银金属氧化物触点继电器电寿命的分析

孙华民

摘要：在比较严酷的环境当中，通常会对密封型继电器进行使用，但是如果继电器是由银金属氧化物材料制作而成的，继电器长时间处于密封条件下，对电寿命会造成严重影响，因此不能满足应用的实际需求。在这篇文章中，主要从继电器温度升高、电弧能量以及电寿命实验之后所接触的材料等方面，实现对触点材料的选择，并且在进行具体实验中后可以發现，如果使用非银金属氧化物来代替银金属氧化物来作为继电器的触点材料，可以将继电器电寿命有效提升上去。

关键词：密封型继电器;严酷环境;电器寿命;银金属氧化物;电弧能量

中图分类号：TM58 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）03-0207-02

0 引言

如果在非常严酷的环境下对继电器进行使用则需要对其进行密封操作，但是如果继电器长时间在密封结构下对其使用寿命则会造成一定的影响。如果在密封环境下，通常会使用银金属氧化物材料作为其触点，这样对继电器的使用寿命会造成一定的影响，如果触点的负载电流在短时间内突然变大，会大幅度缩短继电器的使用性能，从而不能继续满足实际应用。

通用型继电器应用较多，而且负载电流的变化幅度也较大，能够从毫安级别到几十个安培。在继电器当中，电弧属于比较强烈的气体放电，如果触点已经处于断开状态，由于电弧温度是非常高的，会使触点表面的金属出现融化或者是蒸发现象，如果长时间处于温度较高状态，对触点材料则会造成一定影响。通常情况下，如果触点的电流是非常大的，电弧也会变得非常大[1]。

1 分析方法及结果显示

通过将理论与实践相结合可以发现，对继电器的使用寿命造成直接影响的因素包括升温情况、电弧能量以及触点的具体性质，为了更好的验证导致密封型继电器寿命较差的具体影响因素，对密封型继电器以及非密封型继电器的使用寿命进行一系列测试是非常有必要的。

1.1 升温比较试验

为了将不同样品之间的差异降低到最小，分别选择电气参数以及机械参数相同的密封类型继电器以及非密封类型的继电器，在对继电器的使用寿命进行实验过程中会连续对温度数据进行收集。

首先密封型以及非密封型继电器连续一小时承载负载电流，每间隔一秒进行电流接通与断开，直到继电器的寿命到达极限状态。借助于温度记录仪器可以对移动端子以及固定端子的温度进行测量。经过实验可以发现，密封型继电器以及非密封型继电器的段子温度是比较相近的。如果需要对样品之间的差异进行考虑，温度之间的差异可以忽略不计。除此之外，在进行端子温度试验过程中，不管是密封型继电器还是非密封型继电器，端子温度相对是比较稳定的，尤其是对于密封型继电器，在寿命到达极限之前温度没有出现异常变化，由此可以推断温度不是密封型继电器与非密封型继电器使用寿命差异的影响因子。

1.2 电弧能量对比实验

当触点断开时候，电弧可能对触点起到一定的侵蚀作用。借助于示波器能够比较清晰地获得电寿命测试阶段触点断开负载时的电弧电压，利用 数学函数可以实现电弧能量的计算，在密封型继电器以及非密封型继电器寿命实验当中，持续对电弧的能量数据进行收集，经过数据对比之后可以发现，不管是密封型继电器还是非密封型继电器在一定范围之内，电弧分布的表现不会存在较大差异，而且电弧对触点的损害是保持在一定水平，由此可以推断电弧能量不是密封型继电器与非密封型继电器使用寿命差异的影响因子。

1.3 触点上及触点周边物质元素分析

对密封型继电器以及非密封型继电器进行电寿命实验后，两者的触点表面以及弹片外观存在明显的差异：在触点接触表面，密封型继电器会存在非常多比较光亮的凸点，而对于非密封型继电器，触点的表面是比较平滑的;除此之外，密封型继电器触点周边的弹簧片也会变得比较灰暗。

为了找到出现上述情况的原因，对密封型继电器以及非密封型继电器触点上面的物质以及触点周边弹簧片上面的元素进行分析，经过分析之后可以发现，在弹簧片触点周围区域，密封型继电器的银元素以及锡元素含量是比较多的，而且已经严重超过非密封型继电器银元素及锡元素的含量，这样就说明了在对密封型继电器进行一定次数的实验之后触点受电弧侵蚀情况较为严重，这样会使得非常多的触点材料溅出，时间长之后就会在弹簧片上大量堆积。而对于密封型继电器而言，其碳含量是相对比较多的，主要原因在于密封型继电器内部，有机气体的浓度是比较高的，由于受到电弧的分解作用，会分解出比较多的碳元素在触点表面依附;而对于非密封型继电器而言，其内部对氧气与外界气体存在一定的气体交换，这样有机气体的浓度会适当下降，因此碳含量也是比较少的。

在密封型继电器触点表面，在凸出位置银元素的浓度是比较高的，但是氧元素含量相对较低。对于非密封型继电器而言，不同元素之间的比例较为正常，之所以会出现这种情况，推测为密封型继电器内部供氧不足，微小的SnO2颗粒在银熔池当中，一旦氧气快要消耗干净，其分解速度会远远快于合成速度，这样就使得微小的SnO2颗粒不能持续对银进行保护，最终形成凸点。由于银凸点的存在，使得触点容易出现熔焊，最终对继电器的使用寿命造成影响。

2 非氧化物触点的进一步研究

为了证明非氧化物触点是否可以对密封型继电器的使用寿命进行有效提升，选择比较常见的非氧化物AgNi触点在相同条件下进行试验。经过实验数据对比之后可以发现，非氧化物AgNi触点能够有效对密封型继电器的使用寿命进行提升。

2.1 升温比较试验

经过实验可以发现，不管是密封型继电器还是非密封型继电器，其温度性能都是比较接近的。

2.2 电弧能量测试

在进行电弧能量测试之后可以发现，密封型继电器与非密封型继电器的能量水平与AgSnO2In2O3触点没有存在明显差异。

2.3 触点形貌

雖然在触点形貌上面，密封型继电器与非密封型继电器之间存在一定的差异，但是与银元素氧化物触点相比较可以发现，AgNi触点的密封型继电器触点表面都更平坦。密封型继电器的触点表面比非密封型继电器更明亮。

2.4 触点及触点周边物质元素分析

在触点弹簧片周边区域，密封型继电器的银元素含量以及镍元素含量都已经超过非密封型继电器，这就说明密封型继电器经过长时间测试之后触点已经收到电弧的严重侵蚀，从而使得溅出的触点材料比较多，并且会在弹簧片上面进行堆积，而且对于密封型继电器的碳元素含量而言也是比较多的，从而使得弹簧片表面比较黑。

密封型继电器触点几乎全部被电弧侵蚀，并且已经行出比较多的凸点，在这些凸点上面进行元素检测之后可以发现银元素含量比较高，但是镍元素含量比较低，由于银元素含量比较高，会使得触点出现熔焊。对于非密封型继电器而言，在触点表面的熔融区域发现氧元素含量是比较高的，而且颜色也比较黑，原因在于由于热量比较高，电弧会产生比较多的银氧化物以及镍氧化物。由于这些氧化物的存在会将熔融触点材料的粘性大幅度增加，因此可以对触点起到一定的保护作用，从而将电寿命有效提升。

3 结论

利用氧元素氧化物作为触点的密封型继电器使用寿命是比较低的，而如果采用非氧化物触点的密封型继电器，即使电流是比较大的，其使用寿命也会显著增加。本研究可以说明以下几点：（1）由于受到电弧的作用，对触点材料的选择能够影响密封型继电器的使用寿命;（2）在进行电寿命实验当中，对于密封型继电器，由于内部氧气没有得到及时补充，使得银元素氧化物的触点变得非常不稳定，因此性能也会出现不同程度的退化。（3）在密封条件下，非氧化物的性能是比较稳定的，可以对密封型继电器的电寿命进行有效延长。

参考文献

[1] 郑旭阳，巫小飞，龙小庆，等.银基系列电接触复合材料的研发与应用[J].贵金属，2018，39（S1）：72-77.

Abstract：In relatively harsh environments， sealed relays are usually used， but if the relay is made of silver metal oxide material， the relay is in a sealed condition for a long time， which will seriously affect the electrical life， so Can not meet the actual needs of the application. In this article， the selection of contact materials is mainly realized from the increase of relay temperature， arc energy， and materials contacted after the electrical life test， and it can be found after conducting specific experiments that if non-silver metals are used Oxide instead of silver metal oxide as the contact material of the relay can effectively improve the electrical life of the relay.

Key words：sealed relay; harsh environment; electrical appliance life; silver metal oxide; arc energy