在高壓電氣領域，主回路電接觸面均要求鍍銀。《電網金屬技術監督規程》規范要求室內導電回路動接觸部位鍍銀層厚度不宜小于8◆m，我司氣體絕緣金屬封閉開關設備（gas insulated switchgear, GIS）上零部件摩擦接觸面鍍銀層厚度多為50◆m或更高（含0～+20公差）。隨著成本意識的加強和生產效率的提升，計劃在摩擦接觸面開展薄層鍍硬銀工藝，研究將摩擦接觸面50◆m的鍍銀層厚度降至20◆m，產品能否達到功能要求。

根據行業發展，本文對行業中提出的鍍硬銀工藝進行了研究試驗，研究在隔離開關摩擦接觸零件的功能性鍍銀中，將普通鍍銀（HV0.0570）的硬度提升至HV0.05120后，是否能夠達到降低厚度的目的。鍍硬銀工藝主要通過向鍍槽注入添加劑的方式實現。此外，本文經過試驗確認，將鍍銀層硬度提高及厚度降低后，產品能否達到功能要求。

1 鍍銀溶液的配置及工藝流程

光亮鍍硬銀工藝研究的核心在于在保證銀層良好導電性的前提下提高銀層硬度，同時使銀層表面結晶更致密光亮。方案中須保證溶液具有良好的導電性，因此鉀鹽型鍍液須作為首選，并通過添加劑以求達到銀層硬度大于120的要求（HV0.05≥120）。文獻表明，將銻鹽作為薄層鍍硬銀工藝的添加劑。

1.1 鍍銀溶液的配置

表1 鍍硬銀溶液的組成

1.2 鍍銀工藝流程

鍍銀工藝流程為：前處理（酸洗）—熱水洗—流動冷水洗—鹽酸活化—流動冷水洗—硝酸侵蝕—流動冷水洗—中和—流動冷水洗—紫銅鍍光亮硬銀—流動冷水洗—熱水洗—晾干—下件。

2 鍍銀層性能及在隔離開關上的應用

2.1 試驗零件準備

選取隔離開關3相動觸頭進行試驗，采用薄層鍍硬銀工藝，擬將鍍銀層硬度提升到HV0.05 120以上，鍍銀層厚度分別降低至10◆m、20◆m、30◆m。鍍后將零件裝入隔離開關樣機進行機械壽命試驗，與另一臺鍍銀厚度為50◆m普通鍍銀觸頭樣機做機械壽命對比試驗。

在觸頭鍍銀時，同槽鍍與觸頭鍍銀層厚度相同的紫銅塊3塊。即1號觸頭及第1組樣塊進行鍍硬銀10◆m處理，2號觸頭及第2組樣塊進行鍍硬銀20◆m處理，3號觸頭及第3組樣塊進行鍍硬銀30◆m處理。

2.2 硬度測量

觸頭及樣塊電鍍完成后，對樣塊鍍銀層進行了表面顯微硬度檢測，每組3個樣塊顯微硬度基本一致。將鍍銀層厚度與硬度取平均值，電鍍樣塊鍍銀層厚度及硬度見表2。

表2 觸頭鍍硬銀后的厚度及硬度

從樣塊情況可知：

• 1）采用鍍硬銀工藝的鍍層，硬度大幅度提高。
• 2）隨著鍍層厚度的增加，硬度也在提高。
• 3）10◆m厚度的鍍硬銀工藝也能達到本次試驗硬度高于120的目標。

2.3 耐磨性對比

第2組樣塊及第3組樣塊的平均硬度均高于第1組樣塊，說明相對第2組樣塊及第3組樣塊，第1組樣塊的耐磨性更差。因此選用第1組樣塊進行高溫摩擦磨損試驗，并與普通鍍銀樣塊的高溫摩擦磨損試驗結果進行比較，得到試驗結果如下。試驗參考標準GB 12444.1—90。

圖1、圖2分別為普通鍍銀樣塊及鍍硬銀樣塊摩擦系數。從圖1可以看出，普通鍍銀樣塊在短時間內摩擦系數立刻增大，且隨著時間變化摩擦系數不穩定，說明表面更易受到破壞變形。從圖2可以看出，鍍硬銀樣塊在一定的時間內能維持穩定較小的摩擦系數。結果說明鍍硬銀樣塊具有更好的耐磨性，表面不易受到破壞。

圖1 普通鍍銀樣塊摩擦系數

圖3、圖4分別為普通鍍銀和鍍硬銀的磨痕圖。從圖3、圖4可以看出，相同摩擦下，鍍硬銀磨痕深度為15.24◆m，普通鍍銀磨痕深度為41.57◆m，鍍硬銀的磨痕遠小于普通鍍銀磨痕，表明在鍍硬銀工藝下銀層硬度為車間常規工藝鍍銀層硬度的一倍左右，達到并超越了試驗預期，完成了所有的技術準備工作，之后進行并通過了型式試驗。

圖2 鍍硬銀樣塊摩擦系數

圖3 普通鍍銀磨痕圖

圖4 鍍硬銀磨痕圖

2.4 樣機機械壽命試驗

根據GB 3309—89，將觸頭裝入試驗樣機進行機械壽命試驗，試驗結果如圖5所示，觸頭試驗后外觀情況良好，沒有出現磨透漏銅等現象。兩臺樣機觸頭對比，右側無編號觸頭統一為普通鍍銀50◆m，左側1、2、3號觸頭分別對應硬銀10◆m、20◆m、30◆m，兩觸頭壽命試驗后均保持了良好的鍍銀面外觀。

圖5 鍍硬銀觸頭（左）與普通鍍銀觸頭（右）進行壽命試驗后的形貌

2.5 回路電阻測量

根據GB/T 11022—1999進行回路電阻測量，經過機械壽命試驗后，回路電阻值的變化也穩定在合理范圍內，沒有出現電阻過大的情況，回路電阻試驗合格。

表3 經過壽命試驗后觸頭電阻變化

3 結果與討論

本文經過試驗，確定了鍍硬銀工藝對于高壓電氣隔離開關的適用性和有效性，并通過機械壽命試驗和回路電阻測量，證明了本文所用鍍硬銀工藝能夠滿足產品運行的機械和電性能要求，若對工藝進行推廣，則可達到提高生產效率，降低產品成本的預期目標。

按126kV GIS1000U/年、252/363kV GIS500U/年計算，全年摩擦接觸面鍍銀面積約120000dm2。按實際鍍銀平均厚度50～80◆m降低至20～30◆m進行計算，實際降低鍍層厚度約40◆m，每年將減少銀板消耗約40◆m×120000dm2×0.1g/(dm2?◆m)=480kg，折合約200萬元。按以上面積計算添加劑使用量約20萬元，累計可節約成本180萬元，綜合節約成本40%。

原有普通鍍銀工藝時間需要近4h，且均勻度低，易造成返工。若將鍍銀層厚度降低至20◆m，工藝時間僅需要2h，為鍍銀工藝提升生產效率一倍左右，能有效減少由于原工藝鍍銀層不均勻而造成的零件返工，降低成本。

4 結論

• 1）鍍硬銀工藝提高了銀層顯微硬度，同時提高了銀層的耐磨性能。

• 2）提高高壓電氣隔離開關動觸頭的銀層硬度后，嘗試減薄銀層厚度并進行了回路電阻試驗與機械壽命試驗，結果顯示減薄后的銀層滿足隔離開關性能要求，且生產效率提升約一倍，成本降低約40%。
• 3）在GIS其他摩擦接觸零部件的鍍銀中，可根據各自產品的參數，進行驗證試驗，確認在保證機械壽命試驗通過的前提下，降低鍍層厚度。