Определение оптимального состава интерметаллидов галлия скользящих жидкометаллических контактных групп электрических двигателей
Authors: Егоров А.В. , Смикулис Ю.Е. , Степанова К.С. , Белогусев В.Н. 
Published: February 2025

Введение.В процессе работы скользящих жидкометаллических контактных групп электродвигателей наблюдается нежелательный эффект, заключающийся в разбрызгивании жидкого металла по внутренней полости контактного узла и его затрудненном возврате в нижнюю часть внутренней полости. Важными эксплуатационными показателями при этом являются температура плавления и кристаллизации, а также величина удельного электрического сопротивления жидкометаллической контактной группы. Цель работы состоит в определении оптимального состава интерметаллидов галлия скользящих жидкометаллических контактных групп асинхронных электрических двигателей с фазным ротором по критериям минимального удельного электрического сопротивления, минимальной температуры нахождения интерметаллидов галлия в жидком состоянии и минимального значения величины поверхностного натяжения. Материалы и методы исследования. Проведены экспериментальные исследования работы скользящих жидкометаллических контактных групп асинхронных электрических двигателей. После остановки электродвигателя значительная часть галлия и его интерметаллидов не возвращается в исходное положение в нижнюю часть контактного устройства по причине частичного проникновения в структуру кристаллической решетки металлических деталей корпуса контактного устройства, а также вследствие высокого значения величины поверхностного натяжения. Капли галлия и интерметаллидов стекают по металлическому контакту, уложенному в корпусе, но не достигают нижнего положения. Результаты исследования. Добиваясь эффективной и надежной эксплуатации скользящих жидкометаллических контактных узлов асинхронных электрических двигателей с фазным ротором и учитывая необходимость создания условий для возврата жидких интерметаллидов в нижнюю часть корпуса контактного устройства после остановки электродвигателя, необходимо использовать интерметаллид галлия, состав которого обеспечивает, во-первых, минимальные значения удельного электрического сопротивления; во-вторых, минимальное значение температуры плавления; в-третьих, минимальное значение величины поверхностного натяжения жидкого интерметаллида. Выводы. Наиболее целесообразным для использования в качестве проводящей жидкой среды является интерметаллид, содержащий в своем составе 61 % галлия, 25 % индия, 13 % олова и 1 % цинка, имеющий минимальную температуру плавления из всех исследуемых интерметаллидов – 3 оС, малое удельное электрическое сопротивление – 0,21277 и низкое поверхностное натяжение 0,601 Н/м (значения всех этих параметров ниже по сравнению с чистым галлием).

Introduction. An unwanted effect happens when sliding liquid-metal contact assemblies are used in electric motors. This is shown by liquid metal splashing around inside the contact unit and being hard to get back to the bottom of the cavity. Key operational indicators in this case are the melting and crystallization temperatures, as well as the particular electrical resistance of the liquid-metal contact group. The aim of research is to determine the optimal composition of gallium intermetallic compounds for sliding liquid-metal contact groups in asynchronous electric motors with a phase rotor, based on the criteria of minimal specific electrical resistance, minimal temperature of gallium intermetallic compounds in the liquid state, and minimal surface tension. Materials and methods. Some experiments that looked at how sliding liquid-metal contact assemblies work in asynchronous electric motors showed that when the motor stops running, a lot of the gallium and its intermetallic compounds don't go back to where they were in the lower part of the contact apparatus. We attribute this phenomenon to the partial infiltration of the metal components of the contact device housing into the crystal lattice structure and the elevated surface tension. Gallium and intermetallic compounds drop along the metal contact within the housing, but they do not reach the bottom position. Research outcomes. It is necessary to use gallium intermetallic compounds to make sure that sliding liquid-metal contact units work well and reliably in asynchronous electric motors with a phase rotor and to make it easier for the liquid intermetallic compounds to return to the lower part of the contact device housing when the motor stops. These compounds must have such a composition that guarantees minimal specific electrical resistance, a low melting point, and reduced surface tension of the liquid intermetallic compounds. Conclusions. An intermetallic compound comprising 61 % gallium, 25 % indium, 13 % tin, and 1 % zinc is the most appropriate conductive liquid medium. It possesses the lowest melting point among the studied intermetallic compounds at 3 °C, which is 89.7% lower than that of pure gallium. Additionally, it exhibits a low specific electrical resistance of – 0,21277 , 21.8% lower than pure gallium, and a low surface tension of 0.601 N/m, 17.3% lower than pure gallium.