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/мм2).
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/мм2), а в гальванически осажденном состоянии – очень большую (500-700 кг/мм2).
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.