汽車繼電器用AgMeO電觸頭材料抗熔焊行為的研究.pdf

1、電觸頭是繼電器的關鍵部件之一，其性能直接關系到繼電器的工作壽命和可靠性。隨著歐盟環(huán)保指令的實施，以及汽車供電系統由14V升高到42V的趨勢，汽車繼電器的服役條件對電觸頭材料提出了更加苛刻的要求。在觸頭的各種失效形式中，最為嚴重的是電弧放電導致的觸頭熔焊。對熔焊現象進行理論上的分析，能夠為觸頭材料的設計和生產提供指導。 為便于后續(xù)對觸頭材料進行電性能測試，本文設計了一個電接觸模擬試驗裝置，可用于模擬繼電器觸點工作狀態(tài)，測試觸頭材料的

2、抗熔焊能力。采用電磁鐵和彈簧配合作用控制觸頭的往復運動，觸頭材料裝夾、電流和電壓信號采集方便。 本文在圓柱坐標系中建立了AgMeO復合觸頭材料在電弧作用下傳熱與熔池流動過程的數學模型，并采用有限體積法計算了觸頭材料的溫度場、流速場和濃度場。詳細分析了觸頭材料熔池形貌及其演化過程特點，討論了基體材料及第二相金屬氧化物性質對AgMeO觸頭材料抗熔焊能力的影響。 溫度場計算結果表明，電弧能量作用于觸頭材料后，觸頭材料經歷了從室

3、溫至熔點、熔點至沸點、沸點至最高溫度點，然后開始冷卻至沸點、熔點，開始凝固直至冷卻到室溫五個不同的狀態(tài)階段。電弧作用是對觸頭材料“再加工”的物理化學冶金過程，因此極大改變了觸頭材料原有的成分、組織和性能。觸頭材料凝固過程具有易于形核、熔池溫度梯度大（107K·m-1）、冷卻速度極快（107 K·s-1）、易形成孔洞疏松結構，甚至會發(fā)生化學反應等五個突出的特點。 對MeO體積分數一定的AgMeO觸頭材料，改變MeO的熱導率、比熱容

4、、密度、分解溫度和分解焓，對觸頭材料的抗熔焊能力影響不大。增大MeO的體積分數有助于提高觸頭材料的抗熔焊能力，但會增加觸頭材料的電阻率，為保證觸頭材料電性能，MeO體積分數宜控制在20％以內。 不同電弧輸入功率對觸頭材料熔焊力的影響巨大，輸入功率加倍，其相應的熔池接觸面積亦加倍，熔焊力加倍，因此對不同材料產生和分散電弧性能的研究是觸頭材料抗熔焊性能研究的重點。 在小電流條件下，觸頭材料熔池中流體的流動主要受表面張力驅動，

5、其次是電磁力作用，而浮力的影響不大。電弧作用下熔池中流體流動方向由表面張力溫度系數所決定：具有負表面張力溫度系數的流體將從熔池中心向熔池邊緣流動，而具有正表面張力溫度系數的流體將從熔池邊緣向熔池中心流動。添加能增大液態(tài)銀表面張力溫度系數至零左右的合金元素，不僅可以減小觸頭材料噴濺概率，而且可減小觸頭材料熔池體積，從而有利于銀基觸頭材料的均勻、穩(wěn)定。 最后，本文討論了由于熔池流動造成MeO成分偏聚的現象。計算表明，熔池中流體流動會

6、使觸頭表面的MeO平均含量升高。觸頭表面MeO的富集使熔化面積增加，但熔焊強度下降，熔焊力下降，因此有利于觸頭材料抗熔焊。MeO的密度對成分分布的影響較小，但在MeO的質量分數一定時，選擇低密度的氧化物，能夠使其體積分數增加，熔焊力下降。 總之，提高AgMeO觸頭材料的抗熔焊能力，應優(yōu)先考慮添加合金元素提高AgMeO觸頭材料分散和熄滅電弧的能力；其次，在質量分數一定的情況下，選擇低密度的MeO雖然使熔池的面積增加，但是能夠降低觸頭