銀鎢與銀碳化鎢電觸頭耐腐蝕能力研究

費家祥， 李小珍， 劉映飛， 林旭彤， 宋振陽， 萬 岱， 宋林云， 孔 欣

（福達合金材料股份有限公司，浙江溫州 325025）

0 引言

在電觸頭材料中，AgW 和AgWC電觸頭因其具有良好的導電性和電熱性，良好的耐電磨損性，被廣泛用于各種斷路器中作為動觸頭。AgW 電觸頭由于易于加工，能承受大電流電弧侵蝕，在斷路器中使用量明顯多于AgWC。不過近年來，隨著斷路器使用要求的不斷提高，尤其是在比較惡劣的環境中，比如海上、高溫高濕等場所，對電觸頭材料的耐腐蝕性能提出了更高要求。為避免電觸頭在使用前被腐蝕導致接觸電阻變高，甚至不導通，目前行業內普遍采用焊接后電鍍銀層的方法，使鎢或碳化鎢與空氣隔絕。但由于電鍍銀層在斷路器出廠前的校驗中或在使用初期即被燒損掉，電鍍銀層并不能解決電觸頭在使用過程中被腐蝕。除了在電觸頭表面電鍍銀層外，觸點制造過程中在其表面直接滲出一層銀層也是一種方法，近來也有通過加入添加物來提高AgW耐腐蝕能力的研究。

為此，本研究對比了粉末冶金熔滲工藝AgW和AgWC 電觸頭在高低溫交變濕熱及鹽霧環境中的耐腐蝕能力，以明確其耐腐蝕能力的強弱。

1 試驗

1.1 AgW、AgWC電觸頭的制備

將Ag粉、W粉和T粉（添加物）用混粉機混合均勻，將混合粉制粒，然后初壓成型，再將壓坯與熔滲Ag片一起進爐熔滲，得到不同成分的AgW 電觸頭。用WC 粉代替W 粉，采用同樣的方法，可以得到不同成分的AgWC 電觸頭。其中混粉時間為2 h～6 h，熔滲溫度為1000 ℃～1300 ℃。

按上述方法分別制得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 種產品（詳見表1）。每種產品各取8粒，去除表面銀層，使鎢和碳化鎢顆粒裸露出來，取其中4 粒做高低溫交變濕熱試驗，取其余4粒做鹽霧試驗。

表1 試驗材料成分

1.2 高低溫交變濕熱試驗

將電觸頭置于高低溫交變濕熱試驗箱中，試驗條件如圖1 所示。溫度從25 ℃升至90 ℃用時1 h，于90 ℃恒溫9 h，90 ℃降至25 ℃用時1 h，25 ℃恒溫1 h，25 ℃降至-25 ℃用時1 h，-25℃恒溫9 h，-25 ℃升至25 ℃用時1 h，完成一個周期。-25 ℃時濕度為0%，25 ℃時濕度為50%，90 ℃時濕度為90%。

圖1 高低溫交變濕熱試驗條件

1.3 鹽霧試驗

將4 種電觸頭置于鹽霧腐蝕試驗箱中，試驗條件按GB/T 6458—1986 執行。主要試驗參數：試驗溫度35 ℃；氯化鈉溶液濃度5%；pH 值6.5～7.2；持續噴霧。

2 結果分析及討論

觀察了高低溫交變濕熱試驗第6 周期、第14 周期（試驗結束），鹽霧試驗72 h、240 h（試驗結束）后的電觸頭表面氧化情況，具體結果見表2，外觀見表3。

表2 高低溫交變濕熱試驗和鹽霧試驗后產品外觀氧化程度（目視判斷）

表3 試驗結束后產品外觀照片

利用掃描電鏡對試后電觸頭表面進行檢測，分析其氧化程度（根據表面Ag、O 和W 的含量變化判斷）。圖2～圖5 分別為4 種電觸頭在高低溫交變濕熱試驗第14周期后的表面形貌。

圖2 AgW-1

圖3 AgW-2

圖4 AgW-3

圖5 AgWC

從表2 及圖2～圖5 掃描電鏡分析可見：在高低溫交變濕熱試驗中，AgW 產品隨著添加物含量的增加，其耐氧化能力相應提升；AgWC 產品不受交變濕熱影響，14周期后產品表面仍沒有變化。

圖6～圖9 為4 種電觸頭在鹽霧試驗240 h 后的表面形貌。

圖6 AgW-1

圖7 AgW-2

圖8 AgW-3

圖9 AgWC

從表2 及圖6～圖9 掃描電鏡分析可見：在鹽霧試驗中，AgW 電觸頭和AgWC 電觸頭在240 h 試驗后均未發生明顯氧化。

金屬腐蝕的本質是金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體發生氧化還原反應而引起損耗的過程。在本研究中，無論高低溫交變濕熱試驗還是鹽霧試驗，其試驗溫度都遠低于鎢或碳化鎢在空氣中的氧化溫度。在高低溫交變濕熱試驗環境下，觸點表面產生凝露，空氣中CO2、SO2等氣體溶于水中形成電解液，比較活潑的金屬鎢失去電子而被氧化，產生電化學腐蝕。在AgW 電觸頭中加入比鎢更活潑的添加物，使添加物先發生氧化，可以延緩鎢的氧化。AgWC電觸頭由于WC 活潑性差，與Ag的活潑性更接近，因此產生的電化學腐蝕極慢。在鹽霧試驗中，雖然有NaCl 溶液作為電解液，也會發生電化學腐蝕，但由于試驗溫度較低，腐蝕速度很慢。

3 結論

（1）在高低溫交變濕熱試驗中，無添加物AgW電觸頭氧化速度最快，有添加物AgW電觸頭氧化速度有所減緩，隨著添加物含量的增加，氧化速度變慢。

（2）在高低溫交變濕熱試驗中，AgWC 電觸頭在14個試驗周期結束后仍未發現有氧化跡象。Ag-WC電觸頭耐腐蝕能力明顯優于AgW電觸頭。

（3）在鹽霧試驗中，AgW 電觸頭和AgWC 電觸頭在240 h試驗后均未發生明顯氧化。