電鍍層及其質(zhì)量課件

Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications

電鍍層及其質(zhì)量10/22/20231廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications內(nèi)容10/22/20232廈門邁士通公司培訓(xùn)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)銅及其擴散第六節(jié)接觸材料的分類Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications第一節(jié)概述一、使用接觸鍍層的原因保護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)，尤其是連接器的機械和電氣性能。與機械性能有關(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。10/22/20233廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications第一節(jié)概述10/22/20234廈門邁士通公司培訓(xùn)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二、電鍍10/22/20235廈門邁士通公司培訓(xùn)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）的附著能力強易焊性微孔率低目前應(yīng)用最廣泛的材料是金及其合金；銀及其合金、鈀、銠等。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第二節(jié)金及其合金10/22/20236廈門邁士通公司培訓(xùn)一、金及其合金特點優(yōu)點：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。缺點：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

Posts

and

Telecommunications二、鍍金層微孔問題微孔的形成：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。鍍金表面微孔的形貌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面，造成接觸不良。10/22/20237廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications鍍金微孔10/22/20238廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications

10/22/20239廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications二、鍍金層微孔問題微孔形成的原因①電鍍工藝：電流、時間、鍍層厚度造成的顆粒沉積狀態(tài)②電鍍過程中沉積在被鍍表面的絕緣顆粒如灰塵、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。③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)孔隙的機會越多。10/22/202310廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications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①提高基底材料表面光潔度可大大減少微孔率；②增加鍍層厚度，顆粒之間交錯，堵塞孔隙,可使微孔率減少。若鍍金層的厚度超過5μm，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0.75～1.5微米。10/22/202311廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications

二、鍍金層微孔問題6.

解決方法10/22/202312廈門邁士通公司培訓(xùn)①

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。②

提高基底材料表面光潔度可大大減少微孔率，通?？稍阱兘鹎跋裙饬铃冦~，以填充基底材料的微觀凹凸表面，降低微孔率。③

在實際的電鍍觸點中，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，改善觸點壽命。Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications二、鍍金層微孔問題10/22/202313廈門邁士通公司培訓(xùn)7.

微孔率的檢測方法①SEM觀察：很小的微孔，較曲折的微孔難以發(fā)現(xiàn)，有時陷坑易被誤認(rèn)為是微孔，比較費事。不常用。②電腐蝕法③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。④Ni試劑法：⑤硝酸蒸汽腐蝕法：國標(biāo)，過于厲害。Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications第三節(jié)銀及其合金10/22/202314廈門邁士通公司培訓(xùn)一、銀的特點：–

銀及其合金也是常用的鍍層材料。優(yōu)點：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。缺點：易硫化，在硫化氣體中腐蝕嚴(yán)重，易造成接觸不良。Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications二、銀的腐蝕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，容易被機械除去，很少對觸點有危害作用。銀及其合金的硫化①

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：10/22/202315廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications二、銀的腐蝕②Ag2S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。10/22/202316廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications二、銀的腐蝕③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，鍍銀觸點的接觸壓力在

80g－150g左右。10/22/202317廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications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、濕度、溫度有很大的關(guān)系。10/22/202318廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications三、銀離子遷移10/22/202319廈門邁士通公司培訓(xùn)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第四節(jié)錫及其合金10/22/202320廈門邁士通公司培訓(xùn)一、錫及其合金的特點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：價格低廉，易于覆蓋（對基底的附著力強），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：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二、錫的氧化膜10/22/202321廈門邁士通公司培訓(xùn)錫易在空氣中生成氧化錫氧化錫絕緣，質(zhì)地硬而脆。但錫質(zhì)地很軟。接觸特點加壓于氧化錫上后，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三、錫的微動失效10/22/202322廈門邁士通公司培訓(xùn)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。因此設(shè)計錫接觸點應(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四、錫須錫須的產(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。避免錫須的辦法是加入少量的鉛(<4%Pb)，使之成為錫鉛合金。由于Sn-Pb合金的熔點低于純錫，所以它們更容易焊接。Sn-Pb合金鍍層的厚度一般在2.5～5μm，其中間層金屬一般選用Ni或Cu；接觸壓力不小于100gm，因為必須要破裂或除去表面的氧化劑而得到低的接觸

電阻。

10/22/202323廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications

圖 錫須

Wisker10/22/202324廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications五、不同材料接觸對10/22/202325廈門邁士通公司培訓(xùn)1.錫及其合金為表面鍍層的插頭在使用時應(yīng)注意不要插入鍍金插座內(nèi)，因為二者電極電位相差很大，在潮濕環(huán)境下，Sn將成為陽極而受到腐蝕，生成的腐蝕物會造成接觸不良。Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications六、中間相化合物10/22/202326廈門邁士通公司培訓(xùn)錫和錫－鉛合金鍍在Cu基底上將形成如

Cu6Sn5和Cu3Sn的中間相化合物。它們的硬度比Sn大，導(dǎo)電性比Sn差。錫和錫－鉛合金的滑動磨損的一個重要問題是中間相化合物對摩擦系數(shù)和接觸電阻的影響。Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications

圖9

銅錫中間相

(

Intermetallics

)（a）拔出力變化（b）接觸電阻變化10/22/202327廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications第五節(jié)銅及其擴散一、銅對金表面的擴散對電接觸的影響當(dāng)金直接電鍍在銅及其合金上，經(jīng)歷一段時間后，特別是當(dāng)環(huán)境溫度較高時，金表面出現(xiàn)氧化銅膜層而導(dǎo)致電接觸失效。主要原因是作為基底的銅擴散到金表面后被氧化而造成的。擴散方式①高溫時（250-1000

C）的擴散主要通過晶粒內(nèi)部而進行，它對溫度非常敏感；溫度越高，擴散速度越快。②低溫時（20-250

C）的擴散主要通過晶界及位錯進行，對溫度的敏感相對來說較低。10/22/202328廈門邁士通公司培訓(xùn)Beijing

University

of

Posts

and

Telecommunications

二、擴散定理1.

擴散第二定律C為原子濃度；t為擴散時間；x為擴散距離；D為擴散系數(shù)①擴散系數(shù)D0為頻