银氧化锡触点材料电性能模拟试验与电接触失效机理的研究

The “high reliability and long life” development trend of low-voltage apparatus increasingly demands of improving electrical performance of contact material. Firstly, this project designs and develops an in-situ test system for the electrical performance of contact material, and then studies the optimum test condition combinations with the help of electrical performance parameters sensitivity matrix and clustering algorithm. With that a reasonable evaluation method of the making ability, breaking ability, anti-pollution ability and environmental adaptation ability of electrical performance of silver tin oxide contact material will be proposed explicitly. Based on the electrical performance degradation data and past failure data, the project builds an electrical contact degradation track model represented by the linear cumulative model and the degradation rate model. On one hand, the project develops a test method of prediction and evaluation to electrical life of contact material, which is beneficial to determine the electrical contact failure pattern, failure mechanism and failure incentives of silver tin oxide contact material combining with physical and chemical analysis for another hand. In this way the project is able to determine the micro-structure evaluation laws of material. The research results could effectively accelerate the presence of test standard for contact material belonging to the electrical alloy industry, and decrease the failure rate of low-voltage apparatus.

低压电器“高可靠、长寿命” 的发展趋势使得其对触点材料电性能的需求日益增长。本项目首先设计开发触点材料电性能综合测试分析系统平台，进而基于电性能参数敏感度矩阵和聚类算法获得最佳实验条件，研究银氧化锡触点材料接通能力、断开能力、抗污染能力和环境适应能力的评价考核方法。基于电性能退化数据和历史失效数据分析挖掘，构建以线性累积模型和退化率模型为代表的电接触退化轨迹模型，一方面形成触点材料电寿命试验方法，实现对触点材料电寿命的预测和评估，另一方面结合理化分析手段实现对银氧化锡触点材料电接触失效模式、失效机理、失效诱因的确定，进而确定材料组织结构演化规律。研究成果可有效带动电工合金行业触点材料实验评价标准方法的形成，同时有效解决由电接触问题导致的低压电器产品失效率等级不高的问题。

本项目旨在构建低压电器常用的银氧化锡触点材料电性能试验评价体系，揭示电接触失效机理。因此项目分别开展了触点材料电性能综合测试分析系统平台的设计、银氧化锡触点材料电性能试验评价方法研究、银氧化锡触点材料电接触失效机理研究。研究成果如下：（1）自主开发设计了触点材料电性能综合测试分析系统平台，实现了电磁电器动作特性的模拟和触点电气参数、力学参数、表面轮廓信息的在线测试，解决了电寿命实验中触点材料电性能难以原位表征的问题。（2）提出了弹性接触条件下触点材料熔焊阈值电流、熔焊面积和熔焊系数的理论计算方法，确定了影响触点材料熔焊力的关键物理性能参数；通过原位模拟触点材料在电阻热和电弧热作用下的熔焊，获得了熔焊力、熔焊面积和焊核抗拉强度，解决了触点材料抗熔焊能力难以测试评价的问题。（3）提出了电侵蚀图像特征参数的自动识别与提取方法，分析了电侵蚀特征参数的变化趋势与触点材料电侵蚀的物理机理，解决了触点材料电侵蚀特性难以表征的问题。（4）建立了触点材料电性能退化模型，并拟合得到触点回跳能量、燃弧能量和质量损失与触点动作次数之间的函数关系式，为触点材料电寿命预测奠定了基础。