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[摘 要]在鐵路信号设备当中，铁路信号继电器是其中一项至关重要的安全器材，其是保障远程控制信号等其他设备能够实现正常使用的关键，而一旦铁路信号节电器出现接点接触失效等问题，将直接导致列车无法安全、正点运行甚至有可能诱发更为严重的铁路运行安全事故。因此本文将选择四台出现接点接触失效情况的铁路信号继电器，采用表面分析法对其失效机理进行简要分析研究。
[关键词]铁路信号继电器；接点接触；失效机理
中图分类号：TH584 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
通常铁路信号继电器主要使用银和银氧化镉作为接点材料，并且使用垂直式圆柱状触头或是球形触头作为其接点接触方式。但在实际使用过程中，工作人员常常会发现铁路信号继电器会出现接点接触失效的问题，因此为有效避免这一问题的出现、保障铁路信号继电器的正常使用，有必要对铁路信号继电器接点接触的失效机理进行分析研究，进而为寻找改善其接触力量的措施提供重要参考意见，这也是本文的研究意义所在。
一、接触电阻组成分析
虽然铁路信号继电器的金属表面看似十分光滑、平整，但事实并非如此，其粗糙的表面使得两个金属表面在相互接触时只是其金属表面当中，凸出的部分相互接触，电流通路点非常有限。当电流从中经过时电流线将出现收缩，此时有效电阻值将会变大并且产生附加电阻。而大面积暴露在空气中的接触面上会吸附许多灰尘、织物纤维以及其他杂质，并逐渐形成一层无法有效完成导电功效的薄膜，而在此薄膜当中产生的电阻即为膜电阻。随着膜电阻的不斷加大，铁路信号继电器接点接触的有效性也将大打折扣[1]。
二、铁路信号继电器接点接触失效机理分析
（一）研究方法
为研究铁路信号继电器接点接触失效的具体机理，本文选择使用表面分析的研究方法，通过选取四种在实际使用过程中确实出现接点接触失效情况的铁路信号继电器作为研究试品，使用电子显微镜和X射线能谱的方式研究其触头的表面元素，进而有效分析出接点接触失效的具体原因与机理。
（二）结果分析
1.试品1号
通过使用电子显微镜我们可以明显看出，在1号试品当中，铁路信号继电器的接点接触部分存在大量的结晶状物质，其相互堆积覆盖在继电器触头接触部位。此后利用X射线能谱后在1.75eV处发现了明显的硅峰，而在现实物理世界当中，硅主要是以氧化形式即氧化硅存在于自然界中，氧化硅又是空气中灰尘最为主要的一大组成成分，因此我们可以判断1号试品中有大量的灰尘及颗粒附着在铁路信号继电器触头接触面位置处，并随着灰尘的不断积累，其附着面积不断扩大，导致触头银基地的接触面积大大缩减，由此增加了接触电阻并最终导致继电器接点接触失效[2]。
2.试品2号
使用相同的研究方式对2号试品进行分析研究，2号试品中同时拥有动、静两个触头。同样在电子显微镜的帮助下我们可以看出在其动触头位置处拥有面状的附着物膜，而在动触头与静触头进行接触的过程中，附着物膜会出现破损的情况，其中心部分将逐渐转移至静触头当中。在对其进行进一步分析的过程中，我们可以发现在2.05eV和2.35eV位置处分别出现了磷峰和硫峰，在我国土壤当中大量含有这两种元素，尤其是硫元素的氧化形式即氧化硫是导致我国出现大气污染的一大重要原因。如果周围空气比较潮湿，氧化硫的腐蚀速度将会加快。大量腐蚀产物堆积在触头表面，增加了膜电阻，从而使得触头接触出现不良情况。
3.试品3号
在分析3号试品的过程当中我们可以发现其存在明显的烧蚀痕迹，并且在触头表面已经出现了凹痕[3]。触头在长时间的运行过程中，经常会在触头通断的一瞬间出现弧光放电的现象，而这极有可能导致表面出现烧蚀。通过使用能谱分析烧蚀后的凹坑，发现其中存在大量的硅元素，因此我们有理由相信在此试品的触头表面同样附着了大量的灰尘，而动触头在与静触头进行接触时，大量灰尘将对其接触造成阻碍并增加收缩面积，从而使得继电器接点接触失效。
4.试品4号
在对4号试品进行观察分析的过程中，我们发现在其触头表面不仅出现了双层结构，并且存在大量直径约为200μm的不规则磷氧化物，其庞大的面积几乎完全遮盖住了银基底，而在该继电器中的其他触头处同样存在这一问题。而在进行进一步探究的过程当中，发现该继电器工作区域内存在磷化工企业，其排放的粉尘中带有磷元素，进入到继电器并沉积在触头位置处，进而导致继电器接点接触失效。
（三）比较分析
在将存在接点接触失效的试品同正常的铁路信号节继电器进行比较分析的过程当中，我们可以明确发现正常的继电器触头表面光滑平整，而接点接触失效的试品其触头表面普遍比较粗糙且凹凸不平。在对触头基地材料元素进行分析中，发现正常触头中氧元素、碳元素、银元素含量较高。在制造触点时铆压表面受高温成型的影响，表面含碳元素的污染物在与基底材料形成反应之后出现碳化物并堆积在触点表面位置处[4]。而空气中的臭氧和银元素出现反应和生成氧化银并同样附着在触头表面上，随着温度的不断上升，其将迅速得到分解。在这一机理之下，继电器在使用时受高温电弧的影响，可以自动完成氧化银的清理。但本文选择的试品当中银元素比较少，反而氧元素、钙元素以及磷元素和硫元素比较多，因此可以进一步推断是由于空气中的灰尘以及氧化硫等物质附着在触头表面，加之受到有机蒸汽等影响，慢慢在触头表面堆积了大量的污染物，影响了继电器的导电性能，最终导致其出现接点接触失效的问题。
结束语
总而言之，本文通过以铁路信号继电器作为主要研究对象，针对其在实际使用过程中表现出的接点接触失效问题作为研究背景，通过使用表面分析法对出现接点接触失效的四台铁路信号继电器进行失效分析，了解在接点接触位置处堆积大量附着物是影响其导电性能，进而使得铁路信号继电器接点接触失效的关键原因。因此笔者建议日后工作人员还应当从认真清洁继电器并定期对其进行检修等方面入手，以有效改善铁路信号继电器接触不良的问题。
参考文献
[1] 赵兴海，刘炜.铁路信号继电器接点接触失效机理研究[A].中国电工技术学会电工产品可靠性研究会.第五届电工产品可靠性与电接触国际会议论文集[C].中国电工技术学会电工产品可靠性研究会：，2014：4.
[2] 万岱，汪涛洪，颜小芳，张秀芳，翁桅，柏小平.铁路信号继电器用AgCdO（15）触点[J].电工材料，2015，02：8-12.
[3] 梁燕.继电器接点故障率高的原因及对策[J].山东工业技术，2017，05：194-195.
[4] 张玺，周达三.提高铁路信号安全型继电器可靠性的研究[J].铁道通信信号，2014，09：34-35.
[关键词]铁路信号继电器；接点接触；失效机理
中图分类号：TH584 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）32-0000-01
引言
通常铁路信号继电器主要使用银和银氧化镉作为接点材料，并且使用垂直式圆柱状触头或是球形触头作为其接点接触方式。但在实际使用过程中，工作人员常常会发现铁路信号继电器会出现接点接触失效的问题，因此为有效避免这一问题的出现、保障铁路信号继电器的正常使用，有必要对铁路信号继电器接点接触的失效机理进行分析研究，进而为寻找改善其接触力量的措施提供重要参考意见，这也是本文的研究意义所在。
一、接触电阻组成分析
虽然铁路信号继电器的金属表面看似十分光滑、平整，但事实并非如此，其粗糙的表面使得两个金属表面在相互接触时只是其金属表面当中，凸出的部分相互接触，电流通路点非常有限。当电流从中经过时电流线将出现收缩，此时有效电阻值将会变大并且产生附加电阻。而大面积暴露在空气中的接触面上会吸附许多灰尘、织物纤维以及其他杂质，并逐渐形成一层无法有效完成导电功效的薄膜，而在此薄膜当中产生的电阻即为膜电阻。随着膜电阻的不斷加大，铁路信号继电器接点接触的有效性也将大打折扣[1]。
二、铁路信号继电器接点接触失效机理分析
（一）研究方法
为研究铁路信号继电器接点接触失效的具体机理，本文选择使用表面分析的研究方法，通过选取四种在实际使用过程中确实出现接点接触失效情况的铁路信号继电器作为研究试品，使用电子显微镜和X射线能谱的方式研究其触头的表面元素，进而有效分析出接点接触失效的具体原因与机理。
（二）结果分析
1.试品1号
通过使用电子显微镜我们可以明显看出，在1号试品当中，铁路信号继电器的接点接触部分存在大量的结晶状物质，其相互堆积覆盖在继电器触头接触部位。此后利用X射线能谱后在1.75eV处发现了明显的硅峰，而在现实物理世界当中，硅主要是以氧化形式即氧化硅存在于自然界中，氧化硅又是空气中灰尘最为主要的一大组成成分，因此我们可以判断1号试品中有大量的灰尘及颗粒附着在铁路信号继电器触头接触面位置处，并随着灰尘的不断积累，其附着面积不断扩大，导致触头银基地的接触面积大大缩减，由此增加了接触电阻并最终导致继电器接点接触失效[2]。
2.试品2号
使用相同的研究方式对2号试品进行分析研究，2号试品中同时拥有动、静两个触头。同样在电子显微镜的帮助下我们可以看出在其动触头位置处拥有面状的附着物膜，而在动触头与静触头进行接触的过程中，附着物膜会出现破损的情况，其中心部分将逐渐转移至静触头当中。在对其进行进一步分析的过程中，我们可以发现在2.05eV和2.35eV位置处分别出现了磷峰和硫峰，在我国土壤当中大量含有这两种元素，尤其是硫元素的氧化形式即氧化硫是导致我国出现大气污染的一大重要原因。如果周围空气比较潮湿，氧化硫的腐蚀速度将会加快。大量腐蚀产物堆积在触头表面，增加了膜电阻，从而使得触头接触出现不良情况。
3.试品3号
在分析3号试品的过程当中我们可以发现其存在明显的烧蚀痕迹，并且在触头表面已经出现了凹痕[3]。触头在长时间的运行过程中，经常会在触头通断的一瞬间出现弧光放电的现象，而这极有可能导致表面出现烧蚀。通过使用能谱分析烧蚀后的凹坑，发现其中存在大量的硅元素，因此我们有理由相信在此试品的触头表面同样附着了大量的灰尘，而动触头在与静触头进行接触时，大量灰尘将对其接触造成阻碍并增加收缩面积，从而使得继电器接点接触失效。
4.试品4号
在对4号试品进行观察分析的过程中，我们发现在其触头表面不仅出现了双层结构，并且存在大量直径约为200μm的不规则磷氧化物，其庞大的面积几乎完全遮盖住了银基底，而在该继电器中的其他触头处同样存在这一问题。而在进行进一步探究的过程当中，发现该继电器工作区域内存在磷化工企业，其排放的粉尘中带有磷元素，进入到继电器并沉积在触头位置处，进而导致继电器接点接触失效。
（三）比较分析
在将存在接点接触失效的试品同正常的铁路信号节继电器进行比较分析的过程当中，我们可以明确发现正常的继电器触头表面光滑平整，而接点接触失效的试品其触头表面普遍比较粗糙且凹凸不平。在对触头基地材料元素进行分析中，发现正常触头中氧元素、碳元素、银元素含量较高。在制造触点时铆压表面受高温成型的影响，表面含碳元素的污染物在与基底材料形成反应之后出现碳化物并堆积在触点表面位置处[4]。而空气中的臭氧和银元素出现反应和生成氧化银并同样附着在触头表面上，随着温度的不断上升，其将迅速得到分解。在这一机理之下，继电器在使用时受高温电弧的影响，可以自动完成氧化银的清理。但本文选择的试品当中银元素比较少，反而氧元素、钙元素以及磷元素和硫元素比较多，因此可以进一步推断是由于空气中的灰尘以及氧化硫等物质附着在触头表面，加之受到有机蒸汽等影响，慢慢在触头表面堆积了大量的污染物，影响了继电器的导电性能，最终导致其出现接点接触失效的问题。
结束语
总而言之，本文通过以铁路信号继电器作为主要研究对象，针对其在实际使用过程中表现出的接点接触失效问题作为研究背景，通过使用表面分析法对出现接点接触失效的四台铁路信号继电器进行失效分析，了解在接点接触位置处堆积大量附着物是影响其导电性能，进而使得铁路信号继电器接点接触失效的关键原因。因此笔者建议日后工作人员还应当从认真清洁继电器并定期对其进行检修等方面入手，以有效改善铁路信号继电器接触不良的问题。
参考文献
[1] 赵兴海，刘炜.铁路信号继电器接点接触失效机理研究[A].中国电工技术学会电工产品可靠性研究会.第五届电工产品可靠性与电接触国际会议论文集[C].中国电工技术学会电工产品可靠性研究会：，2014：4.
[2] 万岱，汪涛洪，颜小芳，张秀芳，翁桅，柏小平.铁路信号继电器用AgCdO（15）触点[J].电工材料，2015，02：8-12.
[3] 梁燕.继电器接点故障率高的原因及对策[J].山东工业技术，2017，05：194-195.
[4] 张玺，周达三.提高铁路信号安全型继电器可靠性的研究[J].铁道通信信号，2014，09：34-35.