触头表面粗糙度对接触电阻影响的探讨

14 电工材料 2004 No. 1触头表面粗糙度对接触电阻影响的探讨 触头表面粗糙度对接触电阻影响的探讨 胡星福, 高华云, 毛江虹 (浙江福达合金材料股份有限公司, 温州 325604) 摘要: 介绍了利用粗糙度测试仪数字化地衡量触头表面质量的方法。分析了粗糙度对电触头, 尤其是 轻负载用电触头接触电阻的影响。 关键词: 电触头; 粗糙度; 检测; 接触电阻 中图分类号: TM201. 4 文献标识码: A 文章编号: 1671- 8887( 2004) 01- 0014- 03 Discussing the Effects of Contact Surface Coarseness on Contact Resistance HU Xing_fu, GAO Hua_yun, MAO Jiang_hong ( Zhejiang Fuda Alloy Materials Share Co ., Ltd , Wenzhou 325604 , China ) Abstract: The coarseness testing appearance can show digitally the surface condition of electric contact. Coarseness effects on contact resistance of electric contacts, especially, light_duty ones were analyzed. Key words: electric contact; coarseness; detect; contact resistance 1 引言 电触头材料表面质量的评判, 一般是靠肉眼来 观察。随着电器的智能化、数字化,弱电流的轻触开 关被大量使用, 对轻负载用电触头, 其表面粗糙度 直接影响到接触电阻的大小和稳定, 因此表面粗糙 度是触头表面质量的重要指标。由于电触头体积小 且表面不规则, 粗糙度的检测较为困难, 目前国内 电触头 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 中对产品粗糙度的测量、评定尚没有做 出统一的规定和要求。本文介绍了利用粗糙度测试 仪数字化地衡量电触头表面质量的方法, 并通过试 验讨论了表面粗糙度与接触电阻的关系。 2 试验方法 将同一批铆钉产品分为两组, 通过不同的后处 理,得到表面状态不同的两组样品。分别取 10粒通 过 JB- 2C粗糙度测试仪进行粗糙度检测, 然后将 其装机试验,测量接触电阻。 3 试验结果及分析 3. 1 表面粗糙度的评定方法 表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和峰 谷所组成的微观几何形状特性。图 1是用 JB- 2C粗糙 度测试仪检测平面型铆钉电触头粗糙度的检验结果。 图 1 平面型铆钉粗糙度检验结果 图中: Ra �� � 算术平均粗糙度值 Ry � � � 在评定长度内最高峰高 Rp 与最低峰 谷 Rv之和 作者简介: 胡星福 ( 1965- ) , 男, 总经理, 主要从事电触头材料的研 制及生产管理; 高华云 ( 1976- ) , 男, 质管副主任, 主要从电触头材 料生产质量管理。 收稿日期: 2003- 07- 09 电工材料 2004 No. 1 15触头表面粗糙度对接触电阻影响的探讨 Rz � � � 在评定长度内 10个点最高峰高 Rp 与最低峰谷 Rv之和 目前国内习惯性使用的粗糙度为算术平均粗 糙度值 Ra。L是测定时的取样长度值, 可依据有关 国家标准作为取样依据。 衡量粗糙度的另一重要指标是轮廓支撑长度 率 ( tp ) , tp 是轮廓支撑长度 np 与取样长度 L 之比, np = b1+ b2+ b3+ . . . . . . bn, tp= np/ L, 简易示 意图见图 2。 图 2 轮廓支撑长度率示意图 tp值是对应于不同水平截距 c而给出的, 可以 直接反映触点表面在测试长度范围内的平整性, 有 一点值得注意的是: 必须要全面知道各个不同水平 截距的变化情况才有其实际意义。在测试过程中, 我们采用不同的后处理方法做试验, 发现包括图 1 的情况在内共有三种不同的 tp分布状况经常出现, 如图 3、图 4所示。 图 3 铆钉轮廓支撑率图形 在图 1、图 3、图 4三个图形中,可以看出图 3是 一个较为理想的状态, 它表明在触点表面 Ry 值的 20%情况下所占取样长度比率的 51. 72%, 也就是 说在 20% Ry 条件下覆盖了 51. 72%触点表面的波 峰, 起伏的高低集中于 20%~ 40%区域, 即反映了 该触点的表面较为平整一致。利用高倍的显微镜进 行观测时, 发现图3所用的铆钉表面光洁平整 (见图 5) , 而图 4所用的铆钉表面状况呈轻微蜂窝状(见图6)。 图 4 铆钉轮廓支撑率图形 图 5 平面铆钉表面(光滑) ( � 80) 图 6 平面铆钉表面(粗糙) ( � 80) 由此可见, 用 JB- 2C粗糙度测试仪检测铆钉表面 粗糙度是可行的,可以直观、数字化表达其表面状态。 3. 2 表面粗糙度与接触电阻的关系 两组样品的粗糙度检测结果见表 1(统一取样 长度为 0. 8mm, 取样段数为 2) ,接触电阻值见表 2。 将粗糙度测量值与接触电阻测量值从小到大排 列,绘制图表曲线进行对比,如图 7、图 8所示。 16 电工材料 2004 No. 1触头表面粗糙度对接触电阻影响的探讨 表 1 两组样品的粗糙度值 样品 Ra( �m)组1 组2 1 0. 417 0. 237 2 0. 435 0. 219 3 0. 376 0. 216 4 0. 291 0. 198 5 0. 439 0. 308 6 0. 305 0. 192 7 0. 227 0. 241 8 0. 461 0. 293 9 0. 392 0. 311 10 0. 433 0. 284 MAX 0. 461 0. 311 MIN 0. 227 0. 192 平均值 0. 379 0. 250 表 2 两组样品的接触电阻值 样品 接触电阻R( m� )组1 组2 1 16 12 2 17 14 3 21 11 4 20 12 5 16 12 6 70 9 7 40 12 8 110 12 9 13 12 10 36 10 MAX 110 14 MIN 13 9 平均值 35. 9 11. 9 � � 组 1 � ! � 组 2 图 7 粗糙度值对比图 - - 组 1 - ! - 组 2 图 8 接触电阻对比图 从图 7、图 8不难看出, 两组样品相比, 粗糙度 值小的一组, 接触电阻低而稳定。触头在工作过程 中, 当电路闭合时, 有电流 I 通过触头, 则在电触头 接触部位附近便出现电压降。此时,通过测量电流 I和 触头间的电压降 V可求得接触电阻 R,用下式表示: R= V/ I ( 1) 两触头间的真实接触面积远比名义接触面积要 小, 由于电流束集流动而形成的电阻, 称为收缩电 阻,以 R e表示。在电触头的表面往往还存在着氧化 膜或硫化膜以及周围的气体吸附层, 由此而产生的 电阻称为表面膜电阻, 用 R f表示。则所测定的接触 电阻为: R= R e+ R f ( 2) 收缩电阻是由于接触部位的电流束集所引起的 现象。如果触点表面粗糙度值较小,光滑平整,在触 头的名义接触面积内,多呈面接触, 实际载流面积会 增大, 收缩电阻减小。对于表面膜电阻, 触头表面粗 糙度值较大,凹凸不平,增大了与外界环境接触的面 积,也就增大了形成氧化膜、硫化膜及受环境污染的 机会和程度,于是提高了表面膜电阻。 综合两方面,触头表面粗糙度大,会引起接触电 阻的增大。 对于不同负载的电触头, 表面粗糙度对接触电 阻的影响程度是不同的。在中、重负载用触头中,只 要达到一定的负载(电流、电压、电弧、接触力等) ,通 过电气或机械的作用, 就能改变或者破坏触头的表 面状态, 触头表面粗糙度对接触电阻的影响甚微。 对于轻负载用触头,由于机构的限制(小型、量轻、敏 感度等) ,故要求触头本身具有高的接触可靠性。因 此, 轻负载用触头与中、重负载触头相比, 更应注意 触头的表面状态。 在轻负载、弱电流领域中, 工作电压和工作电流 都很低,电压为几伏至十几伏, 电流为几十毫安至几 百毫安。要求触头之间接触可靠, 接触电阻尽量低 而稳定。接触电阻不稳定的主要原因是由于吸附、 氧化层、腐蚀以及周围气氛等因素的污染引起。触 点的表面粗糙度值大, 无疑在这些方面都是促进因 素。如果触头表面膜不断增厚, 触头的接触电阻将 显著增加, 甚至可达到完全绝缘的程度, 这常常是轻 负载用触头失效的原因。 4 结论 ( 1) 利用粗糙度测试仪检测电触头的表面粗糙 度, 可以直观、数字化地表达出触头的表面状态, 是 一种行之有效的检测和控制触头表面质量的方法。 ( 2)触头的表面粗糙度会影响触头的接触电阻, 对轻负载用触头影响更大。