银钨与银碳化钨电触头耐腐蚀能力研究

2023-11-20费家祥李小珍刘映飞林旭彤宋振阳宋林云

电工材料 2023年5期

费家祥，李小珍，刘映飞，林旭彤，宋振阳，万岱，宋林云，孔欣

（福达合金材料股份有限公司，浙江温州 325025）

0 引言

在电触头材料中，AgW 和AgWC电触头因其具有良好的导电性和电热性，良好的耐电磨损性，被广泛用于各种断路器中作为动触头。AgW 电触头由于易于加工，能承受大电流电弧侵蚀，在断路器中使用量明显多于AgWC。不过近年来，随着断路器使用要求的不断提高，尤其是在比较恶劣的环境中，比如海上、高温高湿等场所，对电触头材料的耐腐蚀性能提出了更高要求。为避免电触头在使用前被腐蚀导致接触电阻变高，甚至不导通，目前行业内普遍采用焊接后电镀银层的方法，使钨或碳化钨与空气隔绝。但由于电镀银层在断路器出厂前的校验中或在使用初期即被烧损掉，电镀银层并不能解决电触头在使用过程中被腐蚀。除了在电触头表面电镀银层外，触点制造过程中在其表面直接渗出一层银层也是一种方法，近来也有通过加入添加物来提高AgW耐腐蚀能力的研究。

为此，本研究对比了粉末冶金熔渗工艺AgW和AgWC 电触头在高低温交变湿热及盐雾环境中的耐腐蚀能力，以明确其耐腐蚀能力的强弱。

1 试验

1.1 AgW、AgWC电触头的制备

将Ag粉、W粉和T粉（添加物）用混粉机混合均匀，将混合粉制粒，然后初压成型，再将压坯与熔渗Ag片一起进炉熔渗，得到不同成分的AgW 电触头。用WC 粉代替W 粉，采用同样的方法，可以得到不同成分的AgWC 电触头。其中混粉时间为2 h～6 h，熔渗温度为1000 ℃～1300 ℃。

按上述方法分别制得AgW-1（T：0～0.5%）、AgW-2（T：1%～1.5%）、AgW-3（T：2%～2.5%)和AgWC（T：1%～1.5%）4 种产品（详见表1）。每种产品各取8粒，去除表面银层，使钨和碳化钨颗粒裸露出来，取其中4 粒做高低温交变湿热试验，取其余4粒做盐雾试验。

表1 试验材料成分

1.2 高低温交变湿热试验

将电触头置于高低温交变湿热试验箱中，试验条件如图1 所示。温度从25 ℃升至90 ℃用时1 h，于90 ℃恒温9 h，90 ℃降至25 ℃用时1 h，25 ℃恒温1 h，25 ℃降至-25 ℃用时1 h，-25℃恒温9 h，-25 ℃升至25 ℃用时1 h，完成一个周期。-25 ℃时湿度为0%，25 ℃时湿度为50%，90 ℃时湿度为90%。

图1 高低温交变湿热试验条件

1.3 盐雾试验

将4 种电触头置于盐雾腐蚀试验箱中，试验条件按GB/T 6458—1986 执行。主要试验参数：试验温度35 ℃；氯化钠溶液浓度5%；pH 值6.5～7.2；持续喷雾。

2 结果分析及讨论

观察了高低温交变湿热试验第6 周期、第14 周期（试验结束），盐雾试验72 h、240 h（试验结束）后的电触头表面氧化情况，具体结果见表2，外观见表3。

表2 高低温交变湿热试验和盐雾试验后产品外观氧化程度（目视判断）

表3 试验结束后产品外观照片

利用扫描电镜对试后电触头表面进行检测，分析其氧化程度（根据表面Ag、O 和W 的含量变化判断）。图2～图5 分别为4 种电触头在高低温交变湿热试验第14周期后的表面形貌。

图2 AgW-1

图3 AgW-2

图4 AgW-3

图5 AgWC

从表2 及图2～图5 扫描电镜分析可见：在高低温交变湿热试验中，AgW 产品随着添加物含量的增加，其耐氧化能力相应提升；AgWC 产品不受交变湿热影响，14周期后产品表面仍没有变化。

图6～图9 为4 种电触头在盐雾试验240 h 后的表面形貌。

图6 AgW-1

图7 AgW-2

图8 AgW-3

图9 AgWC

从表2 及图6～图9 扫描电镜分析可见：在盐雾试验中，AgW 电触头和AgWC 电触头在240 h 试验后均未发生明显氧化。

金属腐蚀的本质是金属或合金与周围接触到的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的过程。在本研究中，无论高低温交变湿热试验还是盐雾试验，其试验温度都远低于钨或碳化钨在空气中的氧化温度。在高低温交变湿热试验环境下，触点表面产生凝露，空气中CO2、SO2等气体溶于水中形成电解液，比较活泼的金属钨失去电子而被氧化，产生电化学腐蚀。在AgW 电触头中加入比钨更活泼的添加物，使添加物先发生氧化，可以延缓钨的氧化。AgWC电触头由于WC 活泼性差，与Ag的活泼性更接近，因此产生的电化学腐蚀极慢。在盐雾试验中，虽然有NaCl 溶液作为电解液，也会发生电化学腐蚀，但由于试验温度较低，腐蚀速度很慢。