新型銀氧化錫觸頭材料在汽車電器中的應(yīng)用

劉 琳

（河南交通技師學(xué)院，河南 駐馬店 463000）

1 汽車電器中觸頭材料的現(xiàn)狀

觸頭材料的性能對開關(guān)品質(zhì)和使用有直接的影響，嚴(yán)重時會影響汽車的正常、安全運行。以前中國的汽車開關(guān)產(chǎn)品使用的觸頭材料多選擇銀銅合金或是純銀，部分汽車也會選擇昂貴的鉑或鈀合金。純銀或銀銅合金制作的開關(guān)導(dǎo)電性能比較好，且接觸電壓降相對較低，但是這兩種材料制作的觸頭在直流電弧的影響下會出現(xiàn)嚴(yán)重的定向轉(zhuǎn)移，在瞬間的大電流影響下還會發(fā)生永久性熔焊和黏著。另外，純銀或銀銅合金制作的觸頭材料體積較大［1］。鉑、鈀合金從性能上看要優(yōu)于銀和銀銅合金，但是成本高。汽車工業(yè)的快速發(fā)展讓上述材料已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在的需求。近些年來中國部分汽車電器廠家已經(jīng)開始使用銀鎳10級、銀氧化鎘等原料。但是在使用過程中發(fā)現(xiàn)存在壽命低、定向轉(zhuǎn)移嚴(yán)重的情況，特別是銀氧化鎘中含有的金屬鎘是一種有毒元素，在電弧作用下會產(chǎn)生鎘蒸汽，不僅危害環(huán)境，對人體的傷害也很大［2］。

國外發(fā)達地區(qū)已經(jīng)開始使用含有多種添加元素的銀氧化錫 （AgSnO2）作為觸頭材料。使用AgSnO2制作的觸頭材料不僅有良好的耐電弧腐蝕性能，同時還可以抗熔焊，使用壽命較高。將其應(yīng)用于電器產(chǎn)品中能夠在不改變起動負(fù)載能力的狀態(tài)下，縮短觸頭之間的距離，讓產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更加緊湊，進而減小觸頭的尺寸和體積。AgSnO2材料在發(fā)達國家已經(jīng)有了很大的市場份額，逐漸代替了傳統(tǒng)的銀氧化鎘［3］。

2 材料制備和電性能試驗

2.1 制作觸頭材料

AgSnO2觸頭材料的制作先通過離心霧化法獲得銀錫合金粉，再將銀錫合金粉預(yù)氧化獲得銀氧化錫合金粉，最后使用冶金工藝制作觸頭。詳細(xì)步驟如下。

銀、錫和添加元素共同放置于中頻感應(yīng)加熱爐內(nèi)，加入惰性保護氣體后加熱融化為銀錫合金液體，將液體經(jīng)漏包底孔落入旋轉(zhuǎn)盤中，旋轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)離心后會將液體霧化成細(xì)小的銀錫合金粉末；將粉磨放置內(nèi)氧化爐加熱，在氧分壓的作用下可將粉末氧化為AgSnO2，最后進行冶金工藝，制作為氧化錫合金線。使用冷壓焊復(fù)合鉚釘將銀氧化錫線和銅線加工成要求的尺寸［4］。

2.2 電性能試驗

本次開展的電性能試驗選擇了燈光繼電器JD151、起動繼電器JD136與JD271作為樣本。將制備的新型AgSnO2觸頭材料在3種樣品中分別進行不同條件的耐久性壽命、加倍耐久性壽命試驗。同時比對了商用AgCdO和AgNi10和AgSnO2觸頭材料的耐久性壽命，試驗電器動觸頭是陰極、靜觸頭是陽極，試驗電源為直流整流電、使用繼電器在斷開測量試驗前后的觸頭壓降，試驗結(jié)果選擇3次測量的平均值［5］。

2.2.1 材料對比試驗結(jié)果

本次研究將上述3種材料制作的觸頭開關(guān)安裝在3臺JD136啟動繼電器上，耐久性試驗條件見表1，試驗結(jié)果見表2。

2.2.2 不同負(fù)載條件和電壓等級下耐久性電壽命

為了降低成本，本次研究將觸頭尺寸縮小為4.5×1，將整體的觸頭面積減小了47%，在JD271、JD151繼電器上進行了5萬次的耐久性電壽命試驗和10萬次的加倍耐久性電壽命試驗，試驗條件和試驗結(jié)果見表3～表6。

表1 3種材料的耐久性試驗的試驗條件

表2 3種材料的耐久性試驗的結(jié)果

表3 不同負(fù)載條件下耐久性試驗條件

表4 不同負(fù)載條件下耐久性試驗結(jié)果

3 結(jié)論

AgSnO2觸頭材料與AgNi10、AgCdO觸頭的對比試驗可見：AgCdO的觸頭抗熔焊、抗壓降以及耐電弧侵蝕能力比較差，受直流電弧的影響會出現(xiàn)明顯尖峰狀轉(zhuǎn)移，這種情況無法繼續(xù)工作，也不能滿足試驗要求。AgNi10可滿足5萬次以上的試驗要求，但是觸頭表面會出現(xiàn)球形材料轉(zhuǎn)移。AgSnO2觸頭材料的抗熔焊、耐電弧侵蝕性能明顯更高，在直流電弧下發(fā)生材料定向轉(zhuǎn)移情況小，綜合接觸電壓降和接觸電阻多方面的性能看，可以滿足不同負(fù)載條件下汽車開關(guān)電流等級的試驗，日后可用AgSnO2觸頭材料代替過去的AgNi10、AgCdO材料，盡可能提高電器產(chǎn)品的電性能。

表5 不同負(fù)載條件下加倍耐久性試驗結(jié)果

表6 不同負(fù)載條件下加倍耐久性試驗結(jié)果