继电器触头的电蚀机理研究
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开关按钮的行程
卜 一 澎 曳圈电流
图 １ ａ （）金属相电弧下的材料转移
３ — ０
图 ２ 弹Ａ过程 简图
Ｄ Ｎ Ｉ Ｎ ＩＫ Ｋ Ｏ Ｉ Ｙ Ｈ Ａ Ｊ Ｇ Ｉ Ｎ Ｉ ＺＣ Ａ Ｐ ＥＡ Ｘ Ｇ Ｕ ＮＩ Ｓ Ｙ Ａ Ｈ Ｎ Ｎ Ｕ Ｎ ＨＡ
第 ３期
李海军等 ：继 电器触头的电蚀机理研究
质量损失用下式表示 ：
质量损失总和： 输入电 ｆ （ 触头的总功率） 可以看出，电触头总的质量损失是以下各种因
素共同作用的结果 ：
在电弧过程中，电弧— 电弧头表面和各种空 气成分之间将会发生许多不同的反应百度文库如图３ 所 示。炽热的电触头表面将会生成氧化物、氮化物和 水蒸气， 还可能形成硫酸盐和盐酸盐， 使触头表面
极的能量。因而金属相阶段， 触头材料由阳极到阴 极转移，如图 １ ）所示。 （ ａ
当触头进一步打开，周围空气渗人到电弧间 隙， 并游离形成正的气体离子。由于这时气体离子
控制了电弧放电过程，这一阶段被称为气相电弧。
在气相电弧阶段， 起主要作用的是气体离子、 气体
分子、气体原子和金属原子。气体阳离子在电场力
电子产 品可 靠 性 与 环 境试 验
２０ 年 ０５
继电器工作一段时间以后， 触头表面逐渐失去 光泽而呈暗褐色， 从外观上看似乎平整光滑， 但从 微观上看，表面几何形貌是凹凸不平的。将其放在 显微镜下观察， 会发现它的表面深浅不一，出现大 量呈一定形状分布的微小斑坑， 这些斑坑的特点是
具有光滑的边缘和熔融的放电外貌。有时也可观察 到触头表面出现大面积灼伤的痕迹，具有回火色边 缘。这些均是继电器触头在电蚀过程中发生材料转 移和熔融喷溅的结果。
率， 使继电器触头温度迅速升高，喷溅加剧 （ 特别
图 ３ 在 电弧作用条件下电触头和周 围大气可能发生的反应
图 ４ 电弧作 用下继 电器触 头之 间的能量平衡及 电蚀作 用
Ｄ Ｎ Ｉ Ｎ Ｉ Ｋ Ｋ Ｏ Ｉ Ｙ Ｈ Ａ Ｊ Ｇ Ｉ Ｎ— Ｉ ＺＣ Ａ Ｐ ＥＡ Ｘ Ｇ Ｕ ＮＩ Ｓ Ｙ Ａ Ｈ Ｎ Ｎ Ｕ Ｎ ＨＡ
熔融而喷溅， 这种现象在电感电路中尤为明显。 ｂ ）闭合状态 闭合状态是继电器的静止状态，主要是长期的
变化过程所起的作用。由于继电器触头表面不可能
像镜面那样平整，因此， 在接触载荷作用下，接触
最初只发生在突起的少数几个微小尖峰上。当电流
严重时甚至可使触点粘接） 。 Ｃ ）断开过程 在触头断开过程中， 衔铁与静触点的距离逐渐 增大，接触力减小，导通面积也减小， 接触电阻相 应地增大， 在接触最后分离前的一瞬间，全部能量 集中释放在最后离开的那个微小区域上， 使其周围
逐渐失去光泽并变得粗糙和呈暗褐色。接触面的这
１ ）弧根处金属蒸汽的蒸发 ；
２ ）弧根处喷溅出的 金属液滴； ３ ）电触头表面发生再沉积作用的金属； ４ ｝从异极触头沉积下来的金属。
些物质的导电性很差， 甚至不能导电，由于这种原
因而增加的接触电阻被称为膜电阻。膜电阻使接触 电阻进一步升高，当电流流过时， 会消耗一定的功
用的是金属离子 、金属原子、由阴极发射的电子以
３ 熔融喷溅 ． ２
喷溅是触头在大电流条件下，受电弧一热力的 作用， 表面发生熔化， 液态金属以小液滴的形式从
继电器触头飞溅出去的现象。按继电器的工作状态
及与金属蒸气发生非弹性碰撞激发的电子，放电主 要是由金属离子形成，因而被称为金属相电弧。在 电场力的作用下，电子和金属阴离子都获得能量并 轰击阳极表面， 使阳极材料损失；同时电子把自 身
的温度迅速上升到金属的沸点而引起爆式汽化。如
由金属导体流经这些实际接触点时，就会出现严重 的电流密度增大，即相当于导电的截面积减小， 接 触电阻增大，这种增加的电阻被称为收缩电阻。收
缩电 存在， 阻的 会产生大量的热能而使尖峰发生弹
性形变，紧接着部分发生塑性变形。继电器触头逐 渐具备了产生喷溅的两个前提条件 ： １ ）触头表面形成熔池； ２ ）有液态金属流动。 电弧的热作用使触头熔化形成熔池，而作用于
１ 引言
继电器是一种广泛应用于国防 、工业 自动化
弧或火花等原因引起的电侵蚀，其后果是使触头
的厚度减小 、接触压力下降、接触电阻增大 、电
领域的电子元器件 ，承担转接、隔离、接通和分
断 Ａ ＼Ｃ的任务，其工作状态的好坏，直接影响 ＣＤ 到整个电气系统的运行，而触头作为继电器的重 要部位 ，非常容易受到侵蚀破坏。触头侵蚀 （ 又 称触头磨损）分机械侵蚀、化学侵蚀和电侵蚀 ３ 种，是触头在分断或闭合过程中，由于机械撞击
和磨擦 、化学腐蚀 以及 电弧与火花烧蚀造成触头 金属损失或材料转移的现象 。本文着重研究 由电
收稿 日期
作 者简 介
２０－２０ ０ ４ １－ ９
寿命减少， 严重时甚至造成触点无法工作。因此 ， 研究其形成机理对于增加使用寿命，改进产品设 计具有重要的意义。
２ 电蚀现象的确认
根据对电蚀机理的研究 ，继电器触头电蚀是 。 客观存在的，具有一定的普遍性，只不过有时电 蚀不严重，机械侵蚀和化学侵蚀 占了主导地位， ’ 电蚀现象被掩盖， 不易被发现。
值。随后一个很小的电流通过也会导致触头的温度
１ ）由于继电器的密封程度有限，空气中尘埃、 水汽、纤维、 其它有机物等附着于触点上； ２ ）受大气中氧、硫等无机气体以及线圈绝缘 材料、 胶木件等发出的有机气体的化学作用，导致
电触头表面活化。
升高，自 然会引起喷溅现象的发生，图４ 总结了与 触头电弧作用侵蚀量相关的诸多因素。 原则上， 可以将每次操作过程中电触头材料的
果原来流经触头的电流或电压超过某一临界值，在 充满高温金属蒸汽的条件下，触头间隙中可能在 ｔ＇ ｏｓ 以内就形成电弧，这种因触头断开而引燃的
电弧被称为拉弧。拉弧开始引燃时的电压只有几十
伏， 但随着触头的继续分离，电弧被拉长，使其电 压升高，升到一定程度后才熄灭。如果触头间的分 开距离不够大，分离速度不够快， 拉弧将会持续燃 烧一段时间， 使表面聚集大量的热能而引发触头材
３ ｙ
电子产 品可靠性与环境试验
２０ 年 ０５
４ 电蚀的影响因素
继电器触头电蚀的影响因素按其性质来分， 有机械因素、电气因素、材料因素和环境因素，
本文着重阐述前三者的影响。 ４１机械因素 ．
相应的灭弧措施， 则事半功倍； 否则事倍功半。
４ 材料因素 ． ３
ａ ）材料的物理、化学性质参数
继电器触头的电蚀机理研究
李海军，孙秀霞
（ 空军工程大学工程学院，陕西 西安 ７０３ ） １０８
摘 忆
Ｊ Ｒ Ｎ １ ７ ｂ
ｆ ｍｔ＊｝ 纂粼 嘉ｔ Ｐ＞Ｒ ＇ ａ粼Ｅ ｔ ｉＭ Ｆｋｎ ｔ， １ｔＩ ｒ ｋ，ｇ Ａ ＇ ｔ ｉ － ｝ － － Ｔ ｔ ｆ ｌ ｋ 纂Ｒ＃ ｋ Ｏ Ｗ （， ｝ ７ １ ＝
ｅ ｂ ｈ ａ ｍ ｃａｉ ｓ ｅ ｃ ｏｅ ｔ ｉ ｔ ｎｆ ａｄ ｉ ｓｕｔｒ ｇｗ ｒ ｄ ｓｒ ｅ ． ｒｅ ａｎ ｃｏｓ ｅｈｎ ｍ ｏ ｌ ｔ ｄ ｍ ｅ ａ ｒ ｓ ｒ ｆ ｎ ｐ ｔ ｉ ｅｅ ｃｉ ｄ Ｔ ｅ ｍ ｉ ｆ ｔｒ ｓ ｆ ｒ ｅ ａ ｒ ｌ ｅ ｎ ｕ ｇ ａ ｓ ｅｎ ａ ｉ ｒｄ ｃｄ ａｄ ｓｍｅ ｏｅ ｔ ｅ ｎ ｏｕｅ ， ｏ ｐ ｔｃｉ ｔ ｎ ｏ ｅｏｉ ，ｉ ． ｍ ｃａｉ ｌ ｔｉａ ａ ｄ ｔｒａ ｆｃｏｓ ｆ ｓ ｎ ．， ｈｎ ａ ｅｅ ｒ ｌ ｍａｅｉｌ ｔｒ ｒ ｏ ｅ ｅ ｃ ， ｌｃ ｃ ｎ ｒ ｖ
、 材料因家，以及针对这些因 、 采取的相应保护 常 应
中图分类号： Ｍ Ｔ ５ ８
文献标识码： Ａ
文章编号：革 －４昌但卯与 ３０２－４ 印之５石一 ）０－０９０ －
Ｒｅｅ ｒ ｈ ｔ ｅ ｅ ｈ ｎｓ ｏ ｓａ ｃ ｏ ｈ ｍ ｃ ａ ｉ ｎ ｍ ｆ
ｉ ｅｅ ｔｉ ｅｒｏｓ ｏｎ ｌｃｒｃ
ｆｒ ａｓ ｏ ｒｌ ｅｙ
Ｌ Ｈ ｉ ｕ ， Ｎ ｕｘ ｌ 一 ｎ Ｓ Ｘ －ｉ ａ Ｕ ｉ ａ
（ ｌｇ ｏＥｇ ｅｒ ｇ Ａ Ｅ ， ｉ ｎ ０８ Ｃｉ ） Ｃ ｌ ｅ ｎｉ ｅｎ， Ｕ Ｘ ＇ ７０３ ， ｈ ａ ｏｅ ｆ ｎ ｉ Ｆ ａ １ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ ｏｔ ｔ ｏｓｉｏｎ ｏ ｒａ ｄｅ ａ ａｄ ｒ ｉ ａ ｊ ｆｌ ｅ ｄ ｏ ｒ ａ． ｓｒ ｃ ：Ｃ ｎ ｃ ｅｒ ａ ｉ ｌ ｈ ｆ ｙ ｔ ｒ ｎ ｓａ ｓ ｍ ｏ ａｕ ｍ ｅ ｅ ｙ Ｔ ｅ ｅ ｕ ｏ ｌ ｃ ｐ ｋ ａ ｒ ｒ ｏ ｆ
３ 电蚀机理分析
电触头在接触和分断过程中，触头之间将产生 电弧。尤其是对于继电器产品，由于大多数是在大 容量电容或电感条件下工作， 介质强度恢复较慢或
作用下加速并轰击阴极时，阴极表面发生了熔融金 属的飞溅，这些飞溅的微粒能量很大，能飞向阳 极。当阳极熔融金属粘度很大时，这些飞溅的微粒 就会沉积在阳极表面，于是触头材料由阴极到阳极 转移，如图 １ ）所示。 （ ｂ
间隙） ，加在两触点之间的电势会击穿介质而产生
于电子，因此，金属离子的速度比电子小得多，导
致金属阳离子轰击阴极表面的能量小于电子轰击 阳
电弧， 这种现象被称为触点闭合时预击穿。预击穿 过程中电弧存在的时间虽短， 但触头弹跳过程中的 冲击电流或短路电流往往很大， 实验表明可达额定 值的６１ 倍， －２ 尽管触头和回路中的电阻产生了一 定的抑制作用，但其能量仍然足以使触头材料发生
ａ ｔ ｎ ａ ａ ｓ ｅｏｉｎ ｒ ｐｅｅ ｔｄ ｃｉ ｓ ｉ ｔ ｓ ｗ ｅ ｒｓｎｅ ． ｏ ｇｎ ｒ ｏ ｅ
ａ ｉ ｔ ｎｆ ； ｐ ｔ ｉ ｅａ ｒ ｅ ａ ｅｎ Ｋ ｙ ｒ ： ｏ ａ ｏｒａ ｅｃｉ ｏ ｉ ｓ ｃ ｔｔ ｌ ； ｌｔ ｅｒ ｓｏｎ； ｍ ｔｒ ｌ ｓ ｒ ｓｕｔｒ ｇ ｅｗ ｄ ｏ ｎｃ ｆ ｅｙ ｅｒ ｃ
的能量传递给阳极表面的金属原子。当能量足够大
分闭合过程、闭合状态和断开过程， 说明喷溅形成
机理。
时， 会使这些金属原子在电场力的作用下向阴极运
动并沉积在阴极表面。由于金属离子的质量远远大
ａ ）闭合过程 触头闭合过程中， 衔铁向静触头运动，一般会 出现弹跳现象，可用典型的波形图说明，如图２ 所 示。当衔铁与静触头接触以前 （ 此时还有一段微小
料的熔融与喷溅。 每次电弧作用时， 触头表面都有大量的面积被
熔池的电磁力则驱使液态金属流动， 形成流速场。
当液态金属的流速超过一定值时， 便以小液滴的形 式从触头间飞散出去，产生喷溅。 另外， 对于在空气中工作的继电器， 触头的表
面结构可能发生复杂的变化 ：
破坏， 新的表面被形成， 这将保持一定的接触电阻
过压水平过高， 所以触头间容易产生燃弧，出现持
续燃烧的现象。电弧将产生巨大的能量，甚至能迅 速破坏电气绝缘，造成严重的后果。由电弧引起材
料转移和熔融喷溅是造成继电器触头电蚀的两大主 要原因。 ３１ 材料转移 ．
芍芍
图 １ （）气相电弧下的材料转移 ｂ
以触头断开的过程为例，当触头开始打开，由 于接触电阻的增大，触头表面温度升高，使接触表 面金属熔化而形成金属桥； 进一步打开，间隙中的 触头金属蒸气被游离而出现电弧放电， 该阶段起作
修 回 日期 ：２０ － ５ ０ ０５ ０－ ８
李海军 （９９ ） 男，湖北黄冈人 ，空军工程大学工程学院硕士研究生，研究方向为航空检测技术及其 自动化。 １７－ ，
２ ９
Ｄ Ｎ Ｉ Ｎ Ｉ Ｋ Ｋ Ｏ ＩＧ Ｈ Ａ Ｊ Ｇ Ｉ Ｎ— Ｉ Ｚ Ｃ Ａ Ｐ ＥＡ Ｘ Ｙ Ｕ ＮＩ Ｓ Ｙ Ａ Ｈ Ｎ Ｎ Ｕ Ｎ ＨＡ
触头材料的熔点、沸点、导热系数、相变越
ａ ）触头工作次数
触头侵蚀会随着工作次数的增加而增加。当
电流Ｉ １０ ＞ Ａ时， ０ 侵蚀量与工作次数的关系可用
如下经验公式计算 ：
卜 一 澎 曳圈电流
图 １ ａ （）金属相电弧下的材料转移
３ — ０
图 ２ 弹Ａ过程 简图
Ｄ Ｎ Ｉ Ｎ ＩＫ Ｋ Ｏ Ｉ Ｙ Ｈ Ａ Ｊ Ｇ Ｉ Ｎ Ｉ ＺＣ Ａ Ｐ ＥＡ Ｘ Ｇ Ｕ ＮＩ Ｓ Ｙ Ａ Ｈ Ｎ Ｎ Ｕ Ｎ ＨＡ
第 ３期
李海军等 ：继 电器触头的电蚀机理研究
质量损失用下式表示 ：
质量损失总和： 输入电 ｆ （ 触头的总功率） 可以看出，电触头总的质量损失是以下各种因
素共同作用的结果 ：
在电弧过程中，电弧— 电弧头表面和各种空 气成分之间将会发生许多不同的反应百度文库如图３ 所 示。炽热的电触头表面将会生成氧化物、氮化物和 水蒸气， 还可能形成硫酸盐和盐酸盐， 使触头表面
极的能量。因而金属相阶段， 触头材料由阳极到阴 极转移，如图 １ ）所示。 （ ａ
当触头进一步打开，周围空气渗人到电弧间 隙， 并游离形成正的气体离子。由于这时气体离子
控制了电弧放电过程，这一阶段被称为气相电弧。
在气相电弧阶段， 起主要作用的是气体离子、 气体
分子、气体原子和金属原子。气体阳离子在电场力
电子产 品可 靠 性 与 环 境试 验
２０ 年 ０５
继电器工作一段时间以后， 触头表面逐渐失去 光泽而呈暗褐色， 从外观上看似乎平整光滑， 但从 微观上看，表面几何形貌是凹凸不平的。将其放在 显微镜下观察， 会发现它的表面深浅不一，出现大 量呈一定形状分布的微小斑坑， 这些斑坑的特点是
具有光滑的边缘和熔融的放电外貌。有时也可观察 到触头表面出现大面积灼伤的痕迹，具有回火色边 缘。这些均是继电器触头在电蚀过程中发生材料转 移和熔融喷溅的结果。
率， 使继电器触头温度迅速升高，喷溅加剧 （ 特别
图 ３ 在 电弧作用条件下电触头和周 围大气可能发生的反应
图 ４ 电弧作 用下继 电器触 头之 间的能量平衡及 电蚀作 用
Ｄ Ｎ Ｉ Ｎ Ｉ Ｋ Ｋ Ｏ Ｉ Ｙ Ｈ Ａ Ｊ Ｇ Ｉ Ｎ— Ｉ ＺＣ Ａ Ｐ ＥＡ Ｘ Ｇ Ｕ ＮＩ Ｓ Ｙ Ａ Ｈ Ｎ Ｎ Ｕ Ｎ ＨＡ
熔融而喷溅， 这种现象在电感电路中尤为明显。 ｂ ）闭合状态 闭合状态是继电器的静止状态，主要是长期的
变化过程所起的作用。由于继电器触头表面不可能
像镜面那样平整，因此， 在接触载荷作用下，接触
最初只发生在突起的少数几个微小尖峰上。当电流
严重时甚至可使触点粘接） 。 Ｃ ）断开过程 在触头断开过程中， 衔铁与静触点的距离逐渐 增大，接触力减小，导通面积也减小， 接触电阻相 应地增大， 在接触最后分离前的一瞬间，全部能量 集中释放在最后离开的那个微小区域上， 使其周围
逐渐失去光泽并变得粗糙和呈暗褐色。接触面的这
１ ）弧根处金属蒸汽的蒸发 ；
２ ）弧根处喷溅出的 金属液滴； ３ ）电触头表面发生再沉积作用的金属； ４ ｝从异极触头沉积下来的金属。
些物质的导电性很差， 甚至不能导电，由于这种原
因而增加的接触电阻被称为膜电阻。膜电阻使接触 电阻进一步升高，当电流流过时， 会消耗一定的功
用的是金属离子 、金属原子、由阴极发射的电子以
３ 熔融喷溅 ． ２
喷溅是触头在大电流条件下，受电弧一热力的 作用， 表面发生熔化， 液态金属以小液滴的形式从
继电器触头飞溅出去的现象。按继电器的工作状态
及与金属蒸气发生非弹性碰撞激发的电子，放电主 要是由金属离子形成，因而被称为金属相电弧。在 电场力的作用下，电子和金属阴离子都获得能量并 轰击阳极表面， 使阳极材料损失；同时电子把自 身
的温度迅速上升到金属的沸点而引起爆式汽化。如
由金属导体流经这些实际接触点时，就会出现严重 的电流密度增大，即相当于导电的截面积减小， 接 触电阻增大，这种增加的电阻被称为收缩电阻。收
缩电 存在， 阻的 会产生大量的热能而使尖峰发生弹
性形变，紧接着部分发生塑性变形。继电器触头逐 渐具备了产生喷溅的两个前提条件 ： １ ）触头表面形成熔池； ２ ）有液态金属流动。 电弧的热作用使触头熔化形成熔池，而作用于
１ 引言
继电器是一种广泛应用于国防 、工业 自动化
弧或火花等原因引起的电侵蚀，其后果是使触头
的厚度减小 、接触压力下降、接触电阻增大 、电
领域的电子元器件 ，承担转接、隔离、接通和分
断 Ａ ＼Ｃ的任务，其工作状态的好坏，直接影响 ＣＤ 到整个电气系统的运行，而触头作为继电器的重 要部位 ，非常容易受到侵蚀破坏。触头侵蚀 （ 又 称触头磨损）分机械侵蚀、化学侵蚀和电侵蚀 ３ 种，是触头在分断或闭合过程中，由于机械撞击
和磨擦 、化学腐蚀 以及 电弧与火花烧蚀造成触头 金属损失或材料转移的现象 。本文着重研究 由电
收稿 日期
作 者简 介
２０－２０ ０ ４ １－ ９
寿命减少， 严重时甚至造成触点无法工作。因此 ， 研究其形成机理对于增加使用寿命，改进产品设 计具有重要的意义。
２ 电蚀现象的确认
根据对电蚀机理的研究 ，继电器触头电蚀是 。 客观存在的，具有一定的普遍性，只不过有时电 蚀不严重，机械侵蚀和化学侵蚀 占了主导地位， ’ 电蚀现象被掩盖， 不易被发现。
值。随后一个很小的电流通过也会导致触头的温度
１ ）由于继电器的密封程度有限，空气中尘埃、 水汽、纤维、 其它有机物等附着于触点上； ２ ）受大气中氧、硫等无机气体以及线圈绝缘 材料、 胶木件等发出的有机气体的化学作用，导致
电触头表面活化。
升高，自 然会引起喷溅现象的发生，图４ 总结了与 触头电弧作用侵蚀量相关的诸多因素。 原则上， 可以将每次操作过程中电触头材料的
果原来流经触头的电流或电压超过某一临界值，在 充满高温金属蒸汽的条件下，触头间隙中可能在 ｔ＇ ｏｓ 以内就形成电弧，这种因触头断开而引燃的
电弧被称为拉弧。拉弧开始引燃时的电压只有几十
伏， 但随着触头的继续分离，电弧被拉长，使其电 压升高，升到一定程度后才熄灭。如果触头间的分 开距离不够大，分离速度不够快， 拉弧将会持续燃 烧一段时间， 使表面聚集大量的热能而引发触头材
３ ｙ
电子产 品可靠性与环境试验
２０ 年 ０５
４ 电蚀的影响因素
继电器触头电蚀的影响因素按其性质来分， 有机械因素、电气因素、材料因素和环境因素，
本文着重阐述前三者的影响。 ４１机械因素 ．
相应的灭弧措施， 则事半功倍； 否则事倍功半。
４ 材料因素 ． ３
ａ ）材料的物理、化学性质参数
继电器触头的电蚀机理研究
李海军，孙秀霞
（ 空军工程大学工程学院，陕西 西安 ７０３ ） １０８
摘 忆
Ｊ Ｒ Ｎ １ ７ ｂ
ｆ ｍｔ＊｝ 纂粼 嘉ｔ Ｐ＞Ｒ ＇ ａ粼Ｅ ｔ ｉＭ Ｆｋｎ ｔ， １ｔＩ ｒ ｋ，ｇ Ａ ＇ ｔ ｉ － ｝ － － Ｔ ｔ ｆ ｌ ｋ 纂Ｒ＃ ｋ Ｏ Ｗ （， ｝ ７ １ ＝
ｅ ｂ ｈ ａ ｍ ｃａｉ ｓ ｅ ｃ ｏｅ ｔ ｉ ｔ ｎｆ ａｄ ｉ ｓｕｔｒ ｇｗ ｒ ｄ ｓｒ ｅ ． ｒｅ ａｎ ｃｏｓ ｅｈｎ ｍ ｏ ｌ ｔ ｄ ｍ ｅ ａ ｒ ｓ ｒ ｆ ｎ ｐ ｔ ｉ ｅｅ ｃｉ ｄ Ｔ ｅ ｍ ｉ ｆ ｔｒ ｓ ｆ ｒ ｅ ａ ｒ ｌ ｅ ｎ ｕ ｇ ａ ｓ ｅｎ ａ ｉ ｒｄ ｃｄ ａｄ ｓｍｅ ｏｅ ｔ ｅ ｎ ｏｕｅ ， ｏ ｐ ｔｃｉ ｔ ｎ ｏ ｅｏｉ ，ｉ ． ｍ ｃａｉ ｌ ｔｉａ ａ ｄ ｔｒａ ｆｃｏｓ ｆ ｓ ｎ ．， ｈｎ ａ ｅｅ ｒ ｌ ｍａｅｉｌ ｔｒ ｒ ｏ ｅ ｅ ｃ ， ｌｃ ｃ ｎ ｒ ｖ
、 材料因家，以及针对这些因 、 采取的相应保护 常 应
中图分类号： Ｍ Ｔ ５ ８
文献标识码： Ａ
文章编号：革 －４昌但卯与 ３０２－４ 印之５石一 ）０－０９０ －
Ｒｅｅ ｒ ｈ ｔ ｅ ｅ ｈ ｎｓ ｏ ｓａ ｃ ｏ ｈ ｍ ｃ ａ ｉ ｎ ｍ ｆ
ｉ ｅｅ ｔｉ ｅｒｏｓ ｏｎ ｌｃｒｃ
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Ｌ Ｈ ｉ ｕ ， Ｎ ｕｘ ｌ 一 ｎ Ｓ Ｘ －ｉ ａ Ｕ ｉ ａ
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３ 电蚀机理分析
电触头在接触和分断过程中，触头之间将产生 电弧。尤其是对于继电器产品，由于大多数是在大 容量电容或电感条件下工作， 介质强度恢复较慢或
作用下加速并轰击阴极时，阴极表面发生了熔融金 属的飞溅，这些飞溅的微粒能量很大，能飞向阳 极。当阳极熔融金属粘度很大时，这些飞溅的微粒 就会沉积在阳极表面，于是触头材料由阴极到阳极 转移，如图 １ ）所示。 （ ｂ
间隙） ，加在两触点之间的电势会击穿介质而产生
于电子，因此，金属离子的速度比电子小得多，导
致金属阳离子轰击阴极表面的能量小于电子轰击 阳
电弧， 这种现象被称为触点闭合时预击穿。预击穿 过程中电弧存在的时间虽短， 但触头弹跳过程中的 冲击电流或短路电流往往很大， 实验表明可达额定 值的６１ 倍， －２ 尽管触头和回路中的电阻产生了一 定的抑制作用，但其能量仍然足以使触头材料发生
ａ ｔ ｎ ａ ａ ｓ ｅｏｉｎ ｒ ｐｅｅ ｔｄ ｃｉ ｓ ｉ ｔ ｓ ｗ ｅ ｒｓｎｅ ． ｏ ｇｎ ｒ ｏ ｅ
ａ ｉ ｔ ｎｆ ； ｐ ｔ ｉ ｅａ ｒ ｅ ａ ｅｎ Ｋ ｙ ｒ ： ｏ ａ ｏｒａ ｅｃｉ ｏ ｉ ｓ ｃ ｔｔ ｌ ； ｌｔ ｅｒ ｓｏｎ； ｍ ｔｒ ｌ ｓ ｒ ｓｕｔｒ ｇ ｅｗ ｄ ｏ ｎｃ ｆ ｅｙ ｅｒ ｃ
的能量传递给阳极表面的金属原子。当能量足够大
分闭合过程、闭合状态和断开过程， 说明喷溅形成
机理。
时， 会使这些金属原子在电场力的作用下向阴极运
动并沉积在阴极表面。由于金属离子的质量远远大
ａ ）闭合过程 触头闭合过程中， 衔铁向静触头运动，一般会 出现弹跳现象，可用典型的波形图说明，如图２ 所 示。当衔铁与静触头接触以前 （ 此时还有一段微小
料的熔融与喷溅。 每次电弧作用时， 触头表面都有大量的面积被
熔池的电磁力则驱使液态金属流动， 形成流速场。
当液态金属的流速超过一定值时， 便以小液滴的形 式从触头间飞散出去，产生喷溅。 另外， 对于在空气中工作的继电器， 触头的表
面结构可能发生复杂的变化 ：
破坏， 新的表面被形成， 这将保持一定的接触电阻
过压水平过高， 所以触头间容易产生燃弧，出现持
续燃烧的现象。电弧将产生巨大的能量，甚至能迅 速破坏电气绝缘，造成严重的后果。由电弧引起材
料转移和熔融喷溅是造成继电器触头电蚀的两大主 要原因。 ３１ 材料转移 ．
芍芍
图 １ （）气相电弧下的材料转移 ｂ
以触头断开的过程为例，当触头开始打开，由 于接触电阻的增大，触头表面温度升高，使接触表 面金属熔化而形成金属桥； 进一步打开，间隙中的 触头金属蒸气被游离而出现电弧放电， 该阶段起作
修 回 日期 ：２０ － ５ ０ ０５ ０－ ８
李海军 （９９ ） 男，湖北黄冈人 ，空军工程大学工程学院硕士研究生，研究方向为航空检测技术及其 自动化。 １７－ ，
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Ｄ Ｎ Ｉ Ｎ Ｉ Ｋ Ｋ Ｏ ＩＧ Ｈ Ａ Ｊ Ｇ Ｉ Ｎ— Ｉ Ｚ Ｃ Ａ Ｐ ＥＡ Ｘ Ｙ Ｕ ＮＩ Ｓ Ｙ Ａ Ｈ Ｎ Ｎ Ｕ Ｎ ＨＡ
触头材料的熔点、沸点、导热系数、相变越
ａ ）触头工作次数
触头侵蚀会随着工作次数的增加而增加。当
电流Ｉ １０ ＞ Ａ时， ０ 侵蚀量与工作次数的关系可用
如下经验公式计算 ：