关于高压隔离开关触头镀银层硬度测量方法
来源:输配电设备网  
崔文军1 吴细毛2 李宝福1(1 辽宁省电力有限公司 邮编110006,2 东北电力科学研究院有限公司 邮编110006)
摘要:
本文通过对垂直于试样表面测试硬度值和试样横断面上测试硬度值两种不同的显微维氏硬度测量方法对比,得出更适合高压隔离开关触头镀银层的硬度测量方法。即垂直于试样表面测试硬度值,采用1kg载荷进行垂直于试样表面测试结果可靠,误差小。该测试方法可以达到保证隔离开关触头镀银层质量的作用。
1 前言
高压隔离开关触头镀银层质量直接影响隔离开关的载流量与运行寿命。触头镀银效果不好,将直接导致触头接触电阻大、触头发热、触头加速氧化等后果。投运前现场检查时发现新安装的220kV隔离开关铜镀银触头颜色发黑,深浅不一,怀疑是镀银质量不好所致,经检验证实了猜测,触头镀银层硬度只有HV70多。因此委托东北电力科学研究院有限公司开展了对进入辽宁电网的不同制造厂家的66kV以上电压等级的高压隔离开关触头镀银层质量进行抽查检验工作。
我国的高压隔离开关制造厂家的铜触头表面是采用电镀纯银技术的。采用表面镀纯银是为了提高导电率,防止触头表面氧化。材质为纯银,而银合金镀层将大大降低导电效率;表面镀银层与基体结合力要强,即要保证一定的硬度;当然,镀银层厚度是必不可少的。为了提高隔离开关触头的使用寿命,一种方法是提高表面镀银层的耐磨性,另一种方法是提高表面镀银层的硬度。提高表面镀银层的耐磨性,国外采用提高镀银层的自润滑性,在镀银层中增加游离碳,提高润滑效果;或采用润滑剂,但不降低导电率,从而提高开关使用寿命。提高镀银层的硬度,硬度越高,耐磨性越好,日本已采用HV180镀银层来实现提高开关使用寿命。
根据国家电网公司对隔离开关完善化改造要求,触头镀银层厚度要大于20mm,硬度大于HV120,材质为纯银。通过对八个制造厂家生产的隔离开关触头镀银层的抽查检验结果表明,大部分厂家是电镀纯银、镀银层厚度为20~50mm也是满足要求的。但各制造厂家均不重视触头镀银层硬度检验,初次抽查只有一个制造厂硬度大于HV100,经过各隔离开关制造厂家的工艺改进,目前普遍达到批量产品硬度大于HV100的水平,但未达到国家电网公司硬度大于HV120的要求。
为了提高对隔离开关触头镀银层硬度检验可靠性,本文将从测量方法上进行详细分析,确定简便方法,指导产品检验。促使制造厂家重视触头镀银技术,不断探讨新工艺,提高镀银质量。
2 试验方法
对开关表面镀银层硬度测量方法采用维氏硬度法,执行GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验第1部分:试验方法》,原理是将顶部两相对面具有规定角度的正四棱锥体金刚石压头用试验力压入试样表面,保持规定时间后,卸除试验力,测量试样表面压痕对角线长度(见图1)。
建丰电工银合金电触头
3 对镀银层硬度测量要求
根据GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验第1部分:试验方法》要求,对显微硬度压痕很浅,加工试样时建议根据材料特性采用抛光/电解抛光工艺,对软金属应采用化学抛光方法,可见,镀银层表面应基本符合要求,但镀银层表面存在显微不平整问题,测量结果有一点影响,但影响不大。
4 关于镀银层硬度测量方法及讨论
镀银层技术要求按照QJ/T458-1988《镀银层技术要求》标准执行,该标准适用于电子、电器以及其他特殊用途的产品零(部)件上镀银层的质量检验和验收。其中对硬度要求是4.4条:有硬度要求的银电镀层,其显微硬度应大于HV100。其硬度测量方法要求执行QJ482-90《金属镀覆层显微硬度测试方法》标准,其中选择载荷要求,测试时一般应采用较小的载荷,以避免或减少基体金属对试验测试结果的影响。
QJ482-90《金属镀覆层显微硬度测试方法》标准中4.3条,当垂直于试样表面测试硬度值时,为了避免基体金属对镀覆层硬度值测试的影响,试样镀覆层厚度应大于压痕对角线长度的七分之一。根据压头几何尺寸推算,当压痕对角线长度的1/7相当于压痕深度尺寸,可见,该标准要求,测试时压痕深度应不超过镀覆层,测试结果可以避免基体金属对镀覆层硬度值的影响。
实测数据表明,采用垂直试样表面测试硬度值时,当触头镀银层硬度超过HV100时,采用载荷1 kg,压痕最大对角线长度136mm,压痕深度最大为19.3 mm,未超过镀银层厚度,硬度测试结果可靠。
而根据QJ482-90《金属镀覆层显微硬度测试方法》中镀银层硬度测量要求,若从断面磨平抛光进行测量,试样镀覆层厚度应大于压头压痕对角线长度的3倍。根据GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验第1部分:试验方法》要求,当镀层硬度HV100以上,需采用载荷0.025kg或0.05kg以上,压痕最小对角线长度尺寸要求20mm以上。因此该测试方法对镀层厚度要求超过60mm,甚至更厚。而隔离开关触头镀银层厚度要求在20~50mm,从断面测试显微硬度对触头镀银层不适合。该方法更适合于镀覆片状试样测试,要求镀层应足够厚。
对目前隔离开关触头镀银层厚度要求超过20mm,如果采用试样横断面上测试硬度值时,试样镀覆层厚度应大于压头压痕对角线长度的3倍,则压痕对角线长度在7mm左右。同样对20mm镀银层厚度,采用垂直于试样表面测试硬度值时,压痕对角线长度最大可达到140mm。压痕对角线长度越小,读数不准确产生误差越大,而压痕对角线长度越大,读数不准确产生误差越小。若读数上存在1mm的误差,则采用垂直于试样表面测试带来的误差为0.71%,而采用试样横断面上测试带来的误差为14.3%,可见,采用垂直于试样表面测试硬度误差小。对触头镀银层硬度测试应采用垂直于试样表面测试方法。
5 结论
根据国家电网公司要求,隔离开关触头镀银层厚度大于20mm,通常在25mm左右,采用1kg载荷进行垂直于试样表面测试结果可靠,误差小;同时对隔离开关触头表面破坏小,操作简便。
参考文献:
1 GB/T4340.1-1999《金属维氏硬度试验第1部分:试验方法》
2 QJ482-90《金属镀覆层显微硬度测试方法》
3 QJ/T458-1988《镀银层技术要求》
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