為減少燃料的使用，增加人員乘坐的安全性和舒適性，車上所需電子裝置和控制裝置越來越多，這些電子裝置和控制裝置大都使用機電式的繼電器接通、斷開和轉(zhuǎn)換負載。因而機電式的繼電器在汽車上的作用越來越重要。如果在整車設(shè)計時選擇的繼電器不當，將會帶來很大的問題：如繼電器的早期失效增多，帶來大量的售后維修工作，嚴重的可能對駕乘人員的安全造成危害。

據(jù)統(tǒng)計，繼電器失效有60%是由于觸點失效引起的，需要引起高度重視的是其中由于觸點材料選擇不當而造成的繼電器失效比例約占其中50%。本文將分析汽車上典型負載的特點，比較不同類型的汽車電氣負載，選擇不同的繼電器觸點材料與其相對應(yīng)。并通過實驗結(jié)果說明該如何選擇合適繼電器觸點材料。

汽車負載種類

汽車上負載種類比較多，如大燈負載，車內(nèi)照明燈負載，轉(zhuǎn)向燈負載，車窗升降負載，空調(diào)負載、后窗加熱負載、點煙器負載，雨刮器負載，油泵負載等。

以上的負載根據(jù)其負載特性，不考慮特別的情況，大致可以歸類為三大類，分別為燈負載，電機負載和阻性負載，各大類負載的特點同中有異，如燈負載中有閃光燈、照明燈、大燈等負載，閃光燈的負載和照明燈、大燈的負載有很大的不同，電機負載中比較特殊的是控制正反轉(zhuǎn)的電機負載，如自動車窗等負載，正反轉(zhuǎn)的電機負載帶有反向的沖擊電流，在繼電器觸點材料選用上需要特別注意。

各種大類負載的的性能，用示波器上可以看出其負載的特點。

a、燈負載

圖1 燈負載

圖1所示的是典型的燈負載的波型圖，燈負載的特點在燈剛接通時有一個比較大的沖擊電流，之后電流趨于穩(wěn)定，圖1所示的一個所測量的型的燈負載的波型圖，汽車上的大燈負載，兩只55W大燈，穩(wěn)態(tài)電流為10A，沖擊電流達到55A，有這樣的波形是因為當燈絲第一次通電時，由于燈絲處于冷態(tài)，電阻比較小，當通電一段時間，燈絲被加熱，燈絲的電阻變大，其通過的電流變小。

b、感性負載

圖2 電機負載電流波形

圖2所示的是典型的電機負載的電流波型圖，電機負載的特點在電機剛開始動作時有一個比較大的沖擊電流，之后電流趨于穩(wěn)定，這是因為當電機的轉(zhuǎn)子剛開始動作時，電機還沒有產(chǎn)生反電動勢，所以有比較高的沖擊電流。

當動作一段時間后，反電動勢逐漸增大，使負載的電流逐漸下降，當?shù)竭_一定時間后就趨于穩(wěn)定，從電流波形上看電機負載的電流波型圖與燈負載的波形圖有點一致，但實際上差別比較大，燈負載在第一次通電的瞬間通常有一個比較大的瞬間電流，最高可達穩(wěn)態(tài)電流的15倍左右。

由于時間很短,必須選擇合適的示波器量程才能看出來,這種負載對繼電器觸點比較嚴酷,通常在接觸的瞬間發(fā)生觸點粘接的現(xiàn)象,對繼電器的觸點材料要求比較特殊, 電機負載的峰值比較固定,和穩(wěn)態(tài)電流的倍數(shù)比值和燈負載比通常較低。

c、阻性負載

阻性負載的電流波型圖比較簡單，就是一條直線，電流始終處于穩(wěn)定的狀態(tài)，在對繼電器觸點的考驗方面，由于負載沒有沖擊電流，因此觸點材料的轉(zhuǎn)移比較小，觸點始終處于相同的電流作用下，觸點電阻間發(fā)熱相對比較嚴重，因此觸點材料本身的接觸電阻要比較低。

適用于汽車繼電器的觸點材料性能

根據(jù)汽車上負載的特點和類型，用于汽車繼電器中的觸點材料必須具有以下的特點：

(1) 良好的導電性和導熱性。這是對觸點材料的基本要求，材料本身要具有低而穩(wěn)定的電阻，同時在工作一段時間后，要保證接觸電阻不會急劇增大，溫度不會升高太多。

(2) 耐電磨損。承受的電流密度較大，觸點材料必須要能經(jīng)受強電弧的侵蝕，保證有足夠的使用壽命。

(3) 抗熔焊能力強。在汽車繼電器使用過程中，如燈負載和電機負載等往往還存在著大的浪涌電流，極易造成觸點熔焊或劇烈燒損，觸點材料在選擇材料成分和結(jié)構(gòu)時要充分考慮到這一點。

(4) 良好的機械加工性。觸點材料要加工成各種形狀，特別是大量的鉚釘型觸點，因此觸點材料應(yīng)具有高強度并兼顧很好的塑性。根據(jù)以上的分析，有以下三種觸點材料常用于汽車繼電器上。

第1種觸點材料：AgNi0.15

AgNi0.15的材料是由第一組分(金屬Ag) 和第二組分(Ni) 混合形成的粉末金屬復合材料，其中Ni的含量為0.15%，性能接近于純銀，俗稱“細晶銀”，材料的物理質(zhì)地軟，材料塑性和延展性好，制成的觸點接觸電阻比較小，在高浪涌電流負載的條件下容易發(fā)生觸點粘接現(xiàn)象。

第2種觸點材料：AgSnO2

AgSnO2也是一種合金材料，是由第一組分(金屬Ag) 和第二組分(氧化物SnO2) 混合形成的粉末金屬復合材料，其中第一組分金屬銀具有良好的導電性、抗氧化性、抗氮化性。第二組分SnO2決定電弧的開斷性能， 其很高的熔化和分解溫度使Ag-SnO2在電弧的高溫作用下不易分解。

這種材料的作用機理有兩個：一是氧化物的分解和升華中消耗了大量電弧輸入觸點的能量，使得觸點冷卻；二是金屬氧化物在觸點表面熔池中以顆粒形式存在，增加了熔融態(tài)金屬的粘性，有助于降低因液態(tài)噴濺發(fā)生的損耗。三是SnO2粒子增大了Ag 熔池的粘度使熔化的銀不易噴射， 電弧侵蝕小。四是 SnO2具有的脆性使Ag-SnO2 的抗熔焊性很好， 且抗熔焊穩(wěn)定性很高。

第3種觸點材料：AgSnO2In2O3

人們在多年AgSnO2 材料的負載應(yīng)用開發(fā)中了解到AgSnO2 觸點材料具有以下的不足：

在電弧多次作用下，SnO2成分富集于觸點表面引起接觸電阻增大，溫升較高。嚴重影響了電氣使用性能，這也是導致AgSnO2材料在運行過程中尤其是通斷操作次數(shù)很高時，溫升比較高的原因。通過添加特定的添加劑，可有效地降低通斷操作過程中AgSnO2 觸點材料的溫升。

有研究認為，SnO2具有較高的熱穩(wěn)定性，在高溫下比CdO、ZnO更不易分解，AgSnO2觸點材料在一定的負荷下，經(jīng)多次通斷操作后，觸點表面不斷形成非導電的SnO2渣層，使接觸電阻升高。

形成非導電的SnO2渣層的原因是Ag對SnO2顆粒的潤濕性差，當融化時SnO2顆粒聚集，而Ag在電弧作用下發(fā)生噴濺逐漸減少，最后在觸點材料表面出現(xiàn)了SnO2渣層AgSnO2In2O3在AgSnO2的基礎(chǔ)上添加了In2O3成分，材料的物理質(zhì)地更硬，材料塑性和延展性差，制成的觸點接觸電阻比較大，但是在電壽命實驗中，材料表現(xiàn)出來的優(yōu)良的抗轉(zhuǎn)移性能。

試驗驗證

汽車負載的繼電器觸點材料選擇必須根據(jù)負載的特點和觸點材料的性能進行匹配選擇，對于這個問題，很多資料根據(jù)材料的特性和負載的特點給出了一些指導，本文擬通過具體試驗來闡述這個問題。

試驗的載體為一種汽車繼電器，型號稱為HFKC，這種繼電器的特點是結(jié)構(gòu)性能比較穩(wěn)定，選擇做實驗的繼電器樣品使用同批的零件，在同樣的制造條件下按同樣的制造參數(shù)制造出來，基本上可以保證繼電器的性能散差很小。不同觸點材料的繼電器分批情況如下：

安排進行的試驗主要用到的設(shè)備如下。

1、 阻性電壽命試驗

1a、實驗條件

環(huán)境溫度：23℃，激勵電壓：13.5VDC，觸點負載為20A，實驗頻率：2s通，2s斷。

試驗線路圖：見圖3，實驗負載只接繼電器的常開負載端。

圖3

2、 燈負載電壽命試驗

1a、實驗條件

環(huán)境溫度：23℃，激勵電壓：13.5VDC，觸點負載為147W，實驗頻率：1s通，6s斷。

試驗線路圖：見圖3，實驗負載只接繼電器的常開負載端。

圖4

3、 感性負載電壽命試驗

1a、實驗條件

環(huán)境溫度：23℃，激勵電壓：13.5VDC，觸點負載為模擬電機負載，沖擊25A，溫態(tài)5A，

試驗線路圖：見圖5，實驗頻率見圖6。

圖5

圖6

4、 結(jié)果概述

上述所提到的三種觸點材料，AgNi0.15，AgSnO2，AgSnO2In2O3在不同的負載條件阻性、燈和電機負載下表現(xiàn)各不相同，在阻性負載條件下，AgNi0.15因其較小的接觸電阻，在阻性負載通電時發(fā)熱較小，表現(xiàn)最好，在燈負載的條件，AgSnO2In2O3因其良好抗觸點粘接性能，有最好的表現(xiàn)，在電機負載的條件下，AgSnO2，AgSnO2In2O3都能達到較高的電壽命的要求，但是AgSnO2In2O3有較高的接觸電阻，同時因為In材料比較貴，所以在電機負載的條件下，推薦使用AgSnO2繼電器觸點材料。

結(jié)論

根據(jù)上文論述的接觸材料理論和具體實驗情況，在實際的工程應(yīng)用上可以大概有對應(yīng)負載的觸點材料的使用范圍，滿足實際的產(chǎn)品使用要求，下表就是實際工程應(yīng)用上各種負載推薦使用的繼電器觸點材料，繼電器的使用客戶也可以按下表的要求來選擇使用繼電器型號。

以上的表格工程上適用性較好，但是在實際的產(chǎn)品應(yīng)用當中，由于具體應(yīng)用條件的限制，還必須進一步的進行研究，如在一些比較特殊的應(yīng)用場合，要對負載對應(yīng)的觸點材料重新進行考慮，如汽車燈負載中的閃光燈負載，單用AgSnO2In2O3可能也會有問題，如接觸電阻較大，造成產(chǎn)品失效，要選擇合適的觸點材料與其配對使用；電機負載中的大電機負載，也可以考慮根據(jù)負載的實際情況選擇AgSnO2In2O3觸點材料。

因此，建議汽車繼電器觸點材料的選擇在把握以上大的原則后，最好還必須通過具體的試驗來驗證選用的繼電器觸點材料的是否合理。

（本文選編自《電氣技術(shù)》，作者為吳靈勇。）