato dell'effetto combinato di più elementi metallici. Ecco alcune strategie di ottimizzazione comuni:
Leghe a base di argento (come Ag-W, Ag-Cu, Ag-Ni):
L'argento fornisce alta conducibilità, tungsteno, rame o nichel migliora la resistenza all'usura e la resistenza ad alta temperatura.
Applicabile ad ambienti ad alta tensione e ad alta corrente.
Leghe a base di rame (come Cu-W, Cu-Ni):
Il rame riduce i costi e mantiene una buona conducibilità, tungsteno o nichel migliora la resistenza all'usura.
Applicabile a scenari di applicazione di media e bassa tensione.
Materiali compositi (come Ag-W-C, Ag-Ni-CE):
Combinando i vantaggi di più elementi per raggiungere il miglior equilibrio di conducibilità, resistenza all'usura e resistenza all'ablazione.
Applicabile a campi speciali con requisiti di alte prestazioni.

Controllando con precisione la proporzione di ciascun componente, è possibile progettare materiali di contatto elettrici in lega che soddisfano i requisiti specifici dell'applicazione. In futuro, con lo sviluppo della nuova tecnologia dei materiali, i ricercatori continueranno a esplorare formule e processi più efficienti per promuovere lo sviluppo di materiali di contatto elettrici verso prestazioni più elevate.