Фазлутдинов К.К.

06.12.2019 (обновленно 23.01.2020)

5074 просмотров

Гальванические покрытия в электротехнике

Содержание:

1. Что такое токоведущие шины

2. Коррозионная стойкость оловянированной и никелированной медной шины

3.Электропроводность

4. Уплотнение резьбовых контактов

5. Износостойкость

6. Внешний вид

1. Что такое токоведущие шины?

Токоведущие шины и шины заземления — чрезвычайно важные элементы современной электротехнической промышленности. Любой силовой агрегат содержит их в своем составе. Токоведущие шины, в основном, изготавливаются из меди и алюминия. Медь обладает наименьшим (из недрагоценных материалов) удельным сопротивлением, однако имеет и достаточно высокую цену. Алюминий является компромиссным вариантом по цене/качеству.

При использовании меди можно столкнуться с рядом проблем, таких как коррозионная устойчивость токоведущей (заземляющей) шины и допустимость контактов с другими материалами.

Так, например, контакт меди и алюминия недопустим по ряду причин:

• Алюминий больше склонен к окислению на воздухе, чем медь и его оксидная пленка хуже проводит электричество. В результате место контакта будет иметь значительное сопротивление. проходящий в цепи электрический ток еще больше ускоряет окисление алюминия.
• Место контакта меди и алюминия начинает сильно греться.
• Электропроводность при нагревании падает, при остывании — увеличивается. Появляется нестабильность электрического тока.
• Кроме этого, соединение меди и алюминия является коррозионно-активным очагом в присутствии влаги, т.к. алюминий - очень электроотрицательный металл, а медь — электроположительный. В результате при их контакте появляется коррозионная гальванопара, что укоряет окисление и разрушение контактов.

Все это может привести к чрезвычайным ситуациям и несчастным случаям при эксплуатации электрооборудования с незащищенными медными контактами и шинами, особенно при их сопряжении с алюминием.

Входом из данной ситуации является использование оловянного или никелевого покрытия на шинах и электрических контактах (лужение или никелирование). Рассмотрим в данной статье оловянирование и никелирование медных шин и преимущества покрытой шины перед непокрытой. 

2. Коррозионная стойкость оловянированной и никелированной медной шины.

Оловянное покрытие на медной токоведущей (заземляющей) шине является анодным (или протекторным) т.е. электрохимический потенциал олова отрицательнее, чем меди. Это означает, что в коррозионно-активной среде в первую очередь будет разрушаться олово и только после полного растворения олова на определенном участке будет повреждаться медь. Само по себе олово является достаточно стойким к коррозии металлом, поэтому применение оловянного покрытия на медной шине значительно увеличивает срок службы такой шины. Аналогию можно провести с оцинкованной сталью. В паре цинк-сталь цинк также является анодом и будет корродировать в первую очередь, защищая сталь.

Для увеличения коррозионной стойкости оловянного покрытия на медной шине покрытие осаждается из электролита с блескообразователями и легируется висмутом (т.е. осаждается сплав олово-висмут).

Коррозионная стойкость никелированной шины, безусловно, также высока, однако у нее есть недостаток. Оловянное покрытие (особенно блестящее) беспористое начиная с толщины 6 мкм, никелевое - с толщины 24 мкм. при средней требуемой толщине покрытия в 9-12 мкм олово будет иметь преимущество перед никелем. В то же время никелированная токоведущая шина все же лучше, чем шина вообще без покрытия.

3. Электропроводность оловянированной медной шины.

Несмотря на то, что покрытие олово-висмут хуже проводит электричество, чем чистая медь, но оно уверенно занимает второе место, если не считать покрытия драгоценными металлами. В совокупности с рядом других неоспоримых плюсов, покрытие оловом на токоведущих шинах предпочтительнее, чем, никелевое. Дело в том, что никелевое покрытие имеет прочную оксидную пленку на поверхности, что объясняет высокую коррозионную стойкость никеля. Однако, этот же факт является причиной сравнительно невысокой электропроводности никелевых покрытий, по сравнению с медью и оловом.  

4. Уплотнение резьбовых контактов на оловянированной медной шине.

Интересным свойством покрытия олово-висмут в контактных отверстиях на токоведущих (заземляющих) шинах является свойство уплотнителя. Олово — мягкий пластичный металл, который. легко может уплотнять как резьбовые, так и нерезьбовые контакты. Уплотненные контакты, соответственно, более надежны, а сопротивление в них - ниже. Применение никеля не будет давать такого эффект уплотнения. 

5. Износостойкость оловянированной и никелированной медной шины.

Единственным серьезным недостатком оловянированной токоведущей (заземляющей) шины перед никелированной является низкая износостойкость. Однако, стоит заметить, что наличие хоть какого-то покрытия всегда увеличивает износостойкость изделия, в большей или меньшей степени. Использование же износостойких покрытий оправдано только в том случае, если на шине используются разъемные контакты, либо если покрытие наносится непосредственно на разъемный контакт. В данном аспекте никелевое покрытие - вне конкуренции.

 6. Декоративный вид оловянированной и никелированной медной шины.

Сегодня многим потребителям важен внешний вид изделия, пусть даже и технического назначения. Оловянное покрытие на токоведущей шине будет выглядеть не так эффектно, как никелевое. Олово похоже на серебро, хотя его и можно осадить в достаточно блестящем исполнении. Никель же можно осадить в практически зеркальном виде.