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汽车连接器的接触失效原因

    跟据现场分析和试验数据可以看出,接触失效是连接器最主要的失效模式,其占比为45.1%。接触电阻的增长和触点的瞬断是这失效形式的主要表现。造成接触失效的主要原因为:接触力的变化、摩擦磨损和材料表面的质量降低,根据电接触原理,结合汽车连接器材料、结构和工作环境对以上失效机理进行分析:

    1、接触力的变化连接器的配合是通过材料的变形来实现的,一般情况下阴极件(即插座)上有性能良好的弹性元件,阳极件(即插针)为刚性元件。在插针插入插座的过程中发生过盈配合,导致插座上的弹性元件变形产生正压力来保持触点接触。所以整个接触对的可靠性由弹性元件的性能和提供接触力的大小来决定。随着使用时间的增加,弹性元件的材料性能会发生改变,疲劳和应力松弛带来的是弹性元件失去原有弹性发生塑性变形。在这些变化过程中接触力逐渐降低,引发连接器的失效。同时汽车发动机产生的热量所带来的热应力,会使材料的强度降低,接触压力减小。汽车连接器材料的蠕变会发生在长期的高温工作环境下,伴随这种变化的是材料的应力松弛甚至不同形式的断裂从而引发接触压力的波动。其对连接器可靠性危害是很大的。汽车行驶过程中,受到路面情况的影响难免会产生颠簸,连接器触点在这种外在“颠簸”激励(具体可表现为振动,冲击)影响下会发生碰撞和变形,这将有可能引发触点接触力的变化使得连接器电阻发生较大波动,当接触力变化到一定范围以下时,则会引起连接器瞬断失效。

    2、摩擦磨损汽车连接器在使用过程中插针和插座会发生相对运动,由于弹性力的存在,这种运动总是伴随着触点配合表面间的摩擦。材料表面的微观凸起和凹陷在摩擦过程中会收到剪切力的作用,随着摩擦程度的加剧剪切力的大小也随之提高,当剪切力达到一定极限时,表面的凸起会被切断然后在另一表面上粘接或者散落到触点界面之外,粘接的颗粒的硬度随着颗粒在接触面间反复运动而逐渐升高,这些硬度高的颗粒会擦伤材料表面,长时间的擦伤会使得接触电阻升高,导致触电失效,同时缩短了连接器的使用寿命。摩擦过程中所带来的热量,会加速材料表面氧化物的产生形成膜层,导致接触电阻升高触点失效。摩擦磨损通常发生在材料硬度低,强度极限小,表面粗糙不平的触点当中。

    3、材料表面质量的降低连接器触点表面需要镀上一层金属来提高材料的性能,汽油污渍,道路粉尘、气体等污染物散落在这层镀层表面形成膜层。分子极性和范德华力的存在会诱使镀层表面吸附氧化物膜层,如二氧化碳会吸附在铜材料的表面。材料的化学反应会使镀层金属生成氧化物膜层,例如接触表面镀锡时,如果接触压力不高,极易产生厚实而致密的氧化物。这些膜层降低了电流通过的面积致使接触电阻增大发生失效现象。高温会加速这些膜层的生长于吸附。采用镀金层或镀银层可以在一定程度防止这些膜层的产生和吸附,金的化学性质稳定,空气中很难被氧化,但金价格昂贵,硬度较低易发生粘接磨损,因此也不能保证触点表面质量百分之百的稳定。银的价格较金来说相对低廉,硬度比金大,粘接磨损程度较小,但银对环境中的含硫成分特别敏感,空气只需要几个ppb含量的硫就能腐蚀银镀层导致接触失效。这些镀层在形成过程中由于不同工艺的原因,镀层表面难免会存在许多细小的空隙。环境中的电解质溶液通过这些细小的空隙渗透到基体材料中,由于基体材料电极电位与镀层材料电极电位的差异,在这些渗透的电解质作用下发生原电池反应形成腐蚀产物,这些腐蚀产物从空隙中向外延伸,导致接触失效。

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