電觸點(diǎn)的摩擦磨損潤(rùn)滑

電觸點(diǎn)的摩擦、磨損及潤(rùn)滑2/5/20231廈門邁士通公司培訓(xùn)電觸點(diǎn)的摩擦、磨損及潤(rùn)滑第一節(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)第五節(jié)觸點(diǎn)潤(rùn)滑及潤(rùn)滑劑2/5/20232廈門邁士通公司培訓(xùn)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?；瑒?dòng)：和連接器的接通、斷開有關(guān)的較大相對(duì)運(yùn)動(dòng)。滑動(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。二、電接觸過程中滑動(dòng)摩擦和磨損的特點(diǎn)摩擦將使滑動(dòng)過程中能量受到損失；接觸界面的溫升，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。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。不僅要減小摩擦和磨損，而且要保證良好的電氣接觸。2/5/20233廈門邁士通公司培訓(xùn)第二節(jié)滑動(dòng)摩擦一、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－凹谷，交錯(cuò)咬合，形成接觸斑點(diǎn)，幾率多。(a)峰－峰接觸；(b)峰－谷接觸2/5/20234廈門邁士通公司培訓(xùn)一、滑動(dòng)過程中表面的接觸狀態(tài)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Fe2/5/20235廈門邁士通公司培訓(xùn)一、滑動(dòng)過程中表面的接觸狀態(tài)摩擦系數(shù)2/5/20236廈門邁士通公司培訓(xùn)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)32/5/20237廈門邁士通公司培訓(xùn)二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦變形系數(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。2/5/20238廈門邁士通公司培訓(xùn)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。2/5/20239廈門邁士通公司培訓(xùn)二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦減壓系數(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。2/5/202310廈門邁士通公司培訓(xùn)二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦膜層系數(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。2/5/202311廈門邁士通公司培訓(xùn)二、粘結(jié)情況下的滑動(dòng)摩擦摩擦力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

321

(P/H)m

2/5/202312廈門邁士通公司培訓(xùn)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。2/5/202313廈門邁士通公司培訓(xùn)三、電觸點(diǎn)材料表面的粘結(jié)基礎(chǔ)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2/5/202314廈門邁士通公司培訓(xùn)三、電觸點(diǎn)材料表面的粘結(jié)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。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0.0150>10124K硬金(氰化物)無0.01200>102合金(堿性)0.7%鎘無1355-103合金(氰化物)10％銀0.071400.754合金(氰化物)0.15%鈷0.15180<0.452/5/202315廈門邁士通公司培訓(xùn)三、電觸點(diǎn)材料表面的粘結(jié)直流鍍金與脈沖鍍金的粘結(jié)情況

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190～200較高12/5/202316廈門邁士通公司培訓(xùn)四、造成觸點(diǎn)滑動(dòng)摩擦力的其它原因擦傷造成的摩擦力：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潤(rùn)滑劑無關(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。2/5/202317廈門邁士通公司培訓(xùn)第三節(jié)滑動(dòng)磨損一、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)移而無顆粒損失；金屬流動(dòng)而測(cè)量不出材料轉(zhuǎn)移或損失。2/5/202318廈門邁士通公司培訓(xùn)一、磨損的定義與分類磨損分類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SubsurfaceWear2/5/202319廈門邁士通公司培訓(xùn)1、粘結(jié)磨損：定義：微觀峰頂粘結(jié)后在滑動(dòng)過程中被剪斷，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。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）。例：干凈的99Au-1Co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。2/5/202320廈門邁士通公司培訓(xùn)一、磨損的定義與分類熔焊磨損：當(dāng)通過接觸表面的電流密度很大時(shí)，一些高峰處溫升過高而熔化，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)在冷凝拉伸、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。2/5/202321廈門邁士通公司培訓(xùn)一、磨損的定義與分類擦傷磨損：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。2/5/202322廈門邁士通公司培訓(xùn)一、磨損的定義與分類脆斷材料拉伸強(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圖8鍍層脆斷，0.43umAu-Co/SnNi2/5/202323廈門邁士通公司培訓(xùn)一、磨損的定義與分類微動(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。2/5/202324廈門邁士通公司培訓(xùn)一、磨損的定義與分類脫層磨損(Delimination)：接觸表面間經(jīng)過大量重復(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。脫層磨損示意圖2/5/202325廈門邁士通公司培訓(xùn)一、磨損的定義與分類次表面磨損

(SubsurfaceWear)圖11次表面磨損的橫截面2/5/202326廈門邁士通公司培訓(xùn)二、金鍍層的磨損

金滑針在鍍金平面上的滑動(dòng)過程（滑動(dòng)方向不變）說明：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冷作硬化而大于平面的硬度。2/5/202327廈門邁士通公司培訓(xùn)—>代表平面運(yùn)動(dòng)方向，金觸點(diǎn)，500克負(fù)載2/5/202328廈門邁士通公司培訓(xùn)2/5/202329廈門邁士通公司培訓(xùn)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)過程中滑針和平面重量變化2/5/202330廈門邁士通公司培訓(xùn)二、金鍍層的磨損滑針磨損－金滑針在鍍金平面上的往復(fù)滑動(dòng)過程現(xiàn)象：2/5/202331廈門邁士通公司培訓(xùn)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。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)。2/5/202332廈門邁士通公司培訓(xùn)二、金鍍層的磨損對(duì)粒塊形成的影響因素滑動(dòng)方向：?jiǎn)蜗颉⑼到Y(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。

2/5/202333廈門邁士通公司培訓(xùn)二、金鍍層的磨損磨損估算鍍金層的磨損包括了粘結(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；P，正壓力；H，材料表面硬度；X，滑移長(zhǎng)度；

K，是一個(gè)無量綱數(shù)，稱作磨損系數(shù)。和接觸壓力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。2/5/202334廈門邁士通公司培訓(xùn)二、金鍍層的磨損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2/5/202335廈門邁士通公司培訓(xùn)(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。2/5/202336廈門邁士通公司培訓(xùn)2umAuCo/Cu；(b)3.3umAuCo/Cu；2umAuCo/CuBe；(d)3.3umAu/Cu(1)Au－Co合金的厚度(2)Ni中間層(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。2/5/202337廈門邁士通公司培訓(xùn)二、金鍍層的磨損表面粗糙度：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。2/5/202338廈門邁士通公司培訓(xùn)(1)粗糙度越低，磨損越??；(2)中間層鍍鎳后，不論粘結(jié)或擦傷磨損都會(huì)降低。2/5/202339廈門邁士通公司培訓(xùn)二、金鍍層的磨損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)圖電鍍液中Co的含量、陰極電流密度、鉀含量。表面數(shù)字是摩擦系數(shù)。2/5/202340廈門邁士通公司培訓(xùn)第四節(jié)微動(dòng)FRETTING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)。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。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。2/5/202341廈門邁士通公司培訓(xùn)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)失效連接器一、研究微動(dòng)的目的(Objective)2/5/202342廈門邁士通公司培訓(xùn)二、微動(dòng)階段FrettingRegimes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(Mixedstick-slip)中間的粘著區(qū)被環(huán)狀的滑動(dòng)區(qū)所包圍，幅度5m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，并滑過相對(duì)接觸體的幾個(gè)微觀峰頂。滑動(dòng)幅度為10~100m，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100~200m

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。2/5/202343廈門邁士通公司培訓(xùn)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,2m,1.09kg,100Hz,106cycles；(b)(a)的局部放大2/5/202344廈門邁士通公司培訓(xùn)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;2/5/202345廈門邁士通公司培訓(xùn)2)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。2/5/202346廈門邁士通公司培訓(xùn)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）2/5/202347廈門邁士通公司培訓(xùn)三、微動(dòng)磨損FrettingWear復(fù)合式磨損涉及粘結(jié)、磨料、氧化和疲勞磨損。一般過程：接觸壓力使接觸界面上實(shí)際承載峰頂塑性變形，產(chǎn)生粘結(jié)。小幅振動(dòng)將粘結(jié)結(jié)點(diǎn)剪切脫落，露出基體金屬表面。這些脫落顆粒和新生表面被氧化，生成的氧化磨屑，滯留在接觸界面上起著磨料作用，如此循環(huán)不止，在摩擦表面形成凹坑，邊緣堆積著磨損產(chǎn)物的氧化顆粒。磨穿現(xiàn)象(Wear-outPhenomena)貴金屬鍍層使連接器的基底金屬免受腐蝕侵襲，延長(zhǎng)了連接器使用壽命。微動(dòng)磨損會(huì)使較薄的鍍層材料在局部范圍內(nèi)完全磨穿，暴露出底層金屬，導(dǎo)致微動(dòng)腐蝕或形成摩擦聚合物，造成接觸故障。2/5/202348廈門邁士通公司培訓(xùn)四、微動(dòng)失效機(jī)理

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，則這種微動(dòng)過程稱為“微動(dòng)腐蝕”。

模型圖顆粒界面模型GranularInterfaceModels

微動(dòng)腐蝕的形成2/5/202349廈門邁士通公司培訓(xùn)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:

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。2/5/202350廈門邁士通公司培訓(xùn)圖不同材料組合的微動(dòng)接觸電阻特性2/5/202351廈門邁士通公司培訓(xùn)五、材料研究MaterialsStudies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

2/5/202352廈門邁士通公司培訓(xùn)五、材料研究MaterialsStudies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)2/5/202353廈門邁士通公司培訓(xùn)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)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)連接器來說，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。2/5/202354廈門邁士通公司培訓(xùn)六、影響微動(dòng)接觸電阻的因素環(huán)境（EnvironmentalEffects）

：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?？諝庵械挠袡C(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?？諝庵邢鄬?duì)濕度增加(由40%增加到80%)使接觸表面水分子量增加，水分子起到潤(rùn)滑作用，減少了微動(dòng)磨損，也可延長(zhǎng)觸點(diǎn)壽命。2/5/202355廈門邁士通公司培訓(xùn)六、影響微動(dòng)接觸電阻的因素溫度（ThermalEffect

）：溫度升高(60C)使接觸材料(Sn)軟化，增大了接觸面積，可延緩微動(dòng)失效。若觸點(diǎn)材料的物理特性隨溫度改變或接觸表面涂覆有潤(rùn)滑劑時(shí)，溫度將對(duì)微動(dòng)腐蝕的程度有影響。此外，溫度的升高，將使氧化速率或別的膜層形成速率增加，也將影響觸點(diǎn)特性。觸點(diǎn)形狀（ContactGeometry）R.Marten指出較小半徑的觸頭在未腐蝕樣品上的微動(dòng)電阻略高于大半徑觸頭，但是在有腐蝕膜的表面上，小半徑觸頭會(huì)產(chǎn)生較小電阻?？紤]幾何形貌的影響，正應(yīng)力是比正壓力更好的參數(shù)。

2/5/202356廈門邁士通公司培訓(xùn)六、影響微動(dòng)接觸電阻的因素電流EffectofCurrent低壓弱電流對(duì)膜層形成和接觸電阻的影響較少。電力連接器通過大電流，產(chǎn)生燒結(jié)、焦耳熱和微弧，對(duì)界面形貌、膜層形成和接觸電阻影響很大。如果電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大，使膜層發(fā)生電擊穿，造成表面膜層燒結(jié)，可使接觸電阻降低。膜層產(chǎn)生的熱量會(huì)造成加速氧化，甚至導(dǎo)致材料熔化和電氣連接的損失。2/5/202357廈門邁士通公司培訓(xùn)第五節(jié)觸點(diǎn)潤(rùn)滑及潤(rùn)滑劑一、電觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑概述電接觸中存在的問題：摩擦和磨損都是電接觸中力求減少的現(xiàn)象。電觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑的發(fā)展40~50年代：發(fā)現(xiàn)石墨可作為固體潤(rùn)滑材料，用于減少電機(jī)電刷與集流環(huán)的摩擦與磨損。50年代：接插件、開關(guān)表面電鍍貴金屬，涂覆潤(rùn)滑劑減少表面磨損，但其熔點(diǎn)過低，未真正應(yīng)用。60年代：磨損問題日趨嚴(yán)重尖銳，因此對(duì)蠟狀材料和油狀材料進(jìn)行了廣泛的研究，能否用于滑動(dòng)電接觸上。對(duì)潤(rùn)滑機(jī)理、導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。70年代后：潤(rùn)滑劑的研究和生產(chǎn)趨于成熟。80年代初：國(guó)際上已有近百種潤(rùn)滑材料用于不同要求的接觸表面。2/5/202358廈門邁士通公司培訓(xùn)一、電觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑概述電觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑定義涂覆接觸表面以減少其機(jī)械摩擦、磨損、微動(dòng)失效和減少腐蝕。其目的是為了保持觸點(diǎn)表面的完整性和保持穩(wěn)定的接觸電阻。觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑的功能若接觸界面之間合理地涂覆一層潤(rùn)滑劑，會(huì)大大地改善觸點(diǎn)性能，提高其工作可靠性。主要表現(xiàn)在：降低滑動(dòng)摩擦系數(shù)(4-5倍)，減少連接器，尤其是多觸點(diǎn)連接器的插拔力。減少表面金屬鍍層(Au，Ag，Sn等)的磨損。對(duì)薄金鍍層起到封孔防腐的作用。隔離空氣中的腐蝕氣體對(duì)金屬的侵蝕。極大地減緩或消除微動(dòng)失效。滅弧、減少觸點(diǎn)電蝕?；謴?fù)失效觸點(diǎn)。2/5/202359廈門邁士通公司培訓(xùn)一、電觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑概述電觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑的特點(diǎn)電觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑與機(jī)械潤(rùn)滑劑的區(qū)別工業(yè)用潤(rùn)滑劑是降低摩擦、防止磨損，使兩接觸表面完全分隔開，不相互摩擦。電接觸潤(rùn)滑劑在降低摩擦、防止磨損、防止表面腐蝕的同時(shí)，還要保持較低的接觸電阻。絕大多數(shù)商用潤(rùn)滑劑都是絕緣體。這意味著若潤(rùn)滑劑很厚，在接觸壓力的作用下無法獲得金屬直接接觸，而處于完全潤(rùn)滑狀態(tài)下，會(huì)使接觸電阻失效。所以只能在金屬界面間形成一層不完全薄膜，使滑動(dòng)在膜層和少量金屬間進(jìn)行，減少金屬的粘結(jié)機(jī)會(huì)，從而減少摩擦力和磨損，又能使接觸對(duì)間有一定的金屬接觸，保持較低的接觸電阻。2/5/202360廈門邁士通公司培訓(xùn)一、電觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑概述電觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑的分類按形態(tài)分為：蠟狀、液體、半液體、固體、氣體潤(rùn)滑劑。按組分分：無機(jī)物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)。電觸點(diǎn)潤(rùn)滑劑的應(yīng)用目前用于接插件、開關(guān)上的主要是蠟狀、液體、半液體潤(rùn)滑劑。用于電刷－集流環(huán)組之間的電接觸潤(rùn)滑劑：固體顆粒材料為主。大電流和高速度滑動(dòng)接觸上的應(yīng)用：氣體潤(rùn)滑劑。沒有萬能潤(rùn)滑劑

由于潤(rùn)滑材料的潤(rùn)滑機(jī)制不相同，滑動(dòng)接觸點(diǎn)的類型很多，其經(jīng)受的壓力、電流、接觸材料表面狀態(tài)及所處的環(huán)境的不同，對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合,必然有適應(yīng)各自特點(diǎn)的潤(rùn)滑劑。使用潤(rùn)滑劑時(shí)應(yīng)特別注意其所受的條件限制，否則可能適得其反，增加接觸故障機(jī)會(huì)。2/5/202361廈門邁士通公司培訓(xùn)二、蠟狀潤(rùn)滑劑蠟狀潤(rùn)滑劑的作用減少金屬微峰粘結(jié)率；使金屬與外界氣體相隔離，堵塞了金屬的微孔隙，降低金屬的腐蝕生成率。蠟狀潤(rùn)滑劑的特性蠟狀潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)較低，在使用時(shí)應(yīng)注意其熔化溫度。Antler試驗(yàn)：粗糙表面涂蠟狀潤(rùn)滑劑，單向滑動(dòng)，潤(rùn)滑劑被挖空，摩擦系數(shù)接近金屬之間的摩擦系數(shù)。往復(fù)滑動(dòng)，挖出潤(rùn)滑劑后又推進(jìn)谷中，可長(zhǎng)期使用。 結(jié)論：光滑表面谷淺，潤(rùn)滑劑被推到一處堆積起來，很難持久保持。對(duì)中性蠟，觸點(diǎn)表面粗糙度應(yīng)大于0.3~0.4μm為宜。對(duì)于極性蠟，則粗糙度可以降低。2/5/202362廈門邁士通公司培訓(xùn)二、蠟狀潤(rùn)滑劑蠟狀潤(rùn)滑劑的導(dǎo)電機(jī)理金屬間的直接接觸導(dǎo)電 蠟狀物質(zhì)都是絕緣材料，在金屬表面形成一絕緣層。由于實(shí)際上峰頂間接觸，蠟狀物很軟，峰頂處受壓力大時(shí)，便把蠟擠到周圍間隙去了，因此形成了金屬間的直接接觸導(dǎo)電。隧道效應(yīng)導(dǎo)電 另一種情況，壓力增加后，接觸處仍保留單分子層厚的潤(rùn)滑劑，但長(zhǎng)鏈部分被壓倒伏了，倒伏下來的單分子層只有5~10?厚，可通過隧道效應(yīng)導(dǎo)電，其阻值與金屬間直接接觸相差無幾。2/5/202363廈門邁士通公司培訓(xùn)二、蠟狀潤(rùn)滑劑蠟狀潤(rùn)滑劑的使用注意事項(xiàng)最低的臨界壓力蠟狀潤(rùn)滑劑都是絕緣材料，接觸壓力過小無法擠開潤(rùn)滑劑并使分子倒伏，而造成接觸狀態(tài)的不穩(wěn)定。通常把潤(rùn)滑劑溶于溶劑(1~4%)，再浸涂觸點(diǎn)，干燥后而得較薄的潤(rùn)滑劑膜。最大的通過電流電流超過此臨界值，蠟狀潤(rùn)滑劑熔化成液體，摩擦系數(shù)增加。2/5/202364廈門邁士通公司培訓(xùn)二、蠟狀潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑不應(yīng)有無機(jī)鹽或其他硬性絕緣顆?；祀s在內(nèi)，否則容易造成腐蝕和接觸不良。蠟狀潤(rùn)滑劑處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，總有一部分金屬表面未覆蓋潤(rùn)滑劑，不宜作防蝕涂料。蠟狀潤(rùn)滑劑（中性，介電常數(shù)ε=2.2～2.3）較低，在灰塵大的場(chǎng)合比液體潤(rùn)滑劑吸灰少，這是它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。粗糙度有利于儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑，但導(dǎo)致微孔增加，目前趨勢(shì)是提高表面光潔度，減少微孔，故限制了蠟狀潤(rùn)滑劑的應(yīng)用。2/5/202365廈門邁士通公司培訓(xùn)三、液體潤(rùn)滑劑和半液體潤(rùn)滑劑液體潤(rùn)滑劑的使用要求

應(yīng)用于連接器觸點(diǎn)的液體潤(rùn)滑劑一般總是很薄的，其厚度大約為10～1,000g/cm2，這取決于潤(rùn)滑劑的密度和觸點(diǎn)表面的粗糙度。潤(rùn)滑劑的厚度很薄時(shí)，一般是透明而無顏色的，通常并不可見。低揮發(fā)性。熱穩(wěn)定性和抗氧化性要好，尤其是在高溫下使用時(shí)。為了增加潤(rùn)滑劑的穩(wěn)定性，有時(shí)需要加抗氧化的添加劑。表面張力。薄液體潤(rùn)滑劑具有流動(dòng)性，最終它會(huì)從觸點(diǎn)表面上消失。液體的流動(dòng)性受其粘度的影響。2/5/202366廈門邁士通公司培訓(xùn)三、液體潤(rùn)滑劑和半液體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑劑不應(yīng)和觸點(diǎn)材料發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生難處理的固體殘留物。潤(rùn)滑劑應(yīng)是非吸濕性的。因?yàn)槲鼭裥詽?rùn)滑劑具有導(dǎo)電性，將造成臨近觸點(diǎn)之間的腐蝕。潤(rùn)滑劑應(yīng)具有分散觸點(diǎn)表面上不需要的污染物，如磨屑和塵土。無毒價(jià)格2/5/202367廈門邁士通公司培訓(xùn)三、液體潤(rùn)滑劑和半液體潤(rùn)滑劑影響液體潤(rùn)滑劑在觸點(diǎn)表面的分布的因素液體潤(rùn)滑劑在觸點(diǎn)表面的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分布情況直接影響它對(duì)觸點(diǎn)的防腐和減磨性能，主要受以下幾個(gè)因素的影響：表面張力：影響潤(rùn)滑劑的鋪展能力接觸角：影響潤(rùn)滑劑的鋪展能力粘度：影響其鋪展速度介電常數(shù)：影響其吸灰能力液體潤(rùn)滑劑的鋪展能S sa是固體在空氣中的表面能（表面張力）； la是液體在空氣中的表面能； sl是固體-液體的界面能。對(duì)于所有的潤(rùn)滑劑，la很小，而sa>sl

。2/5/202368廈門邁士通公司培訓(xùn)四、液體潤(rùn)滑劑和半液體潤(rùn)滑劑當(dāng)S>0時(shí)，液體在固體表面鋪展開，稱為潤(rùn)滑劑潤(rùn)濕固體表面。對(duì)于非極性油，S

>>0，它們?cè)诮饘俦砻嬉院苄〉慕佑|角很快地鋪展，鋪展速度