Исследование медных и алюминиевых проводников в зонах короткого замыкания и термического воздействия

Отдел исследования, экспертизы пожаров и чрезвычайных ситуаций

НИИ ПБ и ЧС МЧС Республики Беларусь

ИССЛЕДОВАНИЕ

МЕДНЫХ И АЛЮМИНИЕВЫХ ПРОВОДНИКОВ

В ЗОНАХ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ТЕРМИЧЕСКОГО

ВОЗДЕЙСТВИЯ

МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕДНЫХ И

АЛЮМИНИЕВЫХ ПРОВОДНИКОВ

Метод основан на сравнении под микроскопом шлифов, изготовленных из образцов литой или деформированной меди, с эталонными микрофотографиями.

I.  Подготовка образца.

Для приготовления микрошлифа от проводника со следами воздействия дуги КЗ отрезают участок с оплавлением на конце протяженностью 10-15 мм для медного проводника и 30-40 мм для алюминиевого. Алюминиевый проводник на расстоянии 10-15 мм от места оплавления изгибают под прямым углом. Затем на керамическую пластину устанавливают круглую металлическую оправку и внутрь оправки помещают образец так, чтобы между краями образца и внутренней стенкой оправки оставался зазор 3-5 мм. Оправку наполняют быстротвердеющими пластмассами типа «Дентакрил» или эпоксидной смолой с отвердителем и после полимеризации жидкой массы выпрессовывают образец из оправки. При этом конец алюминиевого проводника должен выступать над верхней плоскостью шлифа на 10-15 мм.

II.Подготовка шлифов и реактивов.

Обработка поверхности микрошлифа производится с помощью наждачной бумаги, которую при шлифовании вручную помещают на плоское основание, а при механическом - закрепляют на круге шлифовального станка типа «Нерис», 3881-В и т.п. Обработка шлифа на наждачной бумаге проводится примерно до половины сечения проволоки. Шлифование меди и алюминия рекомендуется начинать с бумаги №320, затем № 800 и заканчивать на бумаге с мелким абразивным зерном типа М20. При переходе с одной наждачной бумаги на другую необходимо менять направление шлифовки на 90° и каждый раз тщательно удалять абразив со шлифа проточной водой и ватным тампоном, смоченным в этиловом спирте.

Заключительной стадией обработки поверхности шлифа медного проводника является механическое полирование. Эта операция выполняется на вращающемся круге с натянутой на него материей, на которую непрерывно наносится мелкодисперсная суспензия, например, окиси хрома или окиси алюминия в воде. После полировки поверхность шлифа тщательно промывается в проточной воде, насухо промокается фильтровальной бумагой и протирается ватным тампоном, смоченным в спирте. Для выявления микроструктуры шлифы подвергаются химическому травлению в одном из реактивов. Реактивов № 1: серная кислота —1 мл, калий хромовокислый — 5 г, вода — 100 мл. Реактив № 2: хлорное железо —19 г, соляная кислота — 6 мл, вода— 100 мл.

Выявление границ зерен на механически полированных шлифах алюминия вызывает большие трудности из-за наличия на поверхности деформированного слоя маскирующего истинную структуру. В этих случаях микрошлифы из алюминия подвергают электрополированию, в результате чего снимается наклепанный слой и облегчается процесс последующего травления. Для электрополирования применяется хлорно-спиртовой электролит. Состав электролита: этиловый спирт 80-процентный — 4 части, хлорная кислота НСlО₄ 20-процентная — 1 часть. Для приготовления электролита необходимо сначала налить спирт, а в него, охлаждая раствор водой, налить хлорную кислоту. Электролит можно применять сразу после приготовления. Лучше проводить полирование при охлаждении. Рабочее напряжение U=30В. Если при этом образуется белый налет, его можно снять в кипящей серной кислоте. Можно применять другой электролит следующего состава: ортофосфорная кислота Н₃РО₄ - 400 см³ (), серная кислота H₂SO₄ — 400 см³ (), хромовый ангидрид (СrО₃ - 50 г, дистиллированная вода - 25 см³). Для приготовления электролита растворить СrО₃ в воде (можно нагреть) и потом влить туда кислоты. Полировать лучше при температуре +70⁰С, U=40В. Для выявления дендритного строения литого материала, химической неоднородности твердого раствора и зеренного строения алюминия рекомендуется применять метод исследования структуры с помощью тонких окисных пленок. В результате нанесения на шлиф тонких окисных пленок в поляризованном свете выявляется зерно почти всех алюминиевых сплавов в любом состоянии. Для анодного окисления используется следующий электролит: дистиллированная вода—98 мл, борофтороводородная кислота — 2 мл (12 мл борной кислоты в 25 мл плавиковой). Напряжение при окислении —15В, время окисления — 2 мин, катод — свинцовая пластина, температура электролита — комнатная. Для нанесения пленки «+» источник постоянного напряжения 15 В с помощью зажима подсоединяется к торчащему из шлифа куску исследуемого провода, «-» подсоединяют к свинцовой пластине, которую помещают в электролит. Затем окунают шлиф в электролит и подают постоянное напряжение. При работе с плавиковой кислотой необходимо соблюдать осторожность, так как она активно реагирует со стеклом. Хранить плавиковую кислоту рекомендуется в емкостях из пластмассы (например, в емкостях из-под канцелярского клея). Процесс анодного окисления рекомендуется проводить в вытяжном шкафу.