Contacte electrice realizate prin metalurgia pulberilor pe bază de cupru

1. Generalităţi

1.1 Contacte electrice

Contactele electrice sunt piese de o importanţă deosebită în funcţionarea maşinilor şi a aparatelor electrice. Ele pot fi: fixe, când asigură o legătură permanentă circuitelor de rupere, când servesc pe lângă stabilirea unei căi de curent şi la întreruperea şi închiderea circuitelor electrice şi cele glisante când servesc ca şi cele de curent ca legătură între piese cu mişcare relativă una faţă de alta.

Siguranţa distribuţiei şi utilizării energiei electrice prin aparatele electrice de comutaţie este influenţată direct de calitatea contactelor electrice.

Proiectarea unui anumit contact se face ţinând cont de tensiunea de lucru, curentul, frecvenţa de conectare, timpul în poziţia închis, solicitarea dinamică la scurtcircuit, temperatura mediului ambiant, modul de prindere, distanţa între contacte în poziţia închis etc.

Principalele proprietăţi pe care trebuie să le aibă materialele pentru confecţionarea contactelor sunt următoarele: rezistenţa de contact scăzută şi constantă, rezistenţă mare la eroziune electrică şi uzură mecanică, siguranţă mare împotriva sudării pieselor la conectarea circuitelor de curent mari, strângere rapidă a arcului, tehnologie uşoară de confecţionare etc.

1.1.1 Natura solicitărilor în contacte electrice

Rezistenţa de contact în timpul preluării circuitului electric (starea închisă) trebuie să fie cât mai mică. O rezistenţă de contact mare influenţează defavorabil circuitul conectat, producând încălzirea excesivă a contactului. Această solicitare duce la oxidarea suprafeţei de contact, formarea unor depuneri, erodări, efecte de coroziune etc.

Există metale care nu suferă acest efect, care au rezistenţă de contact mică (platină, aur), însă valoarea lor deosebită nu dă posibilitatea să le utilizăm decât în circuite de curenţi slabi.

Pentru curenţi tari, cele mai folosite metale din care se confecţionează contactele electrice sunt argintul, cuprul, wolframul şi aliajele sale. Ele asigură un contact avantajos din punct de vedere tehnic şi sunt mai acceptabile din punct de vedere economic.

Folosirea metalelor pure pentru confecţionarea contactelor electrice, deşi prezintă avantaje pentru conductibilitatea termică şi electrică ridicată, este dezavantajată datorită proprietăţilor de rezistenţă scăzute.

Din această cauză se folosesc mai ales aliajele metalelor care îmbină armonios aceste condiţii. Apariţia contactelor în construcţia bimetal explică, de asemenea, această necesitate.

În timpul funcţionării se produc însemnate efecte de uzură ale contactelor, atât de natură mecanică, dar mai ales de natură termică.

Din acest punct de vedere s-a constatat experimental că metalele cu duritate şi puncte de fuziune înalte sunt cele mai corespunzătoare (wolfram, molibden).

Contactele trebuie să aibe tendinţă redusă spre sudare şi migraţie prin difuzie, calităţi care le asigură păstrarea formei geometrice iniţiale, fără modificări, o durată mare de timp.

Din cele arătate mai înainte, rezultă că solicitările contactelor pot fi de natură: mecanică, termică şi electrică.

Mărimea uzurii de natură mecanică este dependentă de forţele ce apar în funcţionare, frecvenţa şi direcţia lor. Prezenţa forţelor face ca rezistenţa chimică de trecere să fie mai mică.

Solicitarea termică, ca urmare a efectului Joulle, este determinată de temperatura la care se ajunge, căldura degajată şi coeficientul de cedare.

Solicitarea electrică, datorată arcului electric, prezintă cea mai mare importanţă. Efectul arcului la întreruperea circuitului este mult superior faţă de cel de la închiderea circuitului.

Proprietăţile fizice care influenţează solictarea electrică a contactelor sunt următoarele: lucrul de extragere a electronilor din metal, presiunea vaporilor din metal care se formează, conductibilitatea termică şi tensiunea de formare a vaporilor de metal.

1.2 Metalurgia pulberilor

Procedeul formării pieselor din pulberi prin presare şi sinterizare a fost valorificat începând cu deceniul al treilea al secolului nostru, cunoscând ascensiuni deosebite datorită avantajelor tehnico-economice. Dintre aceste avantaje amintim: produse de înaltă precizie de clasele H5-H7; realizate printr-o tehnologie simplă; grad de utilizare înalt al materiei prime; înlocuirea unor materiale deficitare; posibilitatea obţinerii unor produse care nu se pot realiza prin tehnologiile clasice.

Materialele obţinute din pulberi prin sinterizare se pot aprecia calitativ atât prin proprietăţi mecanice cât şi prin alte proprietăţile specifice ca: rezistenţă la uzură, coroziune, refractaritate, permeabilitate etc.

Pulberile metalice sunt particule sau granule de metal pure (0,1-400 microni), aliaje, de compuşi intermetalici sau compuşi chimici ai metalelor.

Principalele proprietăţi fizico-mecanice sunt: forma granulelor, care se deosebeşte în funcţie de raportul dintre dimensiunile măsurate, după trei direcţii: lungimea l, lăţimea b şi grosimea h, în granule fibroase sau aciculare (l ≥ b = h), granule lamelare (l = b > h), granulele echiaxiabile (sferoide sau poliedrice, l = b = h), calitatea suprafeţei (suprafaţa granulelor poate fi netedă sau rugoasă, cu rugozităţi rotunjite sau colţuroase), structură internă a granulelor (granulele se pot prezenta cu o structură internă spongioasă, poroasă sau compactă), mărimea granulei se defineşte, de obicei, prin valoarea diametrului echivalent sau, mai comod, prin mărimea ochiului de sită prin care trece şi se măsoară în microni.