Покрытие сплавами медных шин, оловянирование

Токоведущие шины и шины заземления – чрезвычайно важные элементы 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 и достаточно высокую цену. Алюминий является компромиссным вариантом цена/качество.

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

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 соединения 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/лужение медных шин и преимущества покрытой шины перед непокрытой.

Коррозионная стойкость луженой 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. 

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

 Оловянное покрытие (особенно блестящее) беспористое начиная с толщины 6 мкм. 

Электропроводность луженой медной шины

Несмотря на то, что олово хуже проводит электричество, чем чистая медь, оно уверенно занимает второе место, если не считать покрытия драгоценными металлами). 

Уплотнение резьбовых контактов на луженой медной шине

Интересным свойством покрытия оловом 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. 

Сплавы, применяемые для оловянирования/лужения медных шин

Сплавы Sn-Pb (олово-свинец) с содержанием олова 10…60% применяются в электронной, радиотехнической и приборостроительной промышленности. Они хорошо паяются и сохраняют способность к пайке, в отличие от оловянных покрытий, в течение длительного времени. Способность к пайке и длительность сохранения этого свойства повышается при оплавлении. Сплавы Sn-Pb – мягкие, пластичные. Они менее склонны к образованию игл. При образовании гальванических пар они катодны по отношению к железу и анодны по отношению к меди.

Покрытия сплавом Sn-Pb наносят на медную шину непосредствено. Они могут быть использованы для всех условий эксплуатации, включая ОЖ – очень жесткие. (Защитные покрытия по условиям эксплуатации делят на группы легкие — Л средние — С жесткие — Ж очень жесткие — ОЖ. Эти покрытия классифицируют по способу получения, материалу, физико-химическим и декоративным свойствам. Технология нанесения покрытий и методы контроля их качества приведены в ГОСТ 16976—71. ) Сплавы Sn — Pb с содержанием 5…11% олова применяются как антифрикционные в условиях сухого и полусухого трения.

Толщина слоя для условий Л (легкие) – 6…9 мкм, для условий С и Ж (средние и жесткие)- 18…20 мкм.

Сплавы Sn-Bi (олово-висмут) с содержанием висмута 0,5…2,0% применяются в электронной, радиотехнической и приборостроительной промышленности. Сплав хорошо паяется и длительное время сохраняет способность к пайке. Сплав Sn-Bi менее склонен к образованию игл чем олово.

Достоинства оловянного покрытия (олово-висмут) длинномерных медных шин:

а) Оловянное покрытие в атмосферных условиях является анодным по отношению к меди и ее сплавам, поэтому защита сплавом олово-висмут позволяет значительно увеличить коррозионную стойкость покрытых изделий. Увеличение коррозионной стойкости дает также осаждение блестящего оловянного покрытия вместо матового, что объясняется меньшей пористостью блестящих покрытий.

б) Покрытие олово-висмут значительно повышает паяемость поверхностей медных деталей. Блестящее покрытие сохраняет эту способность более длительное время, чем матовое, а легирование покрытия висмутом позволяет сохранить способность к пайке дольше одного года.

в) Покрытие олово-висмут устойчиво к воздействию серосодержащих соединений и может применяться на деталях, контактирующих со всеми видами пластмасс и резин.

г) Оловянное покрытие обладает хорошим сцеплением с основным металлом, эластичностью, выдерживает изгиб, вытяжку, развальцовку, штамповку, прессовую посадку, хорошо сохраняется при свинчивании, герметизирует резьбовые соединения. 
д) Блестящее оловяное покрытие беспористо при толщине слоя больше 5 мкм (матовое покрытие оловом значительно пористо). Пористость покрытий с толщиной до 5 мкм может быть снижена оплавлением.
е) Легирование висмутом (0,5-2%) позволяет предотвратить “иглообразование”, а также позволяет избежать разрушения покрытия при эксплуатации ниже минус 30°С. Разрушение оловянных покрытий БЕЗ висмута происходит вследствие перехода компактного белого олова (β-Sn) в порошкообразное серое олово (α-Sn) («оловянная чума»).

Недостатки оловянного покрытия (олово-висмут) на меди, латуни, бронзе:

а) Низкая износостойкость.

б) Более низкая, по сравнению с олово-свинцом пластичность.

в) Более низкие, по сравнению с олово-свинцом и свинцом антифрикционные свойства.

г) Наличие в составе висмута не позволяет использовать покрытие в пищевых целях.

д) Покрытие нестойко в щелочной среде.

Популярные товары

Шины медные гибкие изолированные ШМГИ

Шины медные плетеные ШМП

Шины медные гибкие пластинчатые

X