|
| |
|
Слаботочка Книги различных химических реагентов. Эта стойкость обеспечивается оксидной пленкой, образующейся на его поверхности. В результате в больщинстве сред скорость коррозии алюминия быстро падает со временем. На только что обработанной поверхности толщина оксидной пленки примерно за 10~ с достигает 10~ м. Дальнейший рост ее толщины зависит от температуры и влажности среды. В результате 20-летних коррозионных испытаний на воздухе установлено, что основная доля коррозионного разрушения алюминия с потерей прочности 5-40 % происходит в первый год [4.13 . При высоких температурах и низкой влажности алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью к любым газовым средам, за исключением галогенов и их смесей. При нормальной температуре 0=78,4-106 Па; 6=40%; НВ=25. Таким образом, временное сопротивление разрыву, являющееся основным показателем механической прочности, у алюминия примерно вдвое меньше, чем у серебра. При повышении температуры прочность алюминия снижается до ОвЛЮ Па при 600°С. Вблизи температуры плавления алюминий, как и серебро, имеет низкую прочность на разрыв - порядка (5-=-8)-10б Па. При снижении температуры механические свойства алюминия, как и серебра, улучшаются. Например, при -196 °С временное сопротивление разрыву увеличивается до 1,6-10 Па. Упрочняющее влияние оксидной пленки алюминия при высокой температуре очень велико. Так, отожженная при 600 °С фольга толщиной 0,1 мм из алюминия чистотой 99,997 % при наличии оксидной пленки обладает прочностью 2,45-106 Па и пластичностью 12%. Та же фольга после растворения оксидной пленки обладает прочностью 1,35-106 Па и пластичностью 39%. После удаления пленки механическим путем алюминий активно взаимодействует с водой, водными растворами кислот и щелочей. Процессы окисления алюминия в воздухе при высоких температурах исследованы в изотермических условиях термомассометрическим методом с непрерывной фиксацией массы образца в течение 8 ч [4.8]. На рис. 4.12 показаны экспериментальные кинетические кривые окисления алюминия, полученные при температурах, близких к температурам плавления. Эти кривые отражают ряд сложных процессов, протекающих при окислении в окалине и металле. Вместе с тем из рассмотрения этих кривых видно, что даже при воздействии температуры 9-6178 129 500-900 °С в течение 8 ч удельное увеличение массы оксида (в расчете на единицу поверхности материала) весьма мало (0,1-0,3 мг/см), что свидетельствует о весьма высокой коррозионной стойкости алюминия. Сопоставление характеристик предохранителей на один и тот же номинальный ток и одно и то же напряжение с плавкими элементами из серебра и алюминия свидетельствует о следующем. Более высокое (в 1,8 раза) значение удельного электрического сопротивления алюминия может быть скомпенсировано увели-j чением сечения плавкого элемента. ( При этом можно достичь того же Л/77/5, м г/см* 12 3 5 6 7 4 Рис. 4.12. Кинетические кривые окисления алюминия: / - ЕОО "С; г - 600 °С; 3 - 700 °С; 4-800 °С; 5 - 900 °С температурного режима и обеспечить те же потери мощности. Исследования показали, что при идентичности формы плавкого элемента увеличение его сечения вдвое и применение выводов из алюминия сечением в 2,5 раза больше, по сравнению с медными, обычно используемыми в быстродействующих предохранителях, обеспечивает практически такой же тепловой режим, как и при использовании элементов из серебра. Например, для предохранителя с номинальным током 400 А и номинальным напряжением 660 В температура на выводах составляет 82-87°С, а потери мощности 50-60 Вт. В номинальном режиме, когда температура перешейков не превышает 300 °С, оксидная пленка алюминия достаточно прочна. Толщина ее составляет лишь (36) • 10-° м, что увеличивает сопротивление предохранителя на 0,1-0,3% и обеспечивает защиту металла от дальнейшего окисления и, значит, стабильность его электрических характеристик. Рассчитанный по уравнению Мейера преддуговой интеграл предохранителя с плавким элементом из алюминия в 1,9-2 раза больше, чем у предохранителя с плавким элементом из серебра на те же номинальные ток и напряжение, хотя константа Мейера у серебра (80Х ХЮ А-с/мм*) больше, чем у алюминия (37-10 АХ Хс/мм*). Это связано с увеличенным сечением алюминиевых плавких элементов, что могло бы пр-ивести к повышению расчетного пропускаемого тока на 10-15 %. Эксперименты при /к-<100 кА [4.9] показали одинаковое значение пропускаемых токов у плавких элементов из алюминия и серебра. Это можно объяснить более высокой скоростью роста напряжения на дуге при расплавлении перешейков из алюминия (10 В/с), чему способствует наличие оксидной пленки, обеспечивающей инерционное накопление и последующее взрывное рассеивание энергии, а также более высокое катодное падение у алюминия (16,2-18,6 В) по сравнению с серебром (12,1-13,6 В). Экзотермическая реакция, развивающаяся в предохранителе при его срабатывании, может привести к выделению дополнительной энергии. Алюминий отличается исключительно высоким значением энергии образования соединений с кислородом, серой, углеродом, равным 1673 кДж/моль. Аналогичные значения для серебра и меди равны соответственно 31 и 168 кДж/;10ль. При взаимодействии алюминия с кислородом образуется прочное химическое соединение в виде оксида алюминия АЬОз (глинозем). В ходе экзотермической реакции окисления 2А1--1,502=А120з должно выделиться 34 кДж тепла при полном сгорании 1 г алюминия, для чего требуется 0,672 л кислорода. В закрытом корпусе быстродействующего предохранителя, например типа ПП59, содержится около 0,005 л кислорода, что недостаточно для протекания этой реакции и выделения тепла. В связи с этим алюминий неприемлем для изготовления предохранителей без наполнителя. При сплавлении алюминия с квар--цевым песком, которое происходит по экзотермической реакции 2AI-4-l,5Si02=Al203-4-l,5Si, независимо от промежуточных стадий также должно выделиться 34 «Дж на 1 г алюминия. Однако одновременно с экзотермической реакцией окисления протекает, и эндотермическая реакция восстановления кремния из кремнезема ЗЮг, потребляющая 28 кДж на 1 г вступившего в реакцию алюминия. В итоге при полном сгорании 1 г алюминия и достаточном для этого количестве кислорода теоретически может дополнительно выделиться 6 кДж. Исследования показали, что при переменном токе значение рассеиваемой в дуге энергии одинаково для алюминиевых и серебряных плавких элементов. В режиме отключения токов КЗ джоулевы интегралы отключения предохранителей с плавкими элементами из серебра и алюминия практически равны. При постоянном токе и определенных параметрах контура КЗ может происходить вторичный тепловой пробой, проявляющийся в повышении тока через предохранитель после 40-100 мс 9* 131 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [42] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |