電鍍層及其質(zhì)量

1、Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 1 電鍍層及其質(zhì)量 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 2 內(nèi)容 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 金及其合金 第三節(jié) 銀及其合金 第四節(jié)錫及其合金 第五節(jié)銅及其擴(kuò)散 第六節(jié) 接觸材料的分類 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 3 第一節(jié) 概述 一、使用接觸

2、鍍層的原因 保護(hù)接觸彈片的基材金屬不受腐蝕， 接觸鍍層是用來封閉接觸彈片與工作環(huán)境隔開以防止銅的 腐蝕。當(dāng)然，鍍層材料在其工作環(huán)境里必須不被損害（至 少在有害的范圍內(nèi)）。 優(yōu)化接觸界面的性質(zhì)，尤其是連接器的機(jī)械和電氣 性能。 與機(jī)械性能有關(guān)的參數(shù)主要是影響鍍層的耐久性、或磨損， 以及配合力的因素。最重要的機(jī)械性能包括硬度，延展性 和鍍層材料的摩擦系數(shù)。 電氣性能的優(yōu)化可從如下方面考慮，即對已經(jīng)存在和即將 形成的位于接觸鍍層表面薄膜的控制。主要需求是建立和 維持穩(wěn)定的連接器阻抗。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-

3、22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 4 第一節(jié)概述 二、電接觸表面覆蓋金屬的方法 電鍍、鑲嵌、熔焊、鉚接、真空蒸發(fā)、離子濺射 和化學(xué)覆蓋等， 其中電鍍在接插件和開關(guān)件接觸表面上的應(yīng)用較 為廣泛。 三、電鍍 1.定義：電鍍就是在電場作用下溶液中的金屬離子 還原的過程。對電接觸處的電鍍和其他部位不同， 有其特殊要求，它對電接觸的可靠性有著重要的 意義。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 5 二、電鍍 2.對滑動接觸的電鍍材料要求： 低電阻率 耐磨性 耐腐蝕性 與基底金屬（Cu、Ni）的附著能力強(qiáng) 易焊

4、性 微孔率低 3.目前應(yīng)用最廣泛的材料是金及其合金；銀及其合金、 鈀、銠等。 4.通常還為了節(jié)約貴金屬，常用選擇性電鍍方法，只在 電接觸處鍍貴金屬，其他部位則鍍一般材料。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 6 第二節(jié) 金及其合金 一、金及其合金特點(diǎn) 1. 優(yōu)點(diǎn)：電阻率低、抗腐蝕、易焊接、與基 體材料如銅及其合金、鎳等都有良好的附 著性。 2. 缺點(diǎn)：價格昂貴、電鍍層比較薄、微孔問 題突出。純金屬硬度低，易粘結(jié)磨損，宜 用Au-Co合金。 Beijing University of Pos

5、ts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 7 二、鍍金層微孔問題 1.微孔的形成： 在電鍍過程中，溶液中的金還原沉積在基底材料表面時，首先 呈核狀，然后逐漸擴(kuò)展，在顆粒之間不可避免地要出現(xiàn)間隙。 表現(xiàn)為金鍍層通往基底金屬的微孔。 2.鍍金表面微孔的形貌 3.微孔對電接觸的影響 大氣中的腐蝕性潮濕性氣體將由微孔的毛細(xì)孔作用而進(jìn)入并接 觸基底金屬而成為沉積在內(nèi)的電解液。由于金的電極電位高， 呈陰極，基底銅的電極電位低呈陽極。因此在金和銅之間形成 微電池腐蝕，基底材料銅被腐蝕。腐蝕生成物的體積遠(yuǎn)大于被 腐蝕的金屬體積，因此腐蝕物就會沿微孔蔓延至鍍層表

6、面，造 成接觸不良。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 8 鍍金微孔 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 9 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 10 二、鍍金層微孔問題 4.微孔形成的原因 電鍍工藝：電流、時間、鍍層厚度造成的顆粒沉積 狀態(tài) 電鍍過程中沉積在被鍍表面的絕緣顆粒

7、如灰塵、被氧化或腐蝕的金屬顆粒、鍍液中的絕緣雜質(zhì)和 有機(jī)污染物顆粒等，造成金離子無法在其上面取得電子還 原成金顆粒而形成孔隙。 基底材料粗糙度的影響 用微孔率（個/平方厘米）來表明微孔程度。實驗表明， 微觀表面越粗糙，微孔率越高。這是因為表面越粗糙，金 離子還原成金顆粒越不均勻，出現(xiàn)孔隙的機(jī)會越多。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 11 二、鍍金層微孔問題 5.鍍層厚度、表面粗糙度 與微孔率的關(guān)系 提高基底材料表面光潔度 可大大減少微孔率； 增加鍍層厚度，顆粒之間 交錯，堵塞孔隙,可使

8、微孔 率減少。若鍍金層的厚度 超過5m，則基本沒有微 孔，但由于成本價格等原 因，實際上鍍金層的厚度 一般0.751.5微米。 圖 鍍金層厚度與微孔率間的關(guān)系 橫坐標(biāo)：鍍金層厚度，單位：微米 縱坐標(biāo)：微孔率，單位：微孔/平方 厘米 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 12 二、鍍金層微孔問題 6. 解決方法 凈化環(huán)境、隔絕灰塵、清潔處理被鍍材料表面(超聲振動及溶 液去油污處理) 、清除鍍液雜質(zhì)（鍍液循環(huán)過濾）等。 提高基底材料表面光潔度可大大減少微孔率，通?？稍阱兘?前先光亮鍍銅，以填充基

9、底材料的微觀凹凸表面，降低微孔 率。 在實際的電鍍觸點(diǎn)中，將鎳作為中間鍍層 A.降低對微孔的敏感性, 鍍金層中的微孔有鈍性和活性之分。當(dāng)中間鍍層為Ni或Sn/Ni時，微 孔中形成的氧化物具有保護(hù)性，而當(dāng)中間鍍層為Cu，Ag等時，微孔 中形成的腐蝕物很快就會蔓延至金表面，使接觸不可靠。 B.對擴(kuò)散有阻礙作用, C.對腐蝕物的遷移有阻擋作用, D.硬度高，改善觸點(diǎn)壽命。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 13 二、鍍金層微孔問題 7. 微孔率的檢測方法 SEM觀察：很小的微孔，較曲折的微孔難

10、以發(fā)現(xiàn)， 有時陷坑易被誤認(rèn)為是微孔，比較費(fèi)事。不常用。 電腐蝕法 硫化氣體(H2S，SO2)加速腐蝕法：形成的腐蝕物 在顯微鏡下觀察并統(tǒng)計數(shù)目；常用的方法。日本 JEIDA 標(biāo)準(zhǔn)。但應(yīng)注意控制腐蝕時間不使腐蝕物 過分蔓延。 Ni試劑法： 硝酸蒸汽腐蝕法：國標(biāo)，過于厲害。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 14 第三節(jié) 銀及其合金 一、銀的特點(diǎn)： 銀及其合金也是常用的鍍層材料。 1. 優(yōu)點(diǎn)：電阻率低、附著性好、價格低于金、 電鍍層一般較厚、粘結(jié)磨損小、滑動壽命 長。 2. 缺點(diǎn)：易硫化，在

11、硫化氣體中腐蝕嚴(yán)重， 易造成接觸不良。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 15 二、銀的腐蝕 1.銀及其合金的氧化 室溫下只有當(dāng)存在臭氧時銀才會被氧化而形成氧化銀，它在 200將分解，而且氧化銀很軟，容易被機(jī)械除去，很少對觸 點(diǎn)有危害作用。 2.銀及其合金的硫化 銀非常容易硫化。若空氣中含有千分之幾個ppm濃度的H2S 或幾十至幾百ppm濃度的SO2，這些氣體對銀都有危害作用， 在銀表面上形成Ag2S膜層，其化學(xué)反應(yīng)式是： 2424242222 2222 2 2 1 223 HSOAgA

12、gSOHSOHOOHSO SAgAgSOHSSOSH ；或 ； Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 16 二、銀的腐蝕 Ag2S對電接觸的危害 Ag2S是呈高電阻率的黑色物，它柔軟易擦掉， 具有極化效應(yīng)。就是當(dāng)電流從一個方向流過 Ag2S膜層表現(xiàn)出的電壓-電流特性和電流反向 流過時表現(xiàn)出的電壓-電流特性是不對稱的，造 成接觸電阻的不穩(wěn)定性。 溫度升高后，硫化反應(yīng)加速，硫化膜層加厚。 硫化銀蔓延速度很快，若在金下面鍍Ag，硫化 銀可能從金屬的微孔中蔓延出來，覆蓋到金屬 層上造成接觸不良。 B

13、eijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 17 二、銀的腐蝕 解決方法： 采用銀合金作電鍍層，增加合金的含量，可延緩 硫化銀的發(fā)生。但只要有銀存在，硫化銀膜層的 生成就很難避免。 例：為顯著減少銀的污染，貴金屬如Au、Pd含量必須在 40%以上， Ag25-Au69-Pt6合金已使用多年。并可認(rèn)為 它不會形成高電阻的污染膜。但研究數(shù)據(jù)表明在半暴露 條件下，這種合金仍會形成明顯的污染膜。 加大接觸壓力使磨損增加，但有助于擦掉膜層， 減少接觸電阻。一般地，鍍銀觸點(diǎn)的接觸壓力在 80g150g左右。 B

14、eijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 18 三、銀離子遷移 1.定義： 當(dāng)絕緣基座中有兩個以上銀接觸對，若相互間距不大，又處在 潮濕環(huán)境中，則積存在兩個接觸對之間的水將成為電解液。當(dāng) 通以直流電壓后，高電位（陽極）導(dǎo)體上的銀成為正離子而進(jìn) 入溶液，受電位差吸引向陰極移動并在陰極上還原， 在陰極上沉積的銀顆粒是不均勻的，高出來的與后面遷移來的 銀離子相遇機(jī)會多，銀離子密度高，因此銀離子在其上還原較 多。在陰極表面呈絲狀銀的沉積。時間一長，陰極與陽極之間 便出現(xiàn)短路。短路所需的時間和導(dǎo)線之間的距離

15、、濕度、溫度 有很大的關(guān)系。 （陽極）eAgAg2 （陰極）AgeAg 2 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 19 三、銀離子遷移 2. 例如： 有人做過實驗，鍍銀導(dǎo)線之間相隔 0.38mm，直流電壓30V，在45，90% 相對溫度環(huán)境下只需14天，導(dǎo)線之間短 路了，增加導(dǎo)線之間距離，短路所需的 時間也就增長。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 20 第四節(jié) 錫及其合金 一、錫及其

16、合金的特點(diǎn) 一般用在可靠性要求較低的場合代替價格昂貴的金合 金。 優(yōu)點(diǎn)： 價格低廉，易于覆蓋（對基底的附著力強(qiáng)），易焊接，在 壓力大時表面的鈍化膜層被壓破形成金屬間的直接接觸。 缺點(diǎn)： 易氧化，在微動下形成微動腐蝕而造成接觸故障。 由于錫和錫鉛合金很軟，使用壽命不長。 它們的插拔次數(shù)很少，一般只有1次或2次，最多不會超過 10次。它們的粘結(jié)磨損率是硬金鍍層的100倍。它們也很 容易發(fā)生擦傷磨損。插拔壽命不高。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 21 二、錫的氧化膜 1.錫易在空氣中生成氧

17、化錫 氧化錫絕緣，質(zhì)地硬而脆。但錫質(zhì)地很軟。 2.接觸特點(diǎn) 加壓于氧化錫上后，氧化錫易破裂，猶如施力于 水上的薄冰一樣，錫從裂縫中被擠出，造成金屬 的直接接觸。 因此用錫及其合金作為接觸材料，壓力應(yīng)大于 150g以上。壓力過小無法壓破氧化錫，也就無法 產(chǎn)生良好的電接觸。 由于錫觸頭所需的接觸壓力很大，因而插拔力也 很大，通常插拔壽命不高（幾十次）。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 22 三、錫的微動失效 1. 微動過程中，接觸頭離開原來的氧化錫 壓碎部分時，使這部分金屬暴露于空氣 中很

18、快被重新氧化，經(jīng)多次往復(fù)移動造 成氧化層加厚而導(dǎo)致接觸不良。 2. 因此設(shè)計錫接觸點(diǎn)應(yīng)盡量避免微擾振動， 盡可能采用熱膨脹系數(shù)相同材料，限制 其往復(fù)移動。 Beijing University of Posts and Telecommunications 2021-6-22 廈門邁士通公司培訓(xùn) 23 四、錫須 1. 錫須的產(chǎn)生 純錫容易產(chǎn)生錫須，即生長出很多細(xì)絲。 結(jié)果是使導(dǎo)體之間短路 這種現(xiàn)象是由于電鍍過程產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力所致。 2. 避免錫須的辦法 是加入少量的鉛(0，t=0，銅濃度C=0 x0，x=0，銅濃度CC0 方程解為誤差函數(shù)方程 ) 2 ( ),(2 1 ); 2 (1 2 ),( 0 0 Dt x erf C tx