汽车继电器银基触头侵蚀率的测定与研究

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1、汽车继电器银基触头侵蚀率的测定与研究郭琳1，2（1.商洛学院，陕西商洛726000；2.西安交通大学电气工程学院，陕西西安710049）摘要：汽车电器数量和电气负荷逐渐增大，继电器安全寿命的相关研究愈显重要。其中电触头材料的侵蚀率是理解和评估继电器性能和寿命的一个基本参数，研究在汽车14V直流电源网下汽车继电器触头的侵蚀率。为了提高银触头耐腐蚀性和避免产生焊接，使用复合材料，设计了一维仿真模型计算触头材料的侵蚀率，并与实验结果做对比。该研究对提高汽车继电器电接触材料的安全寿命有重要意义。.jyqk），要求考虑不同区域的材料转移[4]。在电弧持续过程中，电弧熄

2、灭和电流过零的状态下，阳极和阴极质量变化由微测重量决定，并且测量次数平均超过3次。图2显示了不同弧长作用下银触头的阴、阳极质量变化。2理论分析与实验结果2.1理论分析电极表面吸收的热通量主要分为阳极热通量和阴极热通量。对于阳极而言，热量主要通过电子传送，而对于阴极，金属离子蒸发电离，将热量向电极表面传递。阳极斑点收集电子列，JDCobine和EEBurger早就给出了电极中阳极表面的热通量等式，等离子体鞘层转移到阴极表面的热通量Pion可以表示为[5]：式中：Vc指的是阴极电压降；Vi指电离能；Jc指阴极总电流密度；s表示产生电子通量的部分电流。另外，电极和

3、电弧交界表面上，会接收到热通量，在电极材料上因热量传导、熔化、气化而耗散。为了得到材料的“固体?液体?气体”相变情况和每一个触头的温度变化，用触头热流通量对时间求导得到热焓量。图3描述了所用轴柱的几何结构，Oz为电极轴，当t=0的时候，热流作用于z=0为圆心、ra为半径的圆上。Rossignol描述了有关一维仿真的数值计算方法[6]。在3D轴对称仿真模型中，能量沿着Oz和Or两个方向传输。当t=0时，室温下每一个点的特定热焓为H0，然后随着从圆面开始传输能量，H即为相继得到的特定液化焓值和特定的汽化焓值，这样得到液态转化为气态的转化时间，触头侵蚀率就可以表达

4、为气体体积量。然而，这种定义方法需要与实验结果进行比较。研究范围限于坐标z=zm和r=rm，这些表面的定义要求其坐标符合H=H0的条件。2.2实验结果和讨论图2显示了在分离初期（几微米）触头的侵蚀和材料转换。通过显微镜观测到的结果如图4所示，1.7μm的电弧作用于阳极、阴极斑点表面，得到直径为109μm的阳极侵蚀区域，91μm的阴极侵蚀区域，对于这种触头分离值，不能仅考虑单一阴极斑点，应该考虑多斑点分布。表面上的差异是，所有阴极斑点侵蚀区域半径不同，通过几何分析，每1A有40个发射斑点。对于分离距离较大的触头，理论上只考虑从40A的侵蚀斑点开始计算。为了计算

5、2.1部分定义的参数，根据图2中显示的实验结果，阳极侵蚀量和阴极侵蚀量相同。当阳极斑点表面区域没有在触头分离时变化，阳极参数可以由此假设推导出来，然后计算得出侵蚀量值。3AgMeO材料的应用3.1仿真无论使用哪种加工过程，在银基体中传播的氧化物颗粒都是很小的几微米，因为它们很小，或者和阴极弧根表面的尺寸相似，或者比阳极斑点区域小很多[7]。在本研究中，一维仿真就可以用来比较ZnO和CdO对银的作用。首先，氧化物和银的演变过程相似，当仅考虑气化过程时，图5从气化速度和热流密度两个因素显示了它们相同的动态。仿真结果展示了银的获取来自两种氧化物，此外，和Ag，Zn

6、O相比，CdO显示了很小的热流阻抗。3.2实验结果比较纯银材料和AgCdO，AgZnO的对比实验结果如图6所示。从图5和图6的实验结果可以看到，在转移材料的数量上和Ag，AgCdO相比，AgZnO表现出更低的转移速率。4结语在14VDC和40A环境下，通过对Ag触头进行一维仿真，得到材料转移及侵蚀率和实验结果一致性很高。为了提高材料抗熔焊性能，把如今因环境要求被禁止的金属氧化物ZnO和CdO添加到电极触头的Ag基体中。本文的一维仿真计算得到ZnO和CdO的气化速度，可以作为分析复合材料AgMeO性能的重要因素。.jyqkericalmodellingofth

7、ermalablationphenomenaduetoacathodicspot[J].Jour?nalofPhysicsD：AppliedPhysics，2000，33（16）：2079?2086.[7]荣命哲，王其平.银金属氧化物（AgMeO）触头材料表面动力学特性的研究[J].中国电机工程学报，1993（6）：29?34.简介：郭琳（1980—），男，陕西柞水人，硕士研究生，讲师。主要从事车辆安全与自动化检测方面的研究。