БЛАГОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ НА ИХ ОСНОВЕ
К благородным металлам относятся: серебро, золото, платина, палладий, родий, рутений, иридий, осмий (табл. 3—14). Они имеют высокую коррозионную устойчивость в атмосфере при температуре 20 °С. При повышенной температуре, многие из них могут окисляться, но получаемые окислы нестойки и при дальнейшем повышении температуры разлагаются или улетучиваются. Большинство благородных металлов образуют между собой твердые растворы: серебро — золото, серебро — палладий, золото — палладий, родий — палладий, родий — платина, иридий — платина, палладий — платина, палладий — иридий.
Металлы платиновой группы — платина, родий, рутений, палладий, осмий, иридий — имеют по сравнению с золотом и серебром более высокие температуры плавления и кипения, выше твердость в отожженном состоянии, но значительно более низкие теплопроводность и электропроводность. Важным свойством благородных металлов, применяемых для контактов являетсяих летучесть при высоких температурах, способствующая разрушению пленок. Наименьшей летучестью обладают родий и платина, наибольшей — иридий, рутений, осмий.
Благородные металлы — платина, золото, серебро, палладий — служат основами при создании контактных сплавов.Их легируют другими благородными или неблагородными металлами. Иридий, осмий, родий, рутений применяют в качестве легирующих добавок. Серебро, золото, платина, палладий, родий можно применять для контактов в виде электроосажденных металлов.
Серебро и сплавы на его основе.Серебро находит широкое применение для изготовления контактов в аппаратуре различных мощностей. Серебро является наиболее известным материалом для контактов, хотя имеет ряд существенных недостатков (образование игл, окисление и особенно образование сернистых пленок), которые сказываются главным образом на слаботочных контактах при отсутствии дуги и малом контактном давлении.
На серебряных контактах под действием электрической искры образуется окисная пленка. Она электропроводна и легко разрушается, поэтому контакты могут работать при малых нажатиях. Серебро в присутствии кислорода и влаги взаимодействует с сероводородом, содержащимся в воздухе, поэтому в присутствии серы и сернистых соединений контакты разрушаютсяи их нельзя применять рядом с эбонитом и резиной.
Сухой сернистый газ не действует на серебро. Последнее не образует соединений ни с азотом воздуха, ни с углеродом органических паров. Серебро обладает самой высокой из всех металлов теплопроводностью, электропроводностью и высокой удельной теплостойкостью. Этот комплекс физических свойств обеспечивает контактам из серебра малый нагрев джоулевым теплом и быстрый отвод тепла от контактных точек.
Различные примеси даже в небольших количествах значительно понижают электропроводность серебра. Серебро подвержено эрозии иимеетнизкие параметры дуги по сравнению с другими металлами. Дуга между серебряными контактами возникает сравнительно легко, но благодаря окислению объем металла, подвергающийся эрозии на 1 Кл, у серебра меньше,чем у других благородных металлов с более высокими параметрами дуги. Серебро свариваетсяприкоммутировании больших токов из-за сравнительно низкой температуры плавления, что является недостатком; обладает невысокой твердостью и механической прочностью в отожженном состоянии, которая может быть повышена холодной обработкой (до 700 МПа); хорошо поддается всем видам пластической обработки: прокатке, волочению, штамповке, высадке; хорошо поддается сварке и пайке. Его применяют в виде напаянных пластин, прокатного биметалла и в виде гальванических покрытий.
Благодаря хорошим технологическим свойствам, невысокой стоимости и низкому и устойчивому контактному сопротивлению контакты из серебра находят широкое применение. Их не рекомендуется применять при большой частоте включений (свыше 10 вкл/с) из-за быстрого износа. Серебро непригодно для изготовления прецизионных контактов, работающих при малых контактных нажатиях (порядка 10—20 мН и меньше).
Серебро образует непрерывныйрядтвердых растворов с золотом и палладием, сплавы которых имеют широкое применение.
Серебро — золото. В этой системе при средних концентрациях компонентов удельное сопротивление, твердость и механическая прочность максимальны, а температурный коэффициент сопротивления и удлинение при разрыве минимальны. Сплавы серебра с золотом имеют низкую прочность, и по этой причинеих применяют редко. В качестве упрочнителя обычно применяют медь (ГОСТ 6835—72).
Сплавы устойчивы против коррозии в атмосфере.Они обладают хорошими технологическими свойствами
при всех концентрациях, пластичны, хорошо поддаются пластической обработке. Сплавы с содержанием золота менее 50 % образуют сернистые пленки.
Серебро — палладий. Сплавы этой системы имеют зависимость свойств, аналогичную сплавам серебро — золото.
Интересен сплав с содержанием 40 % Аg. В нем сочетается высокое удельное электрическое сопротивление с малым температурным коэффициентом сопротивления. Этот сплав применяют для разрывных контактов и в качестве материала для обмоток потенциометров, Сплавы с содержанием палладия выше 50 % не образуют сернистых пленок. Сплавы технологичны, хорошо поддаются пластической обработке.
Сплавы серебро — платина образуют диаграмму состояния перетектического типа с ограниченной областью твердых растворов. Для контактов применяют сплавы, лежащие в области -твердых растворов, т, е. богатые серебром. Сплавы с содержанием 10— 45 % Рt могут подвергаться старению (в соответствии с диаграммой состояния). Термической обработкой этих сплавов можно достигнуть высокой твердости (до 3600 МПа после закалки при 1000 °С и старения при 550 °С).
Богатые серебром сплавы поддаются ковке при температуре красного каления и прокатываются.
Сплавы серебро — кадмий образуют ограниченную область твердых растворов. Применяемые для контактов сплавы лежат в области -твердых растворов, т. е. это сплавы, богатые серебром, Добавки кадмия понижаю г температуру плавления, но повышают удельное электрическое сопротивление. Сплавы обладают весьма ценным свойством хорошо работать в дуговом режиме. Это обусловливается свойствами окиси кадмия (образующейся при нагреве сплава контактной дугой), которая при 900—1000°С разлагается со взрывом, производя дуго-гасящее действие без нарушения контактной проводимости. Недостатком серебряно-кадмиевых контактов является значительная свариваемость и сплавление их при больших токах из-за низкой температуры плавления сплавов. Этот недостаток устраняется при изготовлении контактов методом металлокерамики.
Серебро — кадмий — никель. Контакты отличаются высокой износоустойчивостью, низким устойчивым электрическим сопротивлением и технологичны.
Сплавы серебро — медь (ГОСТ 6836— 72) образуют диаграмму состояния эвтектического типа с областями ограниченной растворимости, поэтому могут подвергаться старению. Старение может значительно повысить механические свойства сплавов. Для контактов применяют сплавы с содержанием Си до 50 %. Твердость и удельное электрическое сопротивление -и -твердых растворов растут с увеличением концентрации второго компонента, а температурный коэффициент сопротивления и теплопроводность падают. В области эвтектических сплавов эти свойства изменяются по закону аддитивности (незначительно). Медь увеличивает твердость и понижает эрозию серебра особенно в области эвтектических сплавов,ноухудшает коррозионные свойства при содержании больше 50% (значительное окисление). Вследствие этого у богатых медью сплавов из-за окисления образуется неустойчивое переходное сопротивление, поэтому не рекомендуется применять эти сплавы для изготовления контактов, работающих с образованием дуги и при малом контактном давлении.Во многих других случаях серебряно-медные сплавы находят широкое применение. Они технологичны при всех концентрациях: допускают пластическую обработку в холодном состоянии, хорошо паяются обычными припоями.
Сплавы серебро — кремний. Серебро и кремний образуют, как и сплавы серебро — медь, диаграмму состояния эвтектического типа. Их применяют редко. Находит применение доэвтектический сплав с 1,5% Si (сплав технологичен).
Золото и сплавы на его основе. Золото обладает высокими электро- и теплопроводностью, устойчивостью против коррозии, не окисляется и не образует сернистых пленок, имеет низкое и стабильное переходное сопротивление в различных атмосферных условиях при нормальной и повышенной температурах. Это делает его незаменимым при изготовлении прецизионных контактов, работающих при малых контактных нажатиях и низком напряжении. Оно имеет очень низкую твердость, которая может быть повышена в несколько раз холодной обработкой давлением.
Золотые контакты легко свариваются, образуют иглы при малых токах и подвержены эрозии в дуговом режиме. Золото технологично. Большая пластичность позволяет легко его обрабатывать давлением в холодном состоянии без промежуточныхотжигов.Его часто применяют в виде электроосажденного металла.Примеси повышают твердость и удельное электрическоесопротивление золота.
Сплавы на освове золота образуют ряд непрерывных растворов.Никельзначительно повышает твердость золота. При 5 % Ni твердостьсплавасоставляет 1 ГПа, при 16 % Ni 2,20 ГПа, при 40 % Ni 3,50 ГПа (в закаленном состоянии).
Сплав золота с 5 % Ni стоек к свариванию и мостиковому переносу, благодаря чему не образуются иглы.
Окисляется в дуговом режиме.
Сплавы золото — платина образуют диаграмму состояния с ограниченной областью твердых растворов. Сплав золота с 7 % Рt хорошо работает в емкостной цепи малой мощности. Сплавы с 25—10 % Рt могут подвергаться термической обработке:
закалке при 1200°С и последующему старению при 400°С, сильно повышающему твердость сплавов. Сплавы имеют высокие коррозионные свойства в нормальных условиях и при нагреве (не окисляются), а также легко обрабатываются.
Сплавы золото — цирконий образуют диаграмму состояния с ограниченной областью твердых растворов. Цирконий значительно повышает твердость золота. В промышленности применяют сплав с 3 % Zг. Он может подвергаться старению со значительным повышением механических свойств, обладает незначительной свариваемостыо и высокой коррозионной стойкостью, не обраэует игл.
Тройные сплавы золота.В промышленности находят применение следующие тройные сплавызолота:
золото—серебро—платина; золото— серебро — медь; золото — серебро — никель; золото — палладий — никель.
Палладий и сплавы на его основе.Палладий по свойствам близок к платине (удельная электропроводность, теплопроводность). Механические свойства, твердость по Бринелю и прочность на разрыв, (в отожженном состоянии) примерно такие же, как у платины, золота, серебра. Наклепом можно повысить механические свойства вдвое. По удельной массе палладий вдвое легче платины (близок к серебру). Палладий обладает летучестью большей, чем платина, а параметрами дуги меньшими, чем у платины, имеет небольшой ток приваривания (по сравнению с платиной и серебром).
Коэффициент эрозии при дуге размыкания значительно ниже, чем у платины и серебра, поэтому палладий менее склонен к иглообразованию и окислению на воздухе (тускнеет при температуре выше 350 °С), чем платина, но окислы не стойки и разлагаются при более высокой температуре. Палладий стоек к образованию сульфидных пленок, способен науглероживаться и растворяет водород, что делает невозможным его отжиг в углеродистой среде и водороде.
Некоторые недостатки палладия по сравнению с платиной снижают его ценность как контактного материала, но меньшая стоимость и недефицитность способствуют широкому его применению вместо платины. Примеси увеличивают удельное электрическое сопротивление и твердость.
В качестве контактных материалов применяют сплавы палладия с серебром, золотом, иридием, медью, никелем, с которыми он образует непрерывный ряд твердых растворов, и с рутением, с которым он образует ограниченную область твердого раствора. Применяют также и тройные сплавы палладия: палладий — рутений — родий (95—4—1); палладий — серебро — кобальт (60—35—5); сплавы палладий — серебро и палладий — золото рассмотрены раньше.
Палладий — иридий. Иридий значительно повышает твердость и механическую прочность сплавов, удельное электрическое сопротивление, понижает температурный коэффициент электрического сопротивления. Коррозионная стойкость сплавов выше, чем у чистого палладия. Сплавы, содержащие более 20 % Ir, очень тяжело обрабатываются, поэтому их в качестве контактных материалов не применяют. Известны контактные сплавы, содержащие 10 и 18% Ir. Они являются заменителями платино-иридиевых сплавов, содержащих 10 и 20 % Ir. По сравнению с последними такие сплавы менее тугоплавки, но имеют практически одинаковое удельное электрическое сопротивление и твердость. Палладиево-иридиевые сплавы дешевле плати ново-иридиевых. Сплавы могут быть использованы для прецизионных разрывных и для скользящих контактов.
Палладий — медь. Применяют сплавы, содержащие до 40 % Си. Наиболее распространен сплав, содержащий 40 % Си. Он подвержен упорядочению кристаллической решетки и при медленном охлаждении, сопровождаемому значительным изменением свойств (уменьшение удельного электрического сопротивления, увеличение температурного коэффициента электрического сопротивления и твердости). Сплав имеет ограниченную свариваемость и небольшой мостиковый перенос. Он образует окисные пленки. По физическим свойствам все палладиево-медные сплавы близки и легко обрабатываются после соответствующей термической обработки (закалка выше температуры упорядочения).
Палладий — никель. Из этой системы нашел применение в качестве контактного материала сплав палладия, содержащий 5 % N1 и имеющий меньшую электропроводность, чем чистый палладий.
Палладий—рутений. Рутений значительно повышает твердость палладия. Сплавы, содержащие более 15% К и, трудно обрабатываются. Коррозионная стойкость сплавов палладий — рутений выше, чем коррозионная стойкость чистого палладия. Известен контактный сплав с 9,5 % Ru.
Палладий — рутений — родий (95— 4—1) — тройной сплав, тверже двойного сплава палладий — рутений.
Палладий — серебро — кобальт (60— 35—5) — тройной сплав. Кобальт упрочняет сплав палладия, содержащий 40 % Аg, в который он вводится за счет серебра. Удельное электрическое сопротивление и эрозия близки к двойному сплаву палладия с 40 % Аg. По механическим свойствам (твердость и прочность) сплав близок к сплаву палладия с 18 % Ir.
Платина и сплавы на ее основе.Платина, как и палладий, имеет наибольшее удельное электрическое сопротивление среди благородных металлов и низкую теплопроводность, обладает незначительной летучестью по сравнению с другими благородными металлами. Твердость и прочность платины могут быть увеличены вдвое путем холодной обработки (по сравнению с отожженным состоянием). Примеси многих металлов повышают твердость и удельное электрическое сопротивление платины. Платина обладает высокой устойчивостью к коррозии на воздухе, не образует окисных и сернистых пленок, обеспечивает устойчивое контактное сопротивление, мало растворяет водород, поэтому в противоположность палладию может отжигаться в водороде без снижения своих свойств. В углеродистой среде платина науглероживается и становится хрупкой.
Контактные свойства платины: наиболее высокие параметры дуги (по сравнению с другими благородными металлами), близкие к вольфраму (дуга между платиновыми контактами трудно зажигается); платина подвергается мостиковой эрозии с образованием игл (как все неокисляющиеся металлы); легко обрабатывается давлением. Вследствие невысокой твердости в чистом виде платину применяют очень редко — только для контактов прецизионных приборов. Она находит использование как основа для производства контактных сплавов.
В качестве контактных материалов применяют сплавы платины с иридием, родием, никелем (образуют непрерывный ряд твердых растворов), рутением, осмием, молибденом, вольфрамом (образуют ограниченную область твердых растворов). Известен также тройной сплав платина — палладий — рутений (84—10—6), Сплавы серебро,— платина рассмотрены ранее.
Платина — иридий. Для контактов .применяют сплавы, содержащие 5—30 % Ir. Наибольшее применение они нашли для прецизионных контактов. Иридий значительно повышает твердость и механическую прочность, ухудшая обрабатываемость платины. Сплавы, содержащие свыше 30 % Ir, обрабатываются с трудом. Сплавы с 7— 99 % Ir могут «стареть» (за счет распада твердого раствора при температуре ниже 1000 °С). Старение при 750 °С значительно повышает твердость cплавов, содержащих 15—25 % Ir.
Иридий значительно повышает удельное электрическое сопротивление и стойкость к атмосферной коррозии,нопри нагреве сплавов выше 900 °С окисляется и улетучивается. Параметры дуги у платиново-иридиевых сплавов выше, чем у платины, а склонность к иглообразованию меньше. Контакты из платиново-иридиевых сплавов очень износоустойчивы и имеют продолжительный срок службы.
Платина — родий. Как контактный материал наиболее известен сплав с 10 % Rh. Он имеет высокие механические свойства (твердость и прочность на разрыв вдвое больше,чему платины) и большое электрическое сопротивление, обладает малой летучестью при высокой температуре. Используется для свечей зажигания.
Платина — никель. Никель значительно повышает твердость и удельное электрическое сопротивление сплавов. Как контактный материал наиболее известен сплав, содержащий 5 % Ni. Он имеет высокие параметры дуги, но ниже, чем у платины; эрозия при размыкании омической цепи меньше, чем у платины; малая склонность к иглообразованию при малых токах;
малая склонность к свариванию; сплав в незначительной степени повышает контактное сопротивление при образовании сернистых пленок. Сплавы платины с никелем пластичны, поэтому хорошо обрабатываются.
Платина — рутений. Рутений чрезвычайно сильно повышает твердость платины и электрическое сопротивление. В качестве контактных материалов применяют сплавы, содержащие до 14 % Ru. При большом содержании рутения сплавы обрабатываются с трудом. Сплавы обладают меньшей, чем у платины, склонностью к свариванию и образованию игл. Минимальный ток дуги у сплава с 5 % Ru почта тот же, что у сплава с 10 % Ir. При нагревании на воздухе рутений окисляется с образованием летучих окислов.
Платина — осмий. Осмий сильно повышает твердость и электрическое сопротивление платины. Сплавы летучи и при нагревании теряют в массе (за счет осмия); обрабатываются при содержании не более 10 % Os, Известен сплав с 7 % Os, обладающий исключительно высоким минимальным током дуги (2,5 А),
Платина — молибден. Для контактов применяют сплав с 10 % Мо. Он имеет высокие электрическое сопротивление, твердость и склонность к иглообразованию и старению.
Платина — вольфрам. Вольфрам значительно повышает температуру плавления сплава и его твердость. Для контактов и свечей зажигания применяют сплавы с 4—5 % W, имеющие высокое удельное электрическое сопротивление и твердость. Они достаточно пластичны — обрабатываются пластически в горячем и холодном состоянии (поддаются ковке, прокатывайте, волочению на холоде); стойки к атмосферной коррозии; склонны к иглообразованию; имеют минимальный ток дуги несколько меньший, чем у платины.
Платина — палладий — рутений (84—10—6) — тройной сплав, обладающий высоким электрическим сопротивлением, твердостью и пластичностью, коррозионноустойчив.
Родий мало пластичен, но имеет низкую твердость в отожженном состоянии. Холодная обработка может повысить его твердость в 5 раз. Твердость гальванически осажденного родия высока.
По своим свойствам — твердости, тугоплавкости, электро- и теплопроводности, малой летучести, высоким коррозионным свойствам на воздухе — родий является очень хорошим материалом для прецизионных контактов, но он слишком дорог и не поддается механической обработке, поэтому его применяют только в виде электрохимических покрытий.
Иридий обладает тугоплавкостью, высокой твердостью, низкой пластичностью, большой летучестью. Стоек к атмосферной коррозии, но окисляется при нагреве. Склонен к образованию игл. Его применяют в качестве легирующего элемента, значительно повышающего твердость платины и палладия.
Рутений и осмий. Эти металлы (особенно осмий) наиболее тугоплавки, тверды и хрупки по сравнению с остальными металлами платиновой группы. Летучесть их велика, особенно
осмия. Окисляются при невысоки» температурах (осмий при комнатной). Легирование этими металлами платины и палладия значительно повышает твердость последних.
Дата добавления: 2017-06-13; просмотров: 2127;