أغطية الصمامات الداخلية والخارجية من النحاس والنحاس: خصائص المواد واتجاهات الصناعة والابتكار التكنولوجي

 

باعتبارها المكون الأساسي لحماية الدائرة، فإن اختيار مواد الغطاء الداخلي والخارجي للصمامات يؤثر بشكل مباشر على موثوقية المنتج وعمره. يعتبر الغطاء النحاسي (النحاس النقي) والغطاء الداخلي النحاسي (سبائك الزنك-النحاس) من مواد الغطاء الداخلي والخارجي السائدة حاليًا، وهناك اختلافات كبيرة بين الاثنين من حيث التوصيل والقوة الميكانيكية ومقاومة التآكل والتكلفة.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مزايا النحاس:
يمتلك النحاس موصلية كهربائية ممتازة (الموصلية الكهربائية حوالي 58 مللي ثانية/م) وموصلية حرارية (معامل التوصيل الحراري 386.4 واط/م·ك)، وهو موصل جيد في المرتبة الثانية بعد الفضة. خصائصه عالية النقاء (محتوى النحاس أكبر من أو يساوي 99.9%) تجعله يعمل بشكل جيد في الدوائر ذات التردد العالي-، كما أنه يتمتع بمرونة جيدة وسهل التثقيب والتمدد على البارد. على سبيل المثال، في الصمامات- ذات الجهد العالي لمركبات الطاقة الجديدة، يمكن أن تعمل نقاط الاتصال النحاسية على تقليل ارتفاع درجة الحرارة بشكل فعال وتحسين السلامة. بالإضافة إلى ذلك، تتميز نهاية إيقاف النحاس بمقاومة قوية للتآكل، خاصة في البيئات الجافة، وليس من السهل أكسدتها، مما يجعلها مناسبة للمعدات الإلكترونية الدقيقة.

 

مميزات النحاس:
يتكون النحاس من النحاس والزنك (محتوى الزنك عادة 30%-40%)، وقوته الميكانيكية (قوة الشد حوالي 300 ميجاباسكال) وصلابته (صلابة برينل حوالي 80 HB) أعلى بكثير من النحاس، وتكلفته أقل بنسبة 15%-20%. على سبيل المثال، في الصمامات في مجال التحكم الصناعي،غطاء خارجي من النحاسيمكن أن يتحمل ضغطًا ميكانيكيًا أكبر ويتجنب الارتخاء بسبب الاهتزاز. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع النحاس بمقاومة أفضل للتآكل في البيئات التي تحتوي على الكبريت-وغالبًا ما يستخدم في سيناريوهات الرطوبة العالية أو الخارجية-.

 

عيوب الأداء:
يتمتع النحاس بصلابة منخفضة (حوالي 35 HB)، وهو عرضة للتآكل بعد الاستخدام لفترة طويلة-، وله نقطة انصهار عالية (1083 درجة )، ومتطلبات عملية لحام صارمة. تبلغ الموصلية الكهربائية للغطاء الطرفي للأنبوب النحاسي 1/5 فقط من الموصلية النحاسية (حوالي 11 مللي ثانية/م)، مما قد يسبب مشاكل في التسخين في سيناريوهات التيار العالي-. بالإضافة إلى ذلك، عندما يتجاوز محتوى الزنك في النحاس 39%، فإنه يكون عرضة لـ "التشقق الموسمي"، والذي يحتاج إلى تحسين عن طريق المعالجة الحرارية أو إضافة عناصر السبائك النزرة (مثل القصدير والألمنيوم).

 

 

 

تعمل لوائح حماية البيئة على تعزيز الابتكار المادي:
من خلال تنفيذ توجيهات الاتحاد الأوروبي بشأن تقييد المواد الخطرة (RoHS) و"التدابير الإدارية لتقييد استخدام المواد الخطرة في المنتجات الكهربائية والإلكترونية" في الصين، قامت صناعة الصمامات بتسريع عملية التخلص من المواد التي تحتوي على الرصاص-. على سبيل المثال، أصبح الغطاء الطرفي النحاسي الخالي من الرصاص- (مثل المواد البديلة CuZn39Pb3) والطلاء بالنيكل-القصدير شائعًا بشكل متزايد، في حين أن استخدام الأغلفة البلاستيكية ذات الأساس الحيوي- (التي تحتوي على 30% ألياف نباتية) يمكن أن يحقق إعادة تدوير المكونات بنسبة 90%. بالإضافة إلى ذلك، فإن معدل إعادة التدوير المرتفع للغطاء الطرفي النحاسي (حوالي 95%) يجعله أكثر فائدة في الاقتصاد الدائري.

 

الطلب الذكي والمصغر:
أدى التطور السريع لمركبات الطاقة الجديدة وتخزين الطاقة الكهروضوئية وغيرها من المجالات إلى زيادة متطلبات الصمامات. على سبيل المثال، تدمج الصمامات الذكية أجهزة استشعار درجة الحرارة ووحدات الاتصال، والتي يمكنها نقل البيانات الحالية في الوقت الفعلي-عبر البلوتوث لتحقيق الصيانة التنبؤية. فيما يتعلق باختيار المواد، يعد غطاء الأنبوب النحاسي هو الخيار الأول لنقل الإشارات ذات التردد العالي-نظرًا لموصليته العالية، بينما يعمل النحاس على تحسين موثوقية التلامس من خلال عمليات الطلاء السطحي بالذهب (مثل طلاء النيكل الكيميائي + الذهب المغمور).

 

استكشاف المواد الناشئة:
تعمل الصناعة على تطوير-مواد مركبة عالية الأداء لتحل محل المواد النحاسية التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي ذوبان مركب الجرافين النحاسي- إلى زيادة كفاءة الكسر بنسبة 50%، في حين يتم تقليل وقت استجابة الصمامات المعدنية السائلة (مثل السبائك القائمة على الغاليوم-) إلى ميكروثانية.