Ag–Ni 전기 접점의 항융착 성능 향상
1️⃣ 연구 개요
은-니켈(Ag–Ni) 전기 접점은 낮은 전기 저항, 우수한 전도성, 내아크성(Arc erosion resistance) 으로 인해 저전압 전기 시스템에 널리 사용됩니다.
하지만 높은 전류 조건에서는 접점 표면이 용융되어 융착(welding) 이 발생하며, 이는 접점의 반복 사용 수명을 크게 단축시키는 문제를 야기합니다.
이 논문에서는 Ag–8 wt% Ni 합금에 Ag₂WO₄(텅스텐산 은) 을 첨가하여 융착 저항성을 향상시키는 새로운 접근법을 제시합니다.
이를 통해 AgCdO의 대체재로서 AgNi 접점의 실용 가능성을 높이고자 했습니다.
2️⃣ 실험 방법 및 공정 조건
| 단계 | 내용 |
|---|---|
| 원재료 | Ag(99.9%, 10 μm), Ni(99.9%), Ag₂WO₄ (AgNO₃+Na₂WO₄ 반응) |
| Ag₂WO₄ 첨가량 | 2.5 wt% |
| 분산 과정 | 알코올 용액 내에서 초음파 + 기계 교반 후 73 °C 건조 |
| 압축 | 120 MPa |
| 소결 | 800 °C, 2 시간, 아르곤 분위기 |
| 재압축 | 850 MPa |
| 전기 시험 조건 | 36 V / 25 A, 5000회 스위칭 사이클 |
제조된 시편은 전기적 성능, 아크 침식(Arc erosion), 재료 전이(Material transfer), 미세조직(Microstructure) 등을 분석했습니다.
3️⃣ 주요 결과 요약
🧪 (1) 융착 억제 효과
융착 발생 횟수: 115회 → 34회
최대 융착력: 0.49 N → 0.13 N
➡ Ag₂WO₄ 첨가 시 접점의 항융착성이 약 70% 이상 개선되었습니다.
이는 Ag₂WO₄가 미세한 산화층을 형성하여 아크 방전 시 국부적 열 집중을 완화하고, 표면 용융을 억제하기 때문입니다.
🧲 (2) 미세조직 및 계면 특성
Ni 입자는 Ag 기지 내에서 1.6–4 μm 크기로 고르게 분산됨.
Ag₂WO₄ 첨가 시, W와 O 원소가 Ag/Ni 계면에 집중 분포하며 약 1 μm 두께의 전이층(transition region) 형성.
➡ 이 전이층이 계면 접합 강도를 높이고 아크 시 열·기계적 응력을 분산시킴.
⚡ (3) 아크 침식(Arc erosion) 및 재료 전이
Ag₂WO₄ 첨가 시, 아크 방전의 금속성(Metallic arc) 과 기체성(Gaseous arc) 의 균형이 조정됨.
이로 인해 플라즈마 이온 밀도가 변화하고, 양극→음극으로의 재료 전이가 증가.
결과적으로 표면 침식이 고르게 분포되어 수명이 연장됨.
🧩 (4) 거시적 성능 개선
| 항목 | Ag–8 wt% Ni | Ag–8 wt% Ni + Ag₂WO₄ |
|---|---|---|
| 융착 빈도 | 115 회 | 34 회 |
| 최대 융착력 | 0.49 N | 0.13 N |
| 침식 깊이 | 불균일, 거칠음 | 균일, 미세 |
| 표면 형태 | 용융·융착 흔적 다수 | 균일한 미세 요철 |
| 재료 전이 | 제한적 | 활발 (음극 쪽 증가) |
4️⃣ 결론 및 의의
Ag₂WO₄ 첨가를 통해 AgNi 전기 접점의 항융착성과 내아크성이 동시에 향상됨.
표면 구조가 미세화되어 열·전기적 스트레스가 고르게 분산.
귀금속 사용량을 늘리지 않고도 접점 수명을 크게 개선할 수 있는 경제적·기술적 대안으로 평가됨.
이 연구는 향후 클래드(Clad) 전기 접점이나 복합 금속층(Composite contact layer) 설계에도 응용될 수 있으며, AgCdO 대체 연구의 중요한 전환점으로 여겨집니다.
