第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損課件

第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損周怡琳ylzhou@.2023/8/91第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損周怡琳.2023/8/11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)第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損.2023/8/92第一節(jié)

緒論第五章電觸點(diǎn)的摩擦與磨損.2023/8/12一、摩擦、磨損是滑動(dòng)電接觸中的重要現(xiàn)象?；瑒?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(guò)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，因而造成腐蝕和接觸不良。第一節(jié)

緒論.2023/8/93一、摩擦、磨損是滑動(dòng)電接觸中的重要現(xiàn)象。第一節(jié)

緒論.2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(guò)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(guò)程而使電氣連接失效。二、電接觸過(guò)程中滑動(dòng)摩擦和磨損的特點(diǎn).2023/8/94不僅為了減小摩擦和磨損，而且要保證良好的電氣接觸。二、電接觸一、滑動(dòng)過(guò)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－凹谷，交錯(cuò)咬合，形成接觸斑點(diǎn)，幾率多。第二節(jié)滑動(dòng)摩擦(a)峰－峰接觸； (b)峰－谷接觸.2023/8/95一、滑動(dòng)過(guò)程中表面的接觸狀態(tài)第二節(jié)滑動(dòng)摩擦(a)峰－峰接兩元件在接觸力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(guò)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)面在粘結(jié)界面剪切力>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Fe一、滑動(dòng)過(guò)程中表面的接觸狀態(tài).2023/8/96兩元件在接觸力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)分量一一、滑動(dòng)過(guò)程中表面的接觸狀態(tài)摩擦系數(shù).2023/8/97一、滑動(dòng)過(guò)程中表面的接觸狀態(tài)摩擦系數(shù).2023/8/17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)3二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦.2023/8/98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0.2～1.2之間；H為材料表面硬度；P為正向接觸壓力。二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦.2023/8/99變形系數(shù)0：二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦.2023/8/19二、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(guò)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X’Y’，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，1=1.01.5。.2023/8/910二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦滑移系數(shù)1：.2023/8/110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。二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦.2023/8/911減壓系數(shù)2：二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦.2023/8/111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。二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦.2023/8/912膜層系數(shù)3：二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦.2023/8/112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=3A2m+(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；F3A2m

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(P/H)m

二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦.2023/8/913摩擦力F：二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦.2023/8/113二、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。.2023/8/914二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦摩擦系數(shù)及其影響因素：.2023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)，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)程度三、電觸點(diǎn)材料表面的粘結(jié).2023/8/915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較大較小常用觸點(diǎn)材料在空氣中膜層生長(zhǎng)及粘結(jié)程度.2023/8/916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。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)0.0150>10124K硬金(氰化物)無(wú)0.01200>102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<0.45.2023/8/917直流鍍金的粘結(jié)：三、電觸點(diǎn)材料表面的粘結(jié)鍍金狀態(tài)合金成分含碳直流鍍金與脈沖鍍金的粘結(jié)情況

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)順序直流鍍金

(氰化物)0.18~0.2%Co有230低2脈沖鍍金(寬度10毫秒，間隔150毫秒)0.25%Co無(wú)190～200較高1.2023/8/918直流鍍金與脈沖鍍金的粘結(jié)情況三、電觸點(diǎn)材料表面的粘結(jié)鍍金狀擦傷造成的摩擦力：較硬的材料嵌入較軟材料中，當(dāng)二者有相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，軟材料被劃傷而產(chǎn)生的現(xiàn)象。這種摩擦力與表面有無(wú)潤(rùn)滑劑無(wú)關(guān)，即潤(rùn)滑劑不能減少因擦傷而產(chǎn)生的摩擦力。它與材料硬度、擦傷面的角度等因素有關(guān)。接插件的拔出力大體是粘結(jié)與擦傷造成的摩擦力之和，但接插件的插入力往往大于拔出力。這是由于一些其它因素，如插針張開插孔時(shí)所需的力以及插針與插孔同心度不好時(shí)產(chǎn)生的附加力等所造成的。四、造成觸點(diǎn)滑動(dòng)摩擦力的其它原因.2023/8/919擦傷造成的摩擦力：四、造成觸點(diǎn)滑動(dòng)摩擦力的其它原因.2023一、磨損的定義與分類磨損的定義Definitionofwear由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)造成的固體表面材料損失（Thelossofparticulatematerialfromsolidsurfacesasaresultofmechanicalaction）在接觸界面之間經(jīng)滑動(dòng)摩擦后表面材料損失通常以磨損顆粒的形式出現(xiàn)，但有時(shí)表面之間金屬轉(zhuǎn)移卻未有一定量的磨粒也稱為磨損。推廣尺寸改變；金屬轉(zhuǎn)移而無(wú)顆粒損失；金屬流動(dòng)而測(cè)量不出材料轉(zhuǎn)移或損失。第三節(jié)滑動(dòng)磨損.2023/8/920一、磨損的定義與分類第三節(jié)滑動(dòng)磨損.2023/8/120磨損分類ClassificationofWear粘結(jié)Adhesion熔焊Fritting擦傷Abrasion脆斷BrittleFracture微動(dòng)Fretting脫層Delamination次表面磨損SubsurfaceWear一、磨損的定義與分類.2023/8/921磨損分類ClassificationofWear一粘結(jié)磨損：定義：微觀峰頂粘結(jié)后在滑動(dòng)過(guò)程中被剪斷，剪斷出現(xiàn)在剪切強(qiáng)度較低的部位，但不一定在接觸界面上。被剪斷的材料或粘結(jié)轉(zhuǎn)移到另一表面上去或成為磨損顆粒而離開接觸界面。一、磨損的定義與分類.2023/8/922粘結(jié)磨損：一、磨損的定義與分類.2023/8/122粘結(jié)磨損率與壓力有關(guān)，見圖輕微磨損階段(MildWear)：由于表面有膜層，磨損率很低，磨損產(chǎn)物是氧化物的微粒（10-2～10-4mm）。嚴(yán)重磨損階段(SevereWear)：當(dāng)接觸壓力增加到某一臨界值后，磨損率突然急劇上升，這是由于膜層被磨損掉后金屬之間粘結(jié)面積增大所致。磨損顆粒是大的金屬顆粒（1～10-1mm）粘結(jié)磨損.2023/8/923粘結(jié)磨損率與壓力有關(guān)，見圖粘結(jié)磨損.2023/8/123轉(zhuǎn)折點(diǎn)增加負(fù)載、潤(rùn)滑失效對(duì)所有金屬表面，都存在臨界接觸載荷，其值和在滑動(dòng)過(guò)程中外來(lái)污染物的除去有關(guān)。干凈的Au-Co鍍層在空氣中進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)，其臨界載荷為25gf99Au1Co合金的臨界載荷為5gf。粘結(jié)磨損是滑動(dòng)電接觸的主要磨損現(xiàn)象。粘結(jié)磨損.2023/8/924轉(zhuǎn)折點(diǎn)粘結(jié)磨損.2023/8/124熔焊磨損：當(dāng)通過(guò)接觸表面的電流密度很大時(shí)，一些高峰處溫升過(guò)高而熔化，造成金屬間轉(zhuǎn)移，也會(huì)出現(xiàn)磨粒。磨粒形式和成分有很大不同。熔焊時(shí)的接觸峰頂經(jīng)熔化成液態(tài)再冷凝拉伸、切斷，并在接觸界面峰頂之間繼續(xù)滾動(dòng)、熔化冷凝切斷，因而形狀很特殊，顆粒常有空洞和拉絲。一、磨損的定義與分類.2023/8/925熔焊磨損：一、磨損的定義與分類.2023/8/125擦傷磨損：接觸對(duì)相互磨損產(chǎn)生碎屑(Two-bodyabrasion)嵌入接觸面的磨損碎屑與接觸對(duì)的磨損(Three-bodyabrasion)滑動(dòng)接觸界面間有磨損顆粒和粘結(jié)的粒塊時(shí)，經(jīng)過(guò)在界面間滑動(dòng)后，表面冷作硬化，以致硬度比接觸界面材料還高，它們可能鑲嵌在或粘結(jié)在一個(gè)接觸表面上而擦傷另一表面。擦傷磨損常與粘結(jié)磨損一起發(fā)生。一、磨損的定義與分類.2023/8/926擦傷磨損：一、磨損的定義與分類.2023/8/126脆斷材料拉伸強(qiáng)度小于壓縮強(qiáng)度時(shí)發(fā)生脆斷滑道中有裂紋基底材料暴露易腐蝕潤(rùn)滑劑不能減少擦傷磨損或脆斷一、磨損的定義與分類圖8鍍層脆斷，

0.43umAu-Co/SnNi.2023/8/927脆斷一、磨損的定義與分類圖8鍍層脆斷，.2023/8/微動(dòng)磨損(Fretting)在接觸面間由于微小擾動(dòng)或振動(dòng)（或由外界熱脹冷縮效應(yīng)造成），表面受到磨損，引起基底材料外露造成腐蝕而使接觸電阻升高的現(xiàn)象。一、磨損的定義與分類.2023/8/928微動(dòng)磨損(Fretting)一、磨損的定義與分類.2023/脫層磨損(Delimination)：接觸表面間經(jīng)過(guò)大量重復(fù)滑動(dòng)后，材料內(nèi)部的空穴逐漸在表面層下成核并形成裂紋，這種裂紋擴(kuò)大后造成層狀剝落并呈薄片磨粒。如滑動(dòng)次數(shù)不多時(shí)，這種磨損現(xiàn)象并不多見。一、磨損的定義與分類脫層磨損示意圖.2023/8/929脫層磨損(Delimination)：一、磨損的定義與分類脫次表面磨損(SubsurfaceWear)一、磨損的定義與分類圖11次表面磨損的橫截面.2023/8/930次表面磨損(SubsurfaceWear)一、磨損的定義金滑針在鍍金平面上的滑動(dòng)過(guò)程（滑動(dòng)方向不變）粒塊的形成：當(dāng)滑針與平面相接觸時(shí)，在一定壓力下產(chǎn)生粘結(jié)，滑動(dòng)后粘結(jié)部分被切斷并繼續(xù)粘結(jié)產(chǎn)生了粒塊。當(dāng)兩個(gè)接觸表面面積不同時(shí)（比如滑針在平面上滑動(dòng)的現(xiàn)象），粘塊總是粘在面積小的滑針表面。因此滑針與平面間的滑動(dòng)，實(shí)際上是粒塊與平面間的滑動(dòng)。在摩擦過(guò)程中粒塊被加工硬化，其硬度比平面上的金屬大，從而擦傷平面。平面不僅因粘結(jié)損失金屬，而且也因粒塊擦傷損失金屬。如果滑動(dòng)方向不變，粒塊加大到一定程度時(shí)，便以磨粒形式脫離表面而嵌入平面，而使滑針與平面重新接觸。由此可見，如果滑動(dòng)方向不變時(shí)，滑針將不規(guī)則地增加重量，而平面則不斷損失重量。光滑平面上經(jīng)過(guò)滑行將變得表面粗糙不平。二、金鍍層的磨損

.2023/8/931金滑針在鍍金平面上的滑動(dòng)過(guò)程（滑動(dòng)方向不變）二、金鍍層的磨損粒塊形成機(jī)理a代表粒塊粘附的表面，—>代表平面運(yùn)動(dòng)方向單向滑動(dòng)過(guò)程中滑針和平面重量變化.2023/8/932粒塊形成機(jī)理單向滑動(dòng)過(guò)程中滑針和平面重量變化.2023/8/—>代表平面運(yùn)動(dòng)方向，金觸點(diǎn)，500克負(fù)載.2023/8/933—>代表平面運(yùn)動(dòng)方向，金觸點(diǎn)，500克負(fù)載.2023/8/1.2023/8/934.2023/8/134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(guò)冷作硬化而大于平面的硬度。二、金鍍層的磨損

.2023/8/935說(shuō)明：二、金鍍層的磨損.2023/8/135滑針磨損－金滑針在鍍金平面上的往復(fù)滑動(dòng)過(guò)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)或成為磨粒或鑲?cè)肫矫?。如果往?fù)滑動(dòng)在同一軌跡上，則經(jīng)過(guò)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。二、金鍍層的磨損.2023/8/936滑針磨損－金滑針在鍍金平面上的往復(fù)滑動(dòng)過(guò)程二、金鍍層的磨損.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。二、金鍍層的磨損.2023/8/937轉(zhuǎn)折點(diǎn)二、金鍍層的磨損.2023/8/137二、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)。.2023/8/938二、金鍍層的磨損轉(zhuǎn)折點(diǎn)的滑行次數(shù)t：.2023/8/138對(duì)粒塊形成的影響因素滑動(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。

二、金鍍層的磨損.2023/8/939對(duì)粒塊形成的影響因素二、金鍍層的磨損.2023/8/139二、金鍍層的磨損粘結(jié)磨損.2023/8/940二、金鍍層的磨損粘結(jié)磨損.2023/8/140二、金鍍層的磨損擦傷磨損.2023/8/941二、金鍍層的磨損擦傷磨損.2023/8/141二、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.2023/8/942二、金鍍層的磨損磨損估算.2023/8/142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(guò)50gf后，磨損系數(shù)K基本為一常數(shù)，其值大約為3.110-4。二、金鍍層的磨損.2023/8/943金鍍層的K和P的關(guān)系：二、金鍍層的磨損.2023/8/14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(guò)程起著重要的作用。因此，當(dāng)觸點(diǎn)是由多層金屬通過(guò)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二、金鍍層的磨損.2023/8/944影響鍍金層磨損的因素二、金鍍層的磨損.2023/8/144(1)Au－Co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Au－Co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。.2023/8/945(1)Au－Co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(1)Au－Co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。.2023/8/9462umAuCo/Cu；(b)3.3umAuCo/Cu；(1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。二、金鍍層的磨損.2023/8/947表面粗糙度：二、金鍍層的磨損.2023/8/147(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。.2023/8/948(1)粗糙度越低，磨損越??；.2023/8/148電鍍工藝與磨損的關(guān)系（RelationshipofWeartoPlatingProcess）脈沖電鍍(PulsePlating)直流鍍金比脈沖鍍金硬度大，延展性小，不易粘結(jié)工藝窗(ProcessWindows)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)u<0.26)二、金鍍層的磨損.2023/8/949電鍍工藝與磨損的關(guān)系（RelationshipofWea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)。.2023/8/950圖電鍍液中Co的含量、陰極電流密度、鉀的含量.2023磨損測(cè)試方法鍍金層經(jīng)過(guò)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）。二、金鍍層的磨損.2023/8/951磨損測(cè)試方法二、金鍍層的磨損.2023/8/151

.2023/8/952 .2023/8/152一、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(guò)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。第四節(jié)微動(dòng)FRETTING.2023/8/953一、微動(dòng)的概念第四節(jié)微動(dòng)FRETTING.2023/8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。一、微動(dòng)的概念.2023/8/954微動(dòng)對(duì)電接觸造成的危害一、微動(dòng)的概念.2023/8/154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(wèn)題和恢復(fù)失效連接器一、微動(dòng)的概念.2023/8/955研究微動(dòng)的目的(Objective)一、微動(dòng)的概念.2023粘結(jié)(Stick)粘著區(qū)域大約為1μm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(Mixedstick-slip)中間的粘著區(qū)被環(huán)狀的滑動(dòng)區(qū)所包圍，幅度5μm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)(Grossslip)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(guò)相對(duì)接觸體的幾個(gè)微觀峰頂?；瑒?dòng)幅度為10~100μm，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)(Reciprocatingsliding)滑動(dòng)幅度100~200μm

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。二、微動(dòng)階段FrettingRegimes.2023/8/956粘結(jié)(Stick)二、微動(dòng)階段FrettingRe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,106cycles；(b)(a)的局部放大.2023/8/957圖微動(dòng)磨損痕跡，.2023/8/157圖18粘結(jié)－滑動(dòng)混合ALSI304不銹鋼的微動(dòng)區(qū)域,4umwipe,1.15Kg,100Hz,106cycles;.2023/8/958圖18粘結(jié)－滑動(dòng)混合.2023/8/1582)粘滯滑動(dòng)的混合（蠕動(dòng)）Mixedstick-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。.2023/8/9592)粘滯滑動(dòng)的混合（蠕動(dòng)）Mixedstick-slip：3)大滑動(dòng)Grossslip：A1S1不銹鋼的大滑動(dòng)區(qū)域（圖b是

圖a的放大）.2023/8/9603)大滑動(dòng)Grossslip：.2023/8/160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(guò)程稱為“微動(dòng)腐蝕”。

模型四、微動(dòng)失效機(jī)理

.2023/8/961微動(dòng)腐蝕：四、微動(dòng)失效機(jī)理.2023/8/161圖顆粒界面模型GranularInterfaceModels

微動(dòng)腐蝕的形成.2023/8/962圖顆粒界面模型GranularInterfaceMod微動(dòng)過(guò)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(thesystematrest)

。動(dòng)態(tài)接觸電阻（接觸電阻的變化）(duringfretting)

；在微動(dòng)過(guò)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。

四、微動(dòng)失效機(jī)理.2023/8/963微動(dòng)過(guò)程中的接觸電阻：四、微動(dòng)失效機(jī)理.2023/8/163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(guò)觸點(diǎn)的電流路徑，而引起了短時(shí)間的接觸電阻的變化。四、微動(dòng)失效機(jī)理.2023/8/964微動(dòng)腐蝕造成接觸電阻變化的機(jī)理:四、微動(dòng)失效機(jī)理.2023/鍍鎳表面的微動(dòng)接觸電阻接觸壓力為100gm，微動(dòng)頻率為每周期約300秒微動(dòng)磨損區(qū)域.2023/8/965鍍鎳表面的微動(dòng)接觸電阻微動(dòng)磨損區(qū)域.2023/8/165現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)方法

FieldandLaboratoryTestingMethodologies運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生(GenerationofMovement)驅(qū)動(dòng)力的來(lái)源：熱、機(jī)械、電磁力接觸電阻測(cè)量(DeterminationofContactResistance)微動(dòng)過(guò)程中間歇測(cè)量靜態(tài)接觸電阻微動(dòng)過(guò)程中測(cè)量瞬時(shí)接觸電阻四、微動(dòng)失效機(jī)理.2023/8/966現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)方法

FieldandLab微動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備.2023/8/967微動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備.2023/8/167相同接觸材料，不形成或少量形成表面膜的金屬(Identicalcontactmetals;nonfilm-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

五、材料研究MaterialsStudies.2023/8/968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)五、材料研究MaterialsStudies.2023/8/969相同的接觸材料，表面形成摩擦聚合物五、材料研究Mate圖22不同材料組合的微動(dòng)接觸電阻特性.2023/8/970圖22不同材料組合的微動(dòng)接觸電阻特性.2023/8/170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