在高壓電氣領(lǐng)域，主回路電接觸面均要求鍍銀。《電網(wǎng)金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》規(guī)范要求室內(nèi)導(dǎo)電回路動(dòng)接觸部位鍍銀層厚度不宜小于8◆m，我司氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（gas insulated switchgear, GIS）上零部件摩擦接觸面鍍銀層厚度多為50◆m或更高（含0～+20公差）。隨著成本意識(shí)的加強(qiáng)和生產(chǎn)效率的提升，計(jì)劃在摩擦接觸面開(kāi)展薄層鍍硬銀工藝，研究將摩擦接觸面50◆m的鍍銀層厚度降至20◆m，產(chǎn)品能否達(dá)到功能要求。

根據(jù)行業(yè)發(fā)展，本文對(duì)行業(yè)中提出的鍍硬銀工藝進(jìn)行了研究試驗(yàn)，研究在隔離開(kāi)關(guān)摩擦接觸零件的功能性鍍銀中，將普通鍍銀（HV0.0570）的硬度提升至HV0.05120后，是否能夠達(dá)到降低厚度的目的。鍍硬銀工藝主要通過(guò)向鍍槽注入添加劑的方式實(shí)現(xiàn)。此外，本文經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)，將鍍銀層硬度提高及厚度降低后，產(chǎn)品能否達(dá)到功能要求。

1 鍍銀溶液的配置及工藝流程

光亮鍍硬銀工藝研究的核心在于在保證銀層良好導(dǎo)電性的前提下提高銀層硬度，同時(shí)使銀層表面結(jié)晶更致密光亮。方案中須保證溶液具有良好的導(dǎo)電性，因此鉀鹽型鍍液須作為首選，并通過(guò)添加劑以求達(dá)到銀層硬度大于120的要求（HV0.05≥120）。文獻(xiàn)表明，將銻鹽作為薄層鍍硬銀工藝的添加劑。

1.1 鍍銀溶液的配置

表1 鍍硬銀溶液的組成

1.2 鍍銀工藝流程

鍍銀工藝流程為：前處理（酸洗）—熱水洗—流動(dòng)冷水洗—鹽酸活化—流動(dòng)冷水洗—硝酸侵蝕—流動(dòng)冷水洗—中和—流動(dòng)冷水洗—紫銅鍍光亮硬銀—流動(dòng)冷水洗—熱水洗—晾干—下件。

2 鍍銀層性能及在隔離開(kāi)關(guān)上的應(yīng)用

2.1 試驗(yàn)零件準(zhǔn)備

選取隔離開(kāi)關(guān)3相動(dòng)觸頭進(jìn)行試驗(yàn)，采用薄層鍍硬銀工藝，擬將鍍銀層硬度提升到HV0.05 120以上，鍍銀層厚度分別降低至10◆m、20◆m、30◆m。鍍后將零件裝入隔離開(kāi)關(guān)樣機(jī)進(jìn)行機(jī)械壽命試驗(yàn)，與另一臺(tái)鍍銀厚度為50◆m普通鍍銀觸頭樣機(jī)做機(jī)械壽命對(duì)比試驗(yàn)。

在觸頭鍍銀時(shí)，同槽鍍與觸頭鍍銀層厚度相同的紫銅塊3塊。即1號(hào)觸頭及第1組樣塊進(jìn)行鍍硬銀10◆m處理，2號(hào)觸頭及第2組樣塊進(jìn)行鍍硬銀20◆m處理，3號(hào)觸頭及第3組樣塊進(jìn)行鍍硬銀30◆m處理。

2.2 硬度測(cè)量

觸頭及樣塊電鍍完成后，對(duì)樣塊鍍銀層進(jìn)行了表面顯微硬度檢測(cè)，每組3個(gè)樣塊顯微硬度基本一致。將鍍銀層厚度與硬度取平均值，電鍍樣塊鍍銀層厚度及硬度見(jiàn)表2。

表2 觸頭鍍硬銀后的厚度及硬度

從樣塊情況可知：

• 1）采用鍍硬銀工藝的鍍層，硬度大幅度提高。
• 2）隨著鍍層厚度的增加，硬度也在提高。
• 3）10◆m厚度的鍍硬銀工藝也能達(dá)到本次試驗(yàn)硬度高于120的目標(biāo)。

2.3 耐磨性對(duì)比

第2組樣塊及第3組樣塊的平均硬度均高于第1組樣塊，說(shuō)明相對(duì)第2組樣塊及第3組樣塊，第1組樣塊的耐磨性更差。因此選用第1組樣塊進(jìn)行高溫摩擦磨損試驗(yàn)，并與普通鍍銀樣塊的高溫摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，得到試驗(yàn)結(jié)果如下。試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)GB 12444.1—90。

圖1、圖2分別為普通鍍銀樣塊及鍍硬銀樣塊摩擦系數(shù)。從圖1可以看出，普通鍍銀樣塊在短時(shí)間內(nèi)摩擦系數(shù)立刻增大，且隨著時(shí)間變化摩擦系數(shù)不穩(wěn)定，說(shuō)明表面更易受到破壞變形。從圖2可以看出，鍍硬銀樣塊在一定的時(shí)間內(nèi)能維持穩(wěn)定較小的摩擦系數(shù)。結(jié)果說(shuō)明鍍硬銀樣塊具有更好的耐磨性，表面不易受到破壞。

圖1 普通鍍銀樣塊摩擦系數(shù)

圖3、圖4分別為普通鍍銀和鍍硬銀的磨痕圖。從圖3、圖4可以看出，相同摩擦下，鍍硬銀磨痕深度為15.24◆m，普通鍍銀磨痕深度為41.57◆m，鍍硬銀的磨痕遠(yuǎn)小于普通鍍銀磨痕，表明在鍍硬銀工藝下銀層硬度為車(chē)間常規(guī)工藝鍍銀層硬度的一倍左右，達(dá)到并超越了試驗(yàn)預(yù)期，完成了所有的技術(shù)準(zhǔn)備工作，之后進(jìn)行并通過(guò)了型式試驗(yàn)。

圖2 鍍硬銀樣塊摩擦系數(shù)

圖3 普通鍍銀磨痕圖

圖4 鍍硬銀磨痕圖

2.4 樣機(jī)機(jī)械壽命試驗(yàn)

根據(jù)GB 3309—89，將觸頭裝入試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行機(jī)械壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，觸頭試驗(yàn)后外觀情況良好，沒(méi)有出現(xiàn)磨透漏銅等現(xiàn)象。兩臺(tái)樣機(jī)觸頭對(duì)比，右側(cè)無(wú)編號(hào)觸頭統(tǒng)一為普通鍍銀50◆m，左側(cè)1、2、3號(hào)觸頭分別對(duì)應(yīng)硬銀10◆m、20◆m、30◆m，兩觸頭壽命試驗(yàn)后均保持了良好的鍍銀面外觀。

圖5 鍍硬銀觸頭（左）與普通鍍銀觸頭（右）進(jìn)行壽命試驗(yàn)后的形貌

2.5 回路電阻測(cè)量

根據(jù)GB/T 11022—1999進(jìn)行回路電阻測(cè)量，經(jīng)過(guò)機(jī)械壽命試驗(yàn)后，回路電阻值的變化也穩(wěn)定在合理范圍內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)電阻過(guò)大的情況，回路電阻試驗(yàn)合格。

表3 經(jīng)過(guò)壽命試驗(yàn)后觸頭電阻變化

3 結(jié)果與討論

本文經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，確定了鍍硬銀工藝對(duì)于高壓電氣隔離開(kāi)關(guān)的適用性和有效性，并通過(guò)機(jī)械壽命試驗(yàn)和回路電阻測(cè)量，證明了本文所用鍍硬銀工藝能夠滿足產(chǎn)品運(yùn)行的機(jī)械和電性能要求，若對(duì)工藝進(jìn)行推廣，則可達(dá)到提高生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品成本的預(yù)期目標(biāo)。

按126kV GIS1000U/年、252/363kV GIS500U/年計(jì)算，全年摩擦接觸面鍍銀面積約120000dm2。按實(shí)際鍍銀平均厚度50～80◆m降低至20～30◆m進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際降低鍍層厚度約40◆m，每年將減少銀板消耗約40◆m×120000dm2×0.1g/(dm2?◆m)=480kg，折合約200萬(wàn)元。按以上面積計(jì)算添加劑使用量約20萬(wàn)元，累計(jì)可節(jié)約成本180萬(wàn)元，綜合節(jié)約成本40%。

原有普通鍍銀工藝時(shí)間需要近4h，且均勻度低，易造成返工。若將鍍銀層厚度降低至20◆m，工藝時(shí)間僅需要2h，為鍍銀工藝提升生產(chǎn)效率一倍左右，能有效減少由于原工藝鍍銀層不均勻而造成的零件返工，降低成本。

4 結(jié)論

• 1）鍍硬銀工藝提高了銀層顯微硬度，同時(shí)提高了銀層的耐磨性能。

• 2）提高高壓電氣隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭的銀層硬度后，嘗試減薄銀層厚度并進(jìn)行了回路電阻試驗(yàn)與機(jī)械壽命試驗(yàn)，結(jié)果顯示減薄后的銀層滿足隔離開(kāi)關(guān)性能要求，且生產(chǎn)效率提升約一倍，成本降低約40%。
• 3）在GIS其他摩擦接觸零部件的鍍銀中，可根據(jù)各自產(chǎn)品的參數(shù)，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，確認(rèn)在保證機(jī)械壽命試驗(yàn)通過(guò)的前提下，降低鍍層厚度。