第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損教學(xué)文案課件

1、第五章 電觸點(diǎn)的摩擦與磨損周怡琳2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損1第五章 電觸點(diǎn)的摩擦與磨損周怡琳2022/10/3第五章電觸第一節(jié)緒論第二節(jié) 滑動(dòng)摩擦第三節(jié) 滑動(dòng)磨損第四節(jié) 微動(dòng)2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損2第五章 電觸點(diǎn)的摩擦與磨損第一節(jié)緒論2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損2第五一、摩擦、磨損是滑動(dòng)電接觸中的重要現(xiàn)象。滑動(dòng)指的是和連接器的接通和斷開有關(guān)的較大相對(duì)運(yùn)動(dòng)?；瑒?dòng)接觸典型例子：電機(jī)電刷與滑環(huán)或整流子之間的接觸電車電弓與電線之間的接觸變阻器滑動(dòng)頭、開關(guān)中的滑動(dòng)觸頭等。摩擦將使滑動(dòng)過程中能量受到損失；磨損則使表面金屬特別是貴金屬迅速喪失，露出基底金屬，

2、因而造成腐蝕和接觸不良。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損3第一節(jié)緒論一、摩擦、磨損是滑動(dòng)電接觸中的重要現(xiàn)象。2022/10/3第不僅為了減小摩擦和磨損，而且要保證良好的電氣接觸。接觸界面的溫升不僅由表面摩擦引起，在大電流密度情況下，主要是由于電流通過接觸電阻后而造成。溫升可能使金屬軟化，熔焊使磨損現(xiàn)象變得十分嚴(yán)重。溫升還會(huì)加速表面氧化過程而使電氣連接失效。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損4二、電接觸過程中滑動(dòng)摩擦和磨損的特點(diǎn)不僅為了減小摩擦和磨損，而且要保證良好的電氣接觸。2022/一、滑動(dòng)過程中表面的接觸狀態(tài)兩種形式兩元件表面凸丘凸丘，形成接觸斑點(diǎn)，幾率??；兩元件表面凸丘

3、凹谷，交錯(cuò)咬合，形成接觸斑點(diǎn)，幾率多。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損5第二節(jié) 滑動(dòng)摩擦(a) 峰峰接觸；(b)峰谷接觸一、滑動(dòng)過程中表面的接觸狀態(tài)2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的兩元件在接觸力P作用下相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械摩擦力有4個(gè)分量接觸面粘結(jié)產(chǎn)生的剪切力Fs粘結(jié)（冷焊 ）現(xiàn)象：兩個(gè)金屬表面相互接觸時(shí)，接觸點(diǎn)壓力接近或超過金屬原子之間的結(jié)合力時(shí)，接觸面間便相互粘結(jié)在一起。剪切力金屬的剪切強(qiáng)度， 相對(duì)滑動(dòng)面在金屬內(nèi)部接觸面凸丘咬合產(chǎn)生的剪切力Fa接觸面塑性變形產(chǎn)生的剪切力Fp接觸面彈性變形產(chǎn)生的剪切力Fe2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損6一、滑動(dòng)過程中表面的接觸狀態(tài)兩元件

4、在接觸力P作用下相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械摩擦力有4個(gè)分量2一、滑動(dòng)過程中表面的接觸狀態(tài)摩擦系數(shù)2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損7一、滑動(dòng)過程中表面的接觸狀態(tài)摩擦系數(shù)2022/10/3第五章若兩個(gè)接觸界面間有相對(duì)滑移時(shí)，粘結(jié)處受剪力和壓力聯(lián)合作用，摩擦力的大小主要取決于金屬實(shí)際的粘結(jié)面積。金屬粘結(jié)面積的影響因素：變形系數(shù)0滑移系數(shù)1減壓系數(shù)2膜層系數(shù)32022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損8二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦若兩個(gè)接觸界面間有相對(duì)滑移時(shí)，粘結(jié)處受剪力和壓力聯(lián)合作用，摩變形系數(shù)0 ：微觀峰頂高度不同，當(dāng)較高的峰頂呈現(xiàn)塑性變形時(shí)，較低的峰頂可能呈現(xiàn)彈性變形。而粘結(jié)面積不應(yīng)當(dāng)包括彈性接

5、觸面積在內(nèi)。由第二章的收縮電阻理論可知，除彈性變形以外的塑性接觸面積A0為：A0= 0A=P/H。A為全部變形接觸面積；0為變形系數(shù)，值在0.21.2之間；H為材料表面硬度；P為正向接觸壓力。 2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損9二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦變形系數(shù)0 ：2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損9二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦滑移系數(shù)1：粘結(jié)后，由于在滑移過程中剪切力的影響，其粘結(jié)面積比在靜止?fàn)顟B(tài)下只有單純壓力時(shí)的粘結(jié)面積大。由圖所示，單個(gè)峰頂接觸面積由XY擴(kuò)大到XY，引入滑移系數(shù)1，則有：平均半徑為a0，平均增加的滑移距離為S， n為接觸點(diǎn)數(shù)，A1為滑移后的接觸面積，一般地，

6、 1=1.01.5。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損10二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦滑移系數(shù)1：2022/10/3第五減壓系數(shù)2：在粘結(jié)區(qū)域內(nèi)尚有一部分彈性力參與作用，故減壓后實(shí)際粘結(jié)面積將減少，減壓系數(shù)2為： 2= A2/A1 。A2為減壓后的面積。 2 其值一般在0.61.0之間。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損11二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦減壓系數(shù)2：2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損11膜層系數(shù)3：表面膜層對(duì)粘結(jié)影響極大，若膜層介于金屬微觀峰頂之間，則金屬粘結(jié)作用消失。故膜層的存在便減少了實(shí)際金屬接觸面積。膜層系數(shù)3為：3= A3 /A2 。A3為不包括膜層在內(nèi)的

7、實(shí)際金屬接觸面積。3其值一般在01.0之間，若3=0，表明在接觸界面上均覆蓋著膜層；若3=1，表明在接觸界面上不存在膜層。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損12二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦膜層系數(shù)3：2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損12摩擦力F：在粘結(jié)情況下，摩擦力F主要應(yīng)是切斷金屬間的粘結(jié)所需的剪切力。 F=3 A2m+(1-3) A2 fm為金屬剪切強(qiáng)度；f為克服膜層之間摩擦所需的剪應(yīng)力，其值非常小，通常遠(yuǎn)小于0.1，m f；F 3 A2m 321 (P/H) m 2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損13二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦摩擦力F：2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的

8、摩擦與磨損13二、二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦摩擦系數(shù) 及其影響因素：為得到較小的摩擦系數(shù)，應(yīng)使321m盡可能小，而使材料硬度H盡可能大。有矛盾！比如硬度H大的材料，滑移系數(shù)1必然會(huì)小，這是一致的，但其剪切強(qiáng)度m必然很大，如用基底硬的材料在上面鍍以較軟材料，則結(jié)果是H值大而m將比較小。但m太小時(shí)又加大了滑移系數(shù)1。所以應(yīng)使用具有一定硬度而延展性小的表面鍍層為宜。人為覆蓋膜層，在滑動(dòng)電接觸表面涂一層很薄的潤(rùn)滑劑，但3不可為零，因?yàn)樾枰幸欢ǖ慕饘僦苯咏佑|，以保持良好的電氣性能。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損14二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦摩擦系數(shù) 及其影響因素：2022/基本金屬（如銅、鋁）

9、在空氣中放置容易生成膜層，因此很少粘結(jié)，但在真空中如經(jīng)多次摩擦，表面膜層被磨去而易粘結(jié)。貴金屬如金、鉑、鈀等很少受到空氣腐蝕，故容易粘結(jié)；接插件、開關(guān)等密封抽真空后，粘結(jié)趨勢(shì)更大；嚴(yán)格清潔處理表面后也容易發(fā)生粘結(jié)。常用觸點(diǎn)材料在空氣中膜層生長(zhǎng)及粘結(jié)程度2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損15三、電觸點(diǎn)材料表面的粘結(jié)基本金屬（如銅、鋁）在空氣中放置容易生成膜層，因此很少粘結(jié)，金屬硬度108N/m2在空氣中生長(zhǎng)的膜厚粘接程度Au2.5最小大Ag2.5隨時(shí)間生長(zhǎng)有些Pt4.1較小有些Pd4.5較小有些Cu3.9大低Al1.8較大較小2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損16常用觸點(diǎn)材料在空

10、氣中膜層生長(zhǎng)及粘結(jié)程度金屬硬度108N/m2在空氣中生長(zhǎng)的膜厚粘接程度Au2.5最直流鍍金的粘結(jié)：粘結(jié)順序作了排列，序號(hào)愈大，愈不易粘結(jié)為減少粘結(jié)，應(yīng)當(dāng)提高鍍層硬度，同時(shí)還應(yīng)減小其延展性。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損17三、電觸點(diǎn)材料表面的粘結(jié)鍍金狀態(tài)合金成分含碳(%)努氏硬度(25克)延展性(%)粘結(jié)順序純金(氧化物)無(wú)0.015010124K硬金(氰化物)無(wú)0.01200102合金(堿性)0.7%鎘無(wú)1355-103合金(氰化物)10銀0.071400.754合金(氰化物)0.15%鈷0.15180代表平面運(yùn)動(dòng)方向單向滑動(dòng)過程中滑針和平面重量變化2022/10/3第五章電觸點(diǎn)

11、的摩擦與磨損32粒塊形成機(jī)理單2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損33代表平面運(yùn)動(dòng)方向，金觸點(diǎn)，500克負(fù)載2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損33代表平面運(yùn)2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損342022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損34說(shuō)明：若滑針與平面所用材料不同，但兩者的硬度相差并不懸殊（3倍以內(nèi)），則它們的滑動(dòng)磨損情況與用相同的材料作為滑針材料的結(jié)果相類似。 Au平面Pd滑針Au-AuPd平面 Au 滑針Pd-Pd材料、尺寸和形狀都相同的兩接觸體進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)，粒塊可能來(lái)自接觸體的任一方。一旦發(fā)生金屬轉(zhuǎn)移后，接受金屬轉(zhuǎn)移的一方就變成了滑針，相反的表面就被磨損。 金屬

12、不能被冷作硬化，則不能形成粒塊及擦傷平面。這是因?yàn)闉榱四苣p平面，粒塊的硬度必須通過冷作硬化而大于平面的硬度。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損35二、金鍍層的磨損 說(shuō)明：2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損35二、金鍍滑針磨損金滑針在鍍金平面上的往復(fù)滑動(dòng)過程現(xiàn)象：若滑行方向改變，原粘在滑針上的粒塊被剪切下來(lái)或成為磨?；蜩?cè)肫矫妗Ｈ绻鶑?fù)滑動(dòng)在同一軌跡上，則經(jīng)過多次滑行，平面上受到加工硬化，因而表面變硬，當(dāng)平面硬度增大到足以擦傷滑針表面時(shí)，滑針開始被磨損，自此以后滑針迅速被磨損而平面則增加重量。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損36二、金鍍層的磨損滑針磨損金滑針在鍍金平面

13、上的往復(fù)滑動(dòng)過程2022/10/3轉(zhuǎn)折點(diǎn)滑針開始被磨損的滑動(dòng)次數(shù)稱為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，如圖。了解轉(zhuǎn)折點(diǎn)非常重要。因?yàn)榛樑c平面不同，滑針接觸面積很小，一旦被磨損，其接觸點(diǎn)處的鍍層很快被磨損殆盡而暴露出基底金屬。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損37二、金鍍層的磨損轉(zhuǎn)折點(diǎn)2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損37二、金鍍二、金鍍層的磨損轉(zhuǎn)折點(diǎn)的滑行次數(shù)t ：d為滑道長(zhǎng)度(cm)；P為接觸壓力(gf)；k為常數(shù)，對(duì)金滑針與金平面，k=17103；t為往返的單程滑行次數(shù)。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損38二、金鍍層的磨損轉(zhuǎn)折點(diǎn)的滑行次數(shù)t ：2022/10/3第五對(duì)粒塊形成的影響因素滑

14、動(dòng)方向：?jiǎn)蜗?、往返結(jié)果相似負(fù)載：增加負(fù)載促使由粒塊形成到滑針磨損的轉(zhuǎn)化，使轉(zhuǎn)折點(diǎn)的滑行次數(shù)減少；滑道長(zhǎng)度：越短，由平面磨損向滑針磨損的轉(zhuǎn)化越快，轉(zhuǎn)折點(diǎn)的滑行次數(shù)也可減少。 一般地，對(duì)純金觸點(diǎn)，當(dāng)接觸壓力為100gf，滑道長(zhǎng)度為1cm時(shí)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)次數(shù)大約為150-200次。 2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損39二、金鍍層的磨損對(duì)粒塊形成的影響因素2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨二、金鍍層的磨損粘結(jié)磨損2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損40二、金鍍層的磨損粘結(jié)磨損2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦二、金鍍層的磨損擦傷磨損2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損41二、金

15、鍍層的磨損擦傷磨損2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦二、金鍍層的磨損磨損估算鍍金層的磨損實(shí)際上包括了粘結(jié)磨損和粒塊的擦傷磨損。磨損體積V和磨損距離X和真實(shí)接觸面積成正比：V，總磨損體積K，是一個(gè)無(wú)量綱數(shù)，稱作磨損系數(shù)。和接觸壓力有關(guān)， P，正壓力H，材料表面硬度X，滑移長(zhǎng)度2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損42二、金鍍層的磨損磨損估算2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦金鍍層的K和P的關(guān)系 ：當(dāng)壓力小于4gf時(shí)，磨損系數(shù)K幾乎為零，即不產(chǎn)生磨粒；當(dāng)壓力超過50gf后，磨損系數(shù)K基本為一常數(shù)，其值大約為3.110-4。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損43二、金鍍層的磨損金鍍層

16、的K和P的關(guān)系 ：2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦影響鍍金層磨損的因素硬度：硬材料的耐磨性高于軟材料的耐磨損性。原因是隨著硬度的增加，將減少真實(shí)的接觸面積，真實(shí)的接觸面積對(duì)所有的磨損過程起著重要的作用。因此，當(dāng)觸點(diǎn)是由多層金屬通過電鍍或包覆而形成時(shí)，表面用硬金合金硬度高的中間層提高基底材料的硬度2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損44二、金鍍層的磨損影響鍍金層磨損的因素2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨(1)AuCo合金的抗粘結(jié)磨損性比純金的好，而純金的抗擦傷磨損性優(yōu)于AuCo合金(2)硬的中間層金屬Ni對(duì)防粘結(jié)磨損和擦傷磨損的作用。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損4

17、5(1)AuCo合金的抗粘結(jié)磨損性比純金的好，而純金的抗擦傷2umAuCo/Cu；(b) 3.3umAuCo/Cu；2umAuCo/CuBe；(d) 3.3umAu/Cu 2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損46(1)AuCo合金(2)鍍金層厚度(3)基底金屬Cu，CuBe合金對(duì)防粘結(jié)磨損和擦傷磨損的作用。2umAuCo/Cu；(b) 3.3umAuCo/Cu；20表面粗糙度：表面粗糙度與磨損有關(guān)，在一定壓力下，最高峰頂處易于粘結(jié)，也易于受到擦傷磨損；壓力越大，磨損增加。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損47二、金鍍層的磨損表面粗糙度：2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損4

18、7二2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損48(1)粗糙度越低，磨損越小；(2)中間層鍍鎳后，不論粘結(jié)或擦傷磨損都會(huì)降低。2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損48(1)粗糙度越電鍍工藝與磨損的關(guān)系（Relationship of Wear to Plating Process）脈沖電鍍(Pulse Plating)直流鍍金比脈沖鍍金硬度大，延展性小，不易粘結(jié)工藝窗(Process Windows)只有在很窄的鍍金工藝窗內(nèi)，鍍層才具有滿意的摩擦學(xué)性能(摩擦系數(shù)u0.26)2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損49二、金鍍層的磨損電鍍工藝與磨損的關(guān)系（Relationship of

19、Wea圖 電鍍液中Co的含量、陰極電流密度、鉀的含量表面數(shù)字是摩擦系數(shù)。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損50圖 電鍍液中Co的含量、陰極電流密度、鉀的含量2022/磨損測(cè)試方法鍍金層經(jīng)過磨損后，作加速腐蝕實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。將紙浸以1克分子濃度的硫化鈉溶液后，置于磨損后的鍍金層上，在陰極和陽(yáng)極間通以電流（約10毫安左右）即在被磨穿的金鍍層上出現(xiàn)黑色硫化銅腐蝕物CuCu+2e；Cu+S-CuS黑色。其長(zhǎng)度大體為被磨穿的長(zhǎng)度，在顯微鏡下測(cè)量黑色腐蝕物的長(zhǎng)度（bi）之和 bi，它與總滑動(dòng)長(zhǎng)度之比即為磨損因數(shù)（= bi /B）。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損51二、金鍍層的磨

20、損磨損測(cè)試方法2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損51二2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損522022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損52一、微動(dòng)的概念定義：由于外部振動(dòng)、溫度改變、電磁振蕩在觸點(diǎn)上產(chǎn)生一個(gè)作用力，引入小幅度運(yùn)動(dòng)。作用力必須大于兩配合面之間的摩擦。微動(dòng)摩擦系數(shù)和粘結(jié)滑動(dòng)過程中金屬的摩擦系數(shù)大致相同，一般在0.15-1之間，其大小取決于磨損的嚴(yán)重性和表面是否存在潤(rùn)滑劑。很大的接觸壓力能使微動(dòng)的可能性最小化。微動(dòng)對(duì)接觸表面的損壞取決于微動(dòng)的幅度。微動(dòng)的幅度從幾個(gè)微米到200微米之間。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損53第四節(jié) 微動(dòng) FRETTING一、微動(dòng)

21、的概念2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損53微動(dòng)對(duì)電接觸造成的危害金屬轉(zhuǎn)移、磨損產(chǎn)生絕緣氧化物(表面鍍Sn-Pb合金) 微動(dòng)腐蝕Pd系和Pt系金屬具有催化作用，產(chǎn)生摩擦聚合物接觸電阻增加（電子噪音），即使在微動(dòng)停止后，仍保留非常高的接觸電阻。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損54一、微動(dòng)的概念微動(dòng)對(duì)電接觸造成的危害2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與研究微動(dòng)的目的(Objective)研究微動(dòng)降級(jí)機(jī)理觸點(diǎn)材料特性分析操作參數(shù)對(duì)接觸電阻的影響 在連接器設(shè)計(jì)中對(duì)微動(dòng)控制的指導(dǎo)使用潤(rùn)滑劑防止微動(dòng)問題和恢復(fù)失效連接器2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損55一、微動(dòng)的概念研究微動(dòng)

22、的目的(Objective)2022/10/3第五章粘結(jié) (Stick)粘著區(qū)域大約為1m相對(duì)運(yùn)動(dòng)，取決于材料、觸點(diǎn)形狀及其它因素。接觸表面之間的運(yùn)動(dòng)是由于近表面區(qū)域中接觸體的彈性變形所提供的。表面的微觀粗糙度發(fā)生粘結(jié)，直到兩接觸體被分開時(shí)才會(huì)造成接觸表面損壞。粘結(jié)滑動(dòng)混合 (Mixed stick-slip)中間的粘著區(qū)被環(huán)狀的滑動(dòng)區(qū)所包圍，幅度5 m相對(duì)運(yùn)動(dòng)，四周滑動(dòng)區(qū)(可能有裂紋形成，微動(dòng)疲勞，磨損碎屑)完全滑動(dòng) (Gross slip)在每個(gè)滑動(dòng)周期內(nèi)，所有粘結(jié)的a-斑點(diǎn)都斷開，并滑過相對(duì)接觸體的幾個(gè)微觀峰頂?；瑒?dòng)幅度為10100 m，其造成的損壞是最厲害的，會(huì)發(fā)生剝離磨損。往復(fù)滑動(dòng)

23、(Reciprocating sliding)滑動(dòng)幅度100200 m雖然在微動(dòng)時(shí)，接觸表面更易出現(xiàn)磨屑、腐蝕物、摩擦聚合物，但是，微動(dòng)和滑動(dòng)在磨損、摩擦、接觸電阻和為了減少故障而使用潤(rùn)滑劑等方面都是相同的。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損56二、微動(dòng)階段 Fretting Regimes粘結(jié) (Stick)2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨圖 微動(dòng)磨損痕跡，粘結(jié)觸點(diǎn)的特征(a)粘結(jié)微動(dòng)磨損的痕跡， Niobium, 2um, 1.09kg,100Hz, 106 cycles；(b) (a)的局部放大2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損57圖 微動(dòng)磨損痕跡，2022/10

24、/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損圖18 粘結(jié)滑動(dòng)混合ALSI 304不銹鋼的微動(dòng)區(qū)域, 4um wipe, 1.15Kg, 100Hz, 106 cycles;2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損58圖18 粘結(jié)滑動(dòng)混合2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與2)粘滯滑動(dòng)的混合（蠕動(dòng)）Mixed stick-slip：(a) 磨損區(qū)域的橫截面，表明了淺表面的塑性變形和粘結(jié)區(qū)和滑動(dòng)區(qū)邊界上表面裂縫的產(chǎn)生；(b) 滑動(dòng)區(qū)內(nèi)磨損痕跡的放大，表明了由于表面剪切作用形成的凸緣以及凸緣的初始碎裂。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損592)粘滯滑動(dòng)的混合（蠕動(dòng)）Mixed stick-slip：3)

25、大滑動(dòng)Gross slip：A1S1不銹鋼的大滑動(dòng)區(qū)域（圖b是圖a的放大）2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損603)大滑動(dòng)Gross slip：2022/10/3第五章電觸微動(dòng)腐蝕：當(dāng)觸點(diǎn)材料是非貴金屬或催化材料（如Pt系金屬），在接觸界面中將出現(xiàn)絕緣產(chǎn)物，如果絕緣產(chǎn)物是如氧化物等無(wú)機(jī)腐蝕產(chǎn)物，則這種微動(dòng)過程稱為“微動(dòng)腐蝕”。 模型2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損61四、微動(dòng)失效機(jī)理 微動(dòng)腐蝕：2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損61四、2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損62圖 顆粒界面模型Granular Interface Models微動(dòng)腐蝕的形成2022

26、/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損62圖 顆粒界面模微動(dòng)過程中的接觸電阻：系統(tǒng)在靜止?fàn)顟B(tài)中的“靜態(tài)”接觸電阻( the system at rest) 。動(dòng)態(tài)接觸電阻（接觸電阻的變化） (during fretting) ；在微動(dòng)過程中，其值將達(dá)到很高值，有時(shí)會(huì)達(dá)到幾納秒甚至更長(zhǎng)時(shí)間的開路狀態(tài)，這取決于微動(dòng)速度、周期、觸點(diǎn)材料、絕緣層的物理狀態(tài)和厚度。在數(shù)字電路中，接觸電阻的變化的實(shí)際結(jié)果是將在信號(hào)傳輸中產(chǎn)生誤碼。在電力連接器中靜態(tài)接觸電阻的升高將導(dǎo)致由焦耳熱產(chǎn)生的連接故障。 2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損63四、微動(dòng)失效機(jī)理微動(dòng)過程中的接觸電阻：2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩

27、擦與微動(dòng)腐蝕造成接觸電阻變化的機(jī)理:顆粒界面模型：微動(dòng)碎屑是由金屬顆粒、表面是氧化物的磨屑及完全被氧化的材料所組成。當(dāng)存在金屬接觸或氧化物非常薄而發(fā)生電子隧道效應(yīng)時(shí)，顆粒之間就會(huì)發(fā)生導(dǎo)電，但是這種導(dǎo)電是由金屬和絕緣顆粒形成的“顆粒金屬”的導(dǎo)電。若臨界金屬體積濃度為65，金屬含量的細(xì)微變化會(huì)使這種混合物的電阻率差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。相當(dāng)小的位移將會(huì)改變通過觸點(diǎn)的電流路徑，而引起了短時(shí)間的接觸電阻的變化。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損64四、微動(dòng)失效機(jī)理微動(dòng)腐蝕造成接觸電阻變化的機(jī)理:2022/10/3第五章電觸2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損65鍍鎳表面的微動(dòng)接觸電阻接觸壓力為10

28、0gm，微動(dòng)頻率為每周期約300秒微動(dòng)磨損區(qū)域2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損65鍍鎳表面的微動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)方法 Field and Laboratory Testing Methodologies運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生 (Generation of Movement)驅(qū)動(dòng)力的來(lái)源：熱、機(jī)械、電磁力接觸電阻測(cè)量 (Determination of Contact Resistance)微動(dòng)過程中間歇測(cè)量靜態(tài)接觸電阻微動(dòng)過程中測(cè)量瞬時(shí)接觸電阻2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損66四、微動(dòng)失效機(jī)理現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)方法 Field and Lab2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損67

29、微動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損67微動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備相同接觸材料，不形成或少量形成表面膜的金屬(Identical contact metals; non film-forming)Au-Au；Ag-Ag接觸界面很穩(wěn)定，不氧化，不生成摩擦聚合物，微動(dòng)電阻低 相同基礎(chǔ)接觸材料，微動(dòng)腐蝕 Ni-Ni；Cu-Cu；Sn-Sn；60Sn40Pb-SnPb；Al-Al室溫下自然生成的氧化膜被機(jī)械破壞，在初始的幾個(gè)周期內(nèi)電阻略有降低隨著微動(dòng)周期的增長(zhǎng)，微動(dòng)磨損顆粒的氧化和堆積使接觸電阻迅速升高 2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損68五、 材料研究 Materials Studie

30、s相同接觸材料，不形成或少量形成表面膜的金屬(Identica相同的接觸材料，表面形成摩擦聚合物 Pd-Pd微動(dòng)促進(jìn)了聚合物的形成，導(dǎo)致接觸電阻升高用含有不發(fā)生催化反應(yīng)的元素的合金來(lái)降低反應(yīng)點(diǎn)密度從而減少聚合物生成，如鈀銀合金(60Pd40Ag，70Pd30Ag, 30Pd70Ag) 不同接觸材料，其中一種形成膜層材料硬度較低的一方向硬度較高的一方轉(zhuǎn)移，致使接觸特性發(fā)生轉(zhuǎn)變。表現(xiàn)出較低硬度材料本身配合的接觸性能。(金鎳, 焊錫金鈷合金 )兩種材料的硬度相似，差異小于10%，則材料轉(zhuǎn)移是雙向的。(銅金 )2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損69五、 材料研究 Materials Studi

31、es相同的接觸材料，表面形成摩擦聚合物 2022/10/3第五章圖22 不同材料組合的微動(dòng)接觸電阻特性2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損70圖22 不同材料組合的微動(dòng)接觸電阻特性2022/10/3第五影響微動(dòng)磨損的機(jī)械參數(shù)微動(dòng)頻率：微動(dòng)頻率越低，氧化物的厚度越大，電阻升高的越快，失效所用的周期就越小。微動(dòng)距離/滑移幅度：增加摩擦距離或滑動(dòng)幅度導(dǎo)致接觸電阻快速增加，減少連接器壽命。正壓力：接觸壓力越大，接觸電阻越小且趨于穩(wěn)定，能減少微動(dòng)降級(jí)率。但對(duì)滑動(dòng)連接器來(lái)說(shuō)，接觸壓力不能設(shè)計(jì)得過大，否則，會(huì)產(chǎn)生過大的插拔力，造成接觸界面嚴(yán)重的磨損和變形。2022/10/4第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損71六、影響微動(dòng)接觸電阻的因素 影響微動(dòng)磨損的機(jī)械參數(shù)2022/10/3第五章電觸點(diǎn)的摩擦與環(huán)境（Environmental Effects） ：圍繞觸點(diǎn)的局部環(huán)境和微觀環(huán)境對(duì)微動(dòng)腐蝕影響很大。腐蝕氣體污染接觸界面產(chǎn)生膜層、微動(dòng)產(chǎn)生的磨損碎屑腐蝕都會(huì)加速微動(dòng)失效。空氣中的有機(jī)氣氛或電子元器件的封裝結(jié)構(gòu)中的塑料部件在一定條件下釋放出有機(jī)氣體，在微動(dòng)中生成摩擦聚合物，使接觸失效。溫度升高(60C