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.

Введение

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

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.

[page] 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/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.

[page] Контакты реле из неблагородных металлов (вольфрам, молибден, рений)

Как известно, устойчивость против эрозии разрывных контактов повышается с увеличением твердости и температур плавления, сублимации и кипения материала контактов, что связано с ростом прочности его межатомных связей. Поэтому для контактов, коммутирующих токи больше тока возникновения дуги и повышенные напряжения, наиболее подходящими являются более твердые и тугоплавкие металлы и их сплавы типа твердых растворов: вольфрам, рений, молибден, платино-иридий, палладий-серебро и т. п.
Вольфрам отличается большой твердостью и хрупкостью, очень высокой температурой плавления и потому в несколько раз более устойчив против эрозии и переноса, чем платина. Контакты реле из вольфрама не свариваются, не поддаются механическому износу и обеспечивают очень большой срок службы при больших напряжениях и индуктивных нагрузках (при токе до 3-5 ампер).

Фотография 4. Вольфрамовые контакты реле РСАМ

Основным недостатком вольфрама является его подверженность атмосферной коррозии с образованием оксидных и сульфидных пленок, поэтому контакты из вольфрама имеют высокое переходное сопротивление и требуют больших контактных давлений (больше 40-60 Г), особенно при низких напряжениях. Иногда наблюдается отказ в работе вольфрамовых контактов после длительного их пребывания в условиях влажности и воздействия паров фенола, формальдегида, аммиака и других веществ вследствие интенсивной коррозии вольфрама.
Контакты из вольфрама не могут быть приклепаны непосредственно к контактным пружинам, они предварительно припаиваются или привариваются к стальной или медной «ножке», которая затем приклепывается к пружине. Посторонние примеси в вольфраме не должны превышать 0,2-0,5%. Более прочными и износоустойчивыми являются резаные (с продольным волокном) контакты. Они дают также более постоянное переходное сопротивление, чем штампованные.
В слаботочных реле применяется серебряно-вольфрамовый сплав 30% серебра – 70% вольфрама (ВС-70).
Вольфрамовые контакты встречаются у реле РСАМ, РКС-3, РС, М237, РВМ 2В-110, РПН, РП-4, РП-5, РП-7, 64П, РПС-33, РПС-11 и других.
Молибден имеет меньшую твердость, чем вольфрам, и более низкий минимальный ток дуги. Окислы молибдена образуют рыхлый осадок, вследствие чего проводимость контактов может внезапно нарушиться. Для защиты против образования непроводящих пленок контакты из вольфрама и молибдена следует помещать в вакуум, чистый водород или чистый азот.
Большую износоустойчивость при нагрузке 0,3 ампера и 160 вольт и очень больших сроках службы (10⁹ циклов) имеют контакты из карбида вольфрама с небольшим содержанием кобальта.
Вольфрам и молибден из-за подверженности атмосферной коррозии непригодны для эксплуатации в условиях тропического климата; в этих условиях хорошим заменителем вольфрама является металл рений, близкий к вольфраму по своим свойствам, но более коррозионно-устойчивый и более пластичный.
Контакты из рения имеют более низкое переходное сопротивление в нормальных условиях; величина этого сопротивления сравнительно мало изменяется после длительного пребывания в условиях тропического климата и морской атмосферы, а также после нагрева при повышенных температурах до +1000° С. Однако эрозионная устойчивость рения значительно меньше, чем вольфрама.

Пары контактов реле из разных материалов

В вибрационных аппаратах (регуляторах напряжения, вибропреобразователях и т. п.) при токах, не превышающих 1,2 ампера, и сравнительно небольших давлениях иногда применяются пары контактов из разных материалов; например, вольфрам (на минусе) и серебро (на плюсе), вольфрам и серебро-никель (СН40) или молибден-серебро. В этом случае пленка окислов вольфрама пропитывается серебром, что значительно уменьшает переходное сопротивление и повышает надежность работы контактов. При больших токах и значительных давлениях применяется пара карбид вольфрама-серебро.
Например, контактная пара вольфрам-серебро, сплав ВС-70 (на минусе) и палладиево-циркониево-хромовый сплав (ПдСрХр-1) (на плюсе) значительно увеличивает срок службы поляризованных реле типа РП-4 в телеграфном режиме работы (работа на передачу).

Фотография 5. Пара контактов, вольфрам (неподвижный контакт) и серебро (подвижный контакт), силовое реле РС

Металлокерамические композиции (металлокерамические контакты)

Для контактов реле, работающих в особо тяжелых условиях длительное время при больших нагрузках, необходим материал, отличающийся большой износоустойчивостью, тугоплавкостью, малой эрозией, малой склонностью к привариванию, высокой электро- и теплопроводностью.
Сочетание всех этих свойств не встречается в контактных металлах и их сплавах, оно может быть достигнуто только в композициях.
Композиции изготовляются большей частью из смесей двух не сплавляющихся между собой компонентов методами металлокерамики (порошковой металлургии), путем спекания смеси порошков металлов без образования жидкой фазы с последующей механической обработкой (ковкой, прокаткой и т. п.) или прессопористых заготовок из порошка тугоплавкого металла (вольфрам, молибден) с последующей их пропиткой более легкоплавкими металлами (серебро, медь).
Стойкость композиции против эрозии основывается на том, что при расплавлении одного компонента он удерживается силами капиллярности в порах (скелете) второго, более тугоплавкого компонента, который к тому же препятствует свариванию контактов. Композиции, кроме того, не имеют склонности к иглообразованию.
Тугоплавкий скелет может быть образован не только металлами, но и карбидами, нитридами и даже окислами металлов, так как их электропроводность принципиально не имеет значения.
В композиции серебро-окись кадмия роль тугоплавкой составляющей играет окись кадмия. Окись кадмия отличается высокой электропроводностью, при температурах дуги она разлагается взрывообразно на кислород и пары кадмия (770° С). Это явление, по-видимому, оказывает выдувающее и деионизирующее действие.
Кроме того, применяются композиции серебро-карбид вольфрама, медь-карбид вольфрама и др.
Физические свойства металлокерамических композиций зависят от процента содержания составляющих компонентов.
Содержание тугоплавкого металла в композициях для контактов большей частью находится в пределах от 40 до 85% по весу.

Таблица 2. Физические параметры некоторых композиций для контактов реле

Композиция серебро-никель была разработана для контактов реле со сравнительно небольшими контактными давлениями взамен серебра и платины, непригодных при больших нагрузках (более 2-3 ампер) вследствие большой эрозии и сваривания. В особо ответственных случаях для исключения сваривания применяется пара контактов из композиций серебро-никель и графит-серебро, последние, кстати, очень часто применяют в релейно-контактной аппаратуре систем сигнализации, централизации и блокировки на железнодорожном транспорте (реле СЦБ, например, НПР, ДСР, НР, НРВ, ДСШ и другие).
Композиция серебро-никель (СН40, СН30) отличается малой твердостью, большой пластичностью (легко обрабатывается и вытягивается в виде проволоки) и небольшим переходным сопротивлением, однако она менее устойчива против эрозии, чем композиции СМО и СВ.
Композиция серебро-окись кадмия (СОК12, СОК15) имеет высокую электропроводность, малое переходное сопротивление контакта и малую твердость (легко прокатывается и штампуется).
Контакты из СОК12 и СОК15 изготовляются диаметром от 5 до 12 мм для нагрузок от 10 до 100 ампер; при больших нагрузках они в несколько раз более устойчивы, чем контакты из серебра.
Композиции серебро-молибден и серебро-вольфрам более устойчивы против эрозии, но имеют значительно большую твердость и требуют больших контактных давлений, чем композиции СН и СОК. Серебро-молибден (СМО60) имеет более низкое электросопротивление и легче обрабатывается, чем серебро-вольфрам.
Контакты из композиции СМО наиболее пригодны для работы при низких напряжениях и средних токах, а контакты из СВ лучше выдерживают работу при более высоких напряжениях.
Контакты из композиции серебро-окись меди СОМ10 при больших токах более устойчивы против эрозии и коррозии, чем контакты из СОК15.
Однородность свойств и устойчивость против эрозии контактов из композиций зависит от величины зерен порошков, поэтому диаметр зерен не должен превышать 20-30 микрон. Особенно тонкодисперсные смеси получаются при восстановлении предварительно осажденного вольфрамата или молибдената серебра.
Общим недостатком всех композиций является пониженная электропроводность, вследствие чего их следует применять в виде тонких пластин, напаянных на медные или стальные основания.

Заключение

В статье освещены далеко не все материалы и сплавы, применяемые для изготовления контактов электромагнитных реле, описаны лишь наиболее распространенные из них. Возможно, в следующих статьях некоторые из материалов будут рассмотрены более подробно и на конкретных примерах.
Также в одной из следующих статей речь пойдет о материалах, применяемых для изготовления контактных пружин реле.

Дополнительные материалы сайта

1. Таблицы паспортов реле РПН с содержанием драгметаллов
2. Таблица паспортов реле РЭС-47 и типы покрытия контактов

Список литературы

1. Витенберг М.И. Расчет электромагнитных реле. Третье издание. Л.: Энергия, 1966
2. Витенберг М.И. Расчет электромагнитных реле. Четвертое издание. Л.: Энергия, 1975
3. Элементы радиоэлектронной аппаратуры. Выпуск 44. Слаботочные реле. М.: Радио и связь, 1982
4. Шоффа В.Н. Герконы и герконовые аппараты. М.: МЭИ, 1993