Из чего делают ламели реле

Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле

Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле

Контакты реле из платины и сплавов на его основе.

Благодаря высоким параметрам дуги, большой устойчивости против коррозии и хорошим технологическим свойствам драгоценный металл платина широко применяется при тяжелых условиях работы и малых контактных давлениях (менее 15 Г) для контактов реле. Однако платина и ее сплавы склонны к образованию мостиков и игл при малых токах. В чистом виде платина применяется сравнительно редко вследствие недостаточной твердости.
Наибольшим распространением пользуются сплавы платины с иридием, особенно сплав ПлИ-10 (например, реле РЭС-7, РЭС-8, РЭС-9, РЭС-10, РЭС-14, РЭС-15, РЭС-16, РЭС-29, РЭС-34, РЭС-48, РЭС-78, РКН, РКНМ, РКМ-1, РПС-18, РПА-11 и многие другие), эти сплавы не окисляются, очень хорошо противостоят дугообразованию и отличаются высокой твердостью (поддаются механической обработке при содержании иридия до 30%).
Так же для изготовления контактов электрических реле применяют следующие сплавы на основе платины:
— платино-иридиевый сплав 89,7-90.3% платины – 9,7-10,3% иридия (ПлИ-10 или ПлИ90-10);
— платино-иридиевый сплав 79,5-80,5% платины – 19,5-20,5% иридия (ПлИ-20 или ПлИ80-20);
— платино-иридиевый сплав 74-76% платины – 24-26% иридия (ПлИ-25 или ПлИ75-25);
— платино-родиевый сплав 89,7-90,3% платины – 9,7-10,3% родия (ПлР-10 или ПлРд-10);
— палтино-осьмиевый сплав 93% платины – 7% осмия (ПлО-7 или ПлОс-7).

Фотография 2. Контактs реле РЭС-29 из сплава ПлИ-10

При индуктивной нагрузке током 1 ампер и напряжении 50 вольт (с искрогашением) срок службы контактов реле из сплава ПлИ-10 примерно в два раза больше, чем контактов из практически чистой платины (Пл99.8 или Пл99.9).
Сплав ПлРд-10 менее склонен к образованию игл, чем сплав ПлИ-10.
Платино-родиевый сплав, например, применяется в контактах таких реле, как РПС-4, РПС-5, РПС-7, РПС-15.
Сплав ПлО-7 обладает очень высоким значением минимального тока дуги (2,5 ампера) и большой твердостью (250 кг/мм 2 ).
Платина обладает незначительной летучестью и очень слабо поглощает водород. При средних нагрузках (2 ампера) переходное сопротивление платиновых контактов невелико, но при малых токах это сопротивление становится нестабильным и изменяется в очень больших пределах.
Контакты из платины и сплавов на её основе имеют большое и неустойчивое переходное сопротивление и плохо поддаются золочению. Кроме того, все металлы платиновой группы и их сплавы (платина, палладий, иридий, родий, осмий и рутений) не пригодны для коммутации очень малых напряжений и токов, так как при ничтожных концентрациях органических паров покрываются фрикционным полимером, имеющим большое сопротивление и вызывающим очень много отказов контактов реле.
Так как платина и сплавы на её основе очень хорошо смачиваются ртутью, то часто их применяют для изготовления контактов в жидкометаллических язычковых переключающих магнитоуправляемых контактах, например, в ртутных герконах МКДР-45281, которые в количестве двух штук установлены в герконовом реле РГК-24, контакты выполнены из сплава платины и иридия (ПлИ-10-Т-0,50-3).

Контакты реле из палладия и сплавов на его основе.

Одним из заменителей платины является драгоценный металл палладий, который по ряду свойств близко подходит к платине, но значительно дешевле ее.
По сравнению с платиной палладий менее стоек в отношении окисления в воздухе (тускнеет при +500-600° С), но окислы его не стойки и разлагаются при более высоких температурах. Заметная разница имеется в температурах плавления и кипения, а также в летучести и катодной распыляемости, которая для палладия равна 100 относительным единицам вместо 40 для платины. Поэтому контакты реле из палладия при работе покрываются черным налетом.
Палладий имеет сравнительно с платиной и серебром очень небольшой ток приваривания и значительно меньший коэффициент эрозии при дуге размыкания. Склонность к иглообразованию у палладия меньше чем у платины. Отжиг в водороде для палладия не применяется, так как он растворяет водород в больших количествах.
Срок службы контактов из палладия при больших нагрузках примерно на 40% меньше, чем платиновых контактов.
Кроме технически чистого палладия (Пд99.8 или Пд99.9), для контактов реле применяют сплавы на его основе:
— палладиево-иридиевый сплав 89,7-90,4% палладия – 9,6-10.3% иридия (ПдИ-10);
— палладиево-серебряный сплав 59,5-60,5% палладия – 39,5-40,5% серебра (ПдСр-40);
— палладиево-серебряный сплав 69,5-70,5% палладия – 29,5-30,5% серебра (ПдСр-30);
— палладиево-медный сплав 60% палладия – 40% меди (ПдМ-40);
— палладиево-циркониево-хромовый сплав 90% палладия – 1% циркония с хромом (ПдЦрХр-1 или ПдЦрХ-1).
Контакты из сплава палладия с серебром (ПдСр-30, ПдСр-40) не дают шумов в цепях звуковой частоты (не обладают микрофонным эффектом), встречаются в таких реле, как РЭС-14.
Однако сплавы палладия с серебром (ПдСр-40) и особенно с медью (ПдМ-40) отличаются повышенной твердостью, они не могут быть использованы для изготовления контактов реле без специальной термообработки.
В отожженном состоянии сплав палладия с серебром (ПдСр-40) по твердости приближается к сплаву платины и иридия (ПлИ-10).
Сплав ПдЦрХр-1, появившийся не так давно, стали применять для контактов реле вместо более дорогого платино-иридиевого сплава ПлИ-10, например, в реле РПН, РКВ, РПС-11, РПС-33, РП-3, РП-4, РП-5, РП-7, 64П.

Покрытия контактов реле родием.

Драгоценный металл родий представляет собой очень хороший материал для покрытий контактов реле: он не тускнеет на воздухе, отличается хорошей электро- и теплопроводностью, малой летучестью, тугоплавкостью и малой пластичностью. В отожженном виде родий имеет небольшую твердость (115 кг/мм 2 ), а в гальванически осажденном состоянии – очень большую (500-700 кг/мм 2 ).
Вследствие сложности механической обработки и высокой стоимости родий применяется только в виде электрохимических покрытий толщиной от 2 до 20 микрон (при серебряном или золотом подслое) и не может быть использован при больших токах.
Большой твердостью, хорошей износоустойчивостью и высокой устойчивостью к эрозии отличается сплав 30-40% родия с осмием, который применяется в вибрирующих контактах регуляторов напряжения и не проявляет склонности к прилипанию.
Электролитически осажденный родий имеет высокую твердость (800 по Виккерсу), что обеспечивает очень малый износ контактов. Родий применяется для цепей с низким напряжением и малыми токами в тех случаях, когда требуется большая износоустойчивость (скользящие контакты реле).
Родий является одним из наиболее распространенных и универсальных материалов, применяемых для покрытия контактных сердечников герметичных магнитоуправляемых контактов (герконов), и много лет в герконах применялось покрытие родием (Рд99.9) с подслоем золота (Зл999,9).
В последнее время вследствие высокой стоимости родия в герконах стали применять покрытие рутением (Ру99,7) с подслоем золота (Зл999,9).
Покрытие родием Рд99.9 применено, например, в таких герконах как МКА-27101, которые установлены в реле РЭС-81, РЭС-82, РЭС-83, РЭС-84 РЭС-85, РЭС-86, РПС-49, РПС-50, РПС-51, РПС-52, РПС-53, РПС-54, РПС-55, РПС-56, в герконах МКС-27103, которые установлены в реле РГК-11, РГК-12, в герконах КЭМ-3, которые установлены в реле РГК-13, РГК-14, в герконе МК-10-3, который установлен в реле РЭС-91и многих других герконах.

Контакты реле из золота и сплавов на его основе

Драгоценный металл золото (технически чистое золото марки Зл999,9) практически не окисляется и значительно меньше других благородных металлов подвержен воздействию кислорода и других газов, содержащихся в атмосфере, обладает малым контактным сопротивлением и является наилучшим материалом для коммутации очень малых токов и напряжений при небольших контактных давлениях (менее 10 Г).
Однако технически чистое золото имеет невысокую механическую износоустойчивость, оно размягчается при температуре +100° С, имеет склонность к иглообразованию при небольших токах и не пригодно для коммутации тока более 1 ампера, так как имеет низкие параметры дуги, склонно к свариванию и дает большой положительный перенос металла.
Золото марки Зл999,9 преимущественно применяется для контактов реле, коммутирующих токи менее 100 миллиампер и напряжение менее 30 вольт.
Кроме технически чистого золота (Зл999,9) для изготовления контактов реле применяют сплавы:
— золото-никелевый сплав 94,5-95,5% золота – 4,27-5,39% никеля (ЗлН-5 или ЗлН95 или ЗлНк-95-5).
Контакты из сплава ЗлНк-95-5 встречаются у реле РЭС-37, РП-4, РП-5, РП-7, РПС-11/5, РПС-11/7, РПСЗЗ/7.

Фотография 3. Золотые контакты реле РЭС-37

Сплав ЗлН95 отличается от чистого золота повышенной твердостью, большей износоустойчивостью и меньшей склонностью к иглообразованию. В отношении устойчивости против коррозии этот сплав при нормальной температуре и небольшой влажности не уступает золоту и обеспечивает малое переходное сопротивление контактов, но при воздействии повышенной температуры и влажности сопротивление контактов из ЗлН-5 значительно возрастает. Также при повышенной температуре (+100° С) сплав ЗлН95 при коммутации малых токов и напряжений дает значительно большее количество сбоев, чем технически чистое золото (Зл999,9).
Для уменьшения расхода золота и золотых сплавов применяют биметаллические контакты реле с основанием из бронзы, никеля или серебра. При небольшом числе коммутаций (до 10 5) применяются контакты, изготовленные из серебра (Ср999) с гальваническим покрытием твердым золотом толщиной 3-5 микрон Зл(0,3-0,5)тв.
При эксплуатации реле с золотыми контактами необходимо учесть, что на золото действует хлористый цинк, морская вода, окислы азота, озон, атомарный кислород, образующиеся в плазме дуговых разрядов соседних контактов, а также свободные галогены.

Источник

Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле

Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле

Контакты реле. Материалы контактов электромагнитных реле

Предисловие

Любое электромагнитное реле, как правило, состоит из трех основных частей (органов):
— воспринимающая часть (система) – это та часть реле, которая воспринимает управляющее воздействие (сигнал) и преобразует его в воздействие на промежуточный орган. В простейшем электромеханическом реле воспринимающей системой является катушка с обмоткой, надетая на ферромагнитный магнитопровод;
— промежуточный орган (передающая часть) – эта часть реле, которая при достижении управляющим воздействием заданной величины передает это воздействие исполнительному органу. В электромагнитных реле промежуточным органом, как правило, является якорь и связанные с ним толкатели;
— исполнительный орган – часть реле, осуществляющая, как правило, скачкообразное изменение управляемой величины. Исполнительным органом являются контакты реле.
В данной статье речь идет именно об исполнительном органе электромагнитных реле, а именно об электрических контактах. Если быть более конкретным, то в статье в краткой форме рассмотрены материалы, из которых изготавливаются контакты реле, которые непосредственно соприкасаются друг с другом. В статье не описаны материалы, из которых изготовляются контактные пружины, это отдельная большая тема, и о них я напишу в другой статье.
О параметрах (сопротивление, коммутируемые токи и т.д.), износе контактов, форме, конструкции и размерах контактов электромагнитных реле, а также о других частях электрических реле мы также поговорим в других статьях.

Электрические контакты, применяемые в электрических аппаратах, к которым относится реле, различаются между собой по принципу действия и конструкции и в соответствии с этим могут быть разделены на три основные группы:
— неподвижные;
— разрывные контакты;
— скользящие контакты.
Наибольшую группу представляют собой разрывные контакты, применяемые в электрических реле, контакторах, переключателях, включателях и других электрических аппаратах. В замкнутом, неподвижном состоянии разрывные и скользящие контакты, очевидно, должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к неподвижным контактам.
Характер износа разрывных контактов существенно зависит от величины коммутируемых мощностей, тока и напряжения.
По величине коммутируемой мощности разрывные контакты разделяются на маломощные (слаботочные), средненагруженные и высоконагруженные (сильноточные).
К электрическим разрывным контактам предъявляются следующие основные требования: очень малое и постоянное по величине переходное сопротивление, малая эрозия и коррозия, большая износоустойчивость, малая склонность к иглообразованию и привариванию, высокая электро- и теплопроводность, высокая температура плавления, отсутствие искажений при работе (отсутствие дребезжания контактов), большая надежность и большой срок службы.

Таблица 1. Характеристики материалов, применяемых для изготовления контактов реле

Удельное электрическое сопротивление при 20° С ρ, ом*мм 2 /м

Предел прочности при растяжении
σ_пч, кг/мм 2

Наименование материала	Марка	Плотность γ, г/см 3	Температура плавления θ,° С	Твердость по Бринеллю нВ, кг/мм 2
Серебро	Ср999	10,5	961	0,0159	4,16	17-37	22-35
Серебро-медь	СрМ900	10,35	778	0,020	3,45	27-58	62
Платина	Пл99,8	21,45	1773	0,106	0,70	20-36	40-90
Платина-иридий	ПлИ-10	21,54	1780	0,245	0,40	39-69	110-180
Платина-иридий	ПлИ-20	21,63	1815	0,3	0,17	60-100	170-250
Платина-иридий	ПлИ-25	21,7	1840	0,33	0,3	—	220
Платина-родий	ПлР-10	20,0	1825	0,19	—	33	80
Платина-осмий	ПлО-7	21,7	1820	0,40	—	—	250
Палладий	Пд99,8	12,6	1554	0,107	0,71	20-37	40-100
Палладий-иридий	ПдИ-10	12,74	1580	0,27	—	35-60	100-175
Палладий-серебро	ПдСр-40	11,46	1335	0,40	0,27	39-72	120-175
Палладий-медь	ПдМ-40	10,4	1200	0,35	—	63	130-220
Золото	Зл999	19,3	1063	0,022	3,1	14-26	20-70
Золото-никель	ЗлН-5	18,3	1000	0,123	—	30-70	100-170
Золото-платина	ЗлПл-7	19,49	1080	0,102	—	20-60	40-120
Вольфрам	Вч	19,3	3400	0,056	1,7	130-280	250-400
Рений	—	21,0	3170	0,205	0,71	115-240	250-600
Молибден	Мч	10,2	2620	0,052	1,46	70-200	140-300
Иридий	И99,7	22,4	2454	0,055	0,59	23	170-275
Рутений	Ру99,7	12,2	2450	0,082	—	—	220-360
Осмий	—	22,6	2700	0,095	—	—	250-440
Родий	Рд99,7	12,41	1966	0,049	0,88	40-100	115-390
Никель	Н1	8,9	1452	0,08	0,83	40-50	68-78

Для контактов реле, работающих при небольших токах, меньше тока возникновения дуги (слаботочные контакты), применяются драгоценные металлы: серебро, платина, палладий, золото и сплавы на их основе.
Для контактов электрических реле, работающих при токах, превышающих ток возникновения дуги, наиболее подходящими являются твердые и тугоплавкие металлы и их сплавы типа твердых растворов: вольфрам, рений, молибден, платина-иридий, палладий-серебро и тому подобные материалы.
При больших токах металлы и их сплавы оказываются недостаточно износоустойчивыми, они быстро окисляются, оплавляются, имеют большой износ вследствие испарения и разбрызгивания и обладают способностью свариваться. В таких случаях обычно используются двухфазные системы, так называемые композиции.
Характеристики некоторых контактных материалов даны в таблице 1.
Далее рассмотрим конкретные материалы, используемые для изготовления контактов реле, их особенности, достоинства и недостатки.

Контакты реле из серебра и сплавов на его основе.

Благодаря низкому контактному сопротивлению, высокой электропроводности и теплопроводности, хорошим технологическим свойствам и невысокой стоимости серебряные контакты получили наибольшее распространение почти во всех типах электрических реле.
Драгоценный металл серебро для контактов реле в основном применяется нескольких марок:
— технически чистое серебро 99,9% (Ср99,99 или Ср999);
— серебряно-медный сплав 92,2-92,8% серебра – 6,98-7,69% меди (СрМ92.5);
— серебряно-медный сплав 89,7-90,3% серебра – 9,48-10,19% меди (СрМ90 или СрМ900);
— серебряно-палладиево-магниевый сплав 77,65-81,9% серебра – 18-22% палладия – 0,1-0,35% магния (СрПдМг20-0,3);
Контакты из сплава СрМ900 встречаются, например, у таких реле как РЭН-18, РЭН-19, РЭН-20, РКС-3, МКУ-48, РА-1, РА-2, РАД-4П и других.
Сплав СрПдМг20-0,3 пришел на смену более дорогому сплаву ПлИ-10 и стал применяться в реле РЭС-8, РЭС-9, РЭС-10, РПС-34, РПС-36, РКМП, РЭА-11, РПС-58, РЭС-90 и других.
Под действием электрических разрядов серебро окисляется (темнеет), но окислы серебра электропроводны и легко диссоциируют (растворяются) при невысокой температуре приблизительно 150-200° С.
Поэтому окисление почти не сказывается на величине (устойчивости) сопротивления серебряных контактов реле за исключением случаев с очень малым контактным давлением.
В присутствии кислорода и влаги серебро взаимодействует с сероводородом, следы которого всегда имеются в воздухе, образуя черно-серую пленку сернистого серебра, обладающего очень большим сопротивлением. Эта пленка может достигать достаточно большой толщины, чтобы нарушить проводимость контакта реле. Поэтому серебряные контакты не рекомендуется применять при малых контактных давлениях (менее 5 Г) и напряжении коммутации меньше 7-10 В.
Содержащие серу материалы (например, вулканизированная резина, эбонит и т. п.) не следует помещать вблизи серебряных контактов. Сухой сернистый газ не действует на серебро.
Недостатком серебра является его свариваемость при коммутации больших токов (> 20 А).
Примесь меди увеличивает твердость и понижает эрозию серебра, но при образовании дуги сплавы серебра с медью сильно окисляются, и контактное сопротивление при малых давлениях становится неустойчивым.
Контакты реле, изготовленные из сплава серебра с кадмием, предназначены для средних нагрузок. Применение сплавов серебра с кадмием для контактов малой мощности несколько уменьшает иглообразование, но не дает никаких преимуществ в отношении эрозии и сваривания.
Пружинно-контактные сплавы на основе серебра:
— серебряно-магниево-никелевый сплав 99% серебра – 0,15-0,32% магния – 0,1-0,25% никеля (СрМгН-99 — тройной сплав);
— золото-серебряно-магниево-никелевый сплав 1,5-2,0% золота – 98% серебра – 0,15-0,32% магния – 0,10-0,25% никеля (ЗлСрМгН-2-97 — четверной сплав);
— серебряно-магниево-никелево-циркониевый сплав 99% серебра – 0,15-0,32% магния – 0,1-0,25% никеля – 0,03 — 0,3 цирконий (СрМгНЦр-99 — четверной сплав).
Такие пружинно-контактные сплавы обладают хорошими пружинными и контактными свойствами. Эти сплавы применялись для изготовления контактов миниатюрных и сверхминиатюрных электромагнитных реле, например, таких как РЭК-21, РЭК-23, РЭС-47, РЭС-49, РЭС-53, РЭС-54, РЭС-59, РЭС-60, РЭС-79, РЭС-80, РЭН-34, РПС-42, РПС-43, РПС-45, РПС-46, РПА-14 и других реле.

Фотография 1. Контактная система реле РЭС-47, выполненная с применением пружинно-контактного сплава СрМгН-99

Пружинно-контактные сплавы используются для коммутации широкого диапазона токов и напряжений, обладают повышенной износостойкостью и обеспечивают более стабильное сопротивление цепи и контактов.
Применение пружинно-контактных сплавов позволяет отойти от традиционной конструкции контактов реле, состоящих, как правило, из контактной пружины с вклепанными или приваренными контактами.
Вместо этого изготавливается одна деталь, совмещающая в себе функции контакта и пружины. При этом уменьшаются габариты контактных систем и повышается их устойчивость к внешним механическим воздействиям.
Контактные пружины, изготовленные из этих сплавов, приобретают максимальные упругие свойства после термообработки на воздухе при температуре 700-730° С (внутреннего окисления). При температуре окисления ниже 650° С сплавы склонны к хрупкому разрушению. Повышение пластичности сплава (отпуск) достигается нагревом при 800° С в течение 10 минут.
При длительном нахождении на воздухе пружины из этих сплавов становятся хрупкими, поэтому их следует применять в герметичных реле, заполненных инертным газом.
Твердость внутриокисленных сплавов сохраняется при температурах до 400° С, в то время, когда твердость негартованных материалов резко падает уже при температуре 200° С. Релаксационная стойкость внутриокисленных сплавов при 200° С в течение 100 часов выше, чем у бериллиевой бронзы, применяемой для изготовления контактных пружин обычных электромагнитных реле.
Сплавы, содержащие золото (ЗлСрМгН-2-97) и цирконий (СрМгНЦр-99), имеют меньшую релаксацию напряжений, больший предел прочности и меньшую склонность к хрупкому разрушению, но сплав, содержащий цирконий, непригоден для коммутации малых напряжений и токов и отличается повышенным распылением при нагрузке 0,3 ампера 250 вольт.
Сплавы на основе серебра, магния и никеля (СрМгН-99) не имеют склонности к иглообразованию, поверхность контактов реле из этих сплавов изнашивается равномерно, и поэтому они позволяют коммутировать сравнительно большие токи (1,2 А и 30 В) при очень малых расстояниях между контактами (0,05-0,15 мм).
Удельное сопротивление этих сплавов в два раза меньше, чем у бериллиевой бронзы, поэтому пружины из сплава СрМгН-99 допускают в 1,4 раза больший предельный ток.

Источник