电弧侵蚀过程Ag/TiSnC复合电触头材料纳米力学退化行为及其机理

作     者：魏鑫鹏 吴雪莲 吴宬哲 孙万杰 丁健翔 柏小平 柳东明 张世宏 任万滨 孙正明 

作者机构：安徽工业大学材料科学与工程学院 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室 东南大学材料科学与工程学院 浙江福达合金材料科技有限公司 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金(52101064,52171033) 安徽省质量基础设施标准化专项(2023MKS01) 江苏省博士后科研资助计划项目(2020Z158) 江苏省自然科学基金(BK20220627)资助项目 

主　　题：MAX相 银基复合电触头 纳米力学行为 材料微结构 电弧侵蚀机理 

摘      要：银基电触头是承载低压电器设备结构-功能一体化的关键材料，而在实际服役过程中“材料组成-力学特性的维持是抵抗电弧侵蚀进而避免电触头材料过早失效的关键。阐明材料在电弧侵蚀过程中纳米力学性能的演变规律，对于丰富电接触机理、开发新型电接触材料进而推动低压电器更新换代具有重要意义。本文设计了经不同次数电弧侵蚀的Ag/Ti2SnC电触头材料样品，并采用纳米压痕技术 （静态压痕、蠕变、连续刚度、NanoBlitz 3D 压痕） 对其断面近电弧侵蚀区域纳米力学性能进行了系统分析。研究发现，尽管随电弧侵蚀次数增加材料纳米力学性能逐渐退化，但退化速度呈明显减缓趋势。在侵蚀初期（1～100次） 和中期 （100～1000次），力学性能下降主要归因于增强相Ti2SnC的部分结构分解和有限表面氧化。而在侵蚀后期（1000～6200次），即使电弧破坏由表及里深入了Ti2SnC内部，但表面氧化层的存在和Ag-Sn互扩散行为有效延缓了力学性能退化速率，从而Ag/Ti2SnC仍保持了较好的抗电弧侵蚀能力。本研究从纳米力学角度深入剖析了Ag/Ti2SnC复合电触头材料的抗电弧侵蚀性能及其机制，为该体系材料的持续设计和优化提供了理论参考。