影響接觸電阻的因素
文章出處：亞森路電子有限公司 瀏覽次數(shù)：發(fā)表時(shí)間：2020-12-04
| 影響接觸電阻的因素 | |
| 影響接觸電阻的因素很多，為便于系統(tǒng)地掌握，這里再將主要因素綜述一下。 | |
| 1 觸點(diǎn)材料（包括表面鍍層村料） | |
| 為了防止觸點(diǎn)冷焊，需要用硬度較高的觸點(diǎn)材料，如銠/金鈷合金等。但為要獲得低的接觸電阻，改善接觸性能，材料硬度又不宜太高。因此，要根據(jù)實(shí)際需要來選擇。 | |
| 材料的化學(xué)穩(wěn)定性要好，抗污染、抗腐蝕、抗氧化能力要強(qiáng)，材料的導(dǎo)電性能要好，電阻率要低，以滿足接觸電阻小而穩(wěn)定的要求。 | |
| 2 觸點(diǎn)接觸壓力 | |
| 觸點(diǎn)接觸壓力越大，接觸面積越大，接觸電阻越小。但觸點(diǎn)壓力增大到一定數(shù)值時(shí)， 觸電阻的減小已不明顯，反而會(huì)使觸點(diǎn)的機(jī)械磨損和電磨損增大。因此，觸點(diǎn)壓力應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。 | |
| 3 觸點(diǎn)形狀和接觸形式 | |
| 接觸形式與觸點(diǎn)形狀有密切關(guān)系，點(diǎn)接觸時(shí)接觸電阻大；線接觸時(shí)接觸電阻要小些；面接觸時(shí)接觸電阻更小些。在中小功率的繼電器多采用線、面接觸，以提高抗熔接、抗腐蝕能力。在小型繼電器中往往還采用橋式接觸形式和分叉的雙觸點(diǎn)接觸形式，以適應(yīng)頻繁動(dòng)作，提高接觸可靠性。另外，大尺寸的觸點(diǎn)雖然接觸電阻可以減小，但尺寸太大既浪費(fèi)材料又增大了體積和重量，而且會(huì)使回跳增多和回跳時(shí)間延長，增大觸點(diǎn)磨損，也降低了抗振動(dòng)、抗沖擊的能力。 | |
| 4 表面光浩度 | |
| 觸點(diǎn)表面加工的光潔度越高，實(shí)際接觸點(diǎn)越多，是時(shí)不易粘附塵埃、吸附有害氣體和潮氣，增強(qiáng)了抗腐蝕的能力，同時(shí)減小了接觸電阻。一般為▽6－▽8.太高了就要拋光和研磨，拋光膏的存在會(huì)增大有機(jī)污染的機(jī)會(huì)，是極為不利的。光潔度過高也會(huì)增大冷焊的機(jī)會(huì)。 | |
| 5 觸點(diǎn)污染 | |
| 污染物有塵埃、潮氣、纖維、有機(jī)氣體的液體等，來自周圍環(huán)境和加工工藝過程及繼電器本身的結(jié)構(gòu)材料（如絕緣材料).污染是影響接觸電阻的重要因素，會(huì)產(chǎn)生較大的膜電阻和化學(xué)腐蝕，增大接觸電阻，降低壽命。因此要求整潔生產(chǎn)和超凈生產(chǎn)以減少污染。采用全密封技術(shù)或接觸系統(tǒng)、電磁系統(tǒng)單獨(dú)密封技術(shù)都是抗污染的措施之一。 | |
| 6 觸點(diǎn)溫度 | |
| 觸點(diǎn)表面溫度的增加（包括環(huán)境溫度和觸點(diǎn)本身溫度的增加），會(huì)使其表面狀況、接觸面積都會(huì)發(fā)生變化。在觸點(diǎn)壓力不變的情況下，溫度升高會(huì)使電阻增大，因此接觸電阻增大，溫度升高到一定程度時(shí)，會(huì)使觸點(diǎn)軟化，接觸面積增大，接觸電阻下降。另外，溫度升高會(huì)加劇觸點(diǎn)金屬氧化和化學(xué)腐蝕，不利于工作的穩(wěn)定和可靠。改善散熱條件的措施有:充入高壓氣體或罩殼涂黑 | |
| 電器開關(guān)的電觸點(diǎn)是電接觸系統(tǒng)中重要部位之一，文章通過對(duì)觸點(diǎn)失效因素和失效機(jī)理的分析，詳細(xì)地論述了觸點(diǎn)保護(hù)和潤滑新工藝對(duì)電接觸點(diǎn)可靠性的改善效果和改善機(jī)理，同時(shí)提出了觸點(diǎn)潤滑劑的選擇和使用原則。 | |
| 影響觸點(diǎn)表面間電流導(dǎo)通量的因素：在了解觸點(diǎn)潤滑劑對(duì)提高觸點(diǎn)電氣性能的作用機(jī)理之前，必須首先了解下列影響觸點(diǎn)表面間電流導(dǎo)通量的幾個(gè)主要因素。 | |
| 1． 觸點(diǎn)本身的污染腐蝕 | |
| 通常情況下，觸點(diǎn)是工作在密封或非密封環(huán)境中。觸點(diǎn)工作在非密封環(huán)境時(shí)，因空氣中含有不同性質(zhì)的污染物質(zhì)，使外露的金屬表面必然會(huì)受到不同程度的污染。即使工作在密封環(huán)境中的觸點(diǎn)，由于工作介質(zhì)的自身特性同樣會(huì)分解釋放出不同含量和性質(zhì)的有機(jī)氣體，因此也會(huì)引起觸點(diǎn)表面不同程度的污染。 | |
| 觸點(diǎn)表面的污染所帶來的直接危害就是，由污染物所形成的表面膜使觸點(diǎn)表面的接觸電阻明顯增加。為了使承擔(dān)載流工作的電接觸系統(tǒng)能正常工作，必須有效地去除這種保護(hù)膜。 | |
| 2． 觸點(diǎn)間的電弧腐蝕 | |
| 在電接觸系統(tǒng)中，當(dāng)觸點(diǎn)閉合或打開負(fù)載時(shí)，對(duì)電流強(qiáng)度約在1A以上的開關(guān)裝置通常發(fā)生弧光放電現(xiàn)象。由于弧光放電會(huì)使觸點(diǎn)表面產(chǎn)生瞬間的局部高溫，而造成金屬表面的熔化、氣化及變形，同時(shí)還會(huì)使空氣中或電接觸系統(tǒng)內(nèi)部氣體中的雜質(zhì)污染金屬表面，而形成一層有機(jī)或無機(jī)膜?；」夥烹姮F(xiàn)象將引起觸點(diǎn)接觸表面的接觸電阻增大。 | |
| 弧光放電也會(huì)在觸點(diǎn)表面之間的空氣中引起電化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生硝酸，先是在觸點(diǎn)表面產(chǎn)生腐蝕膜，然后再形成一層不導(dǎo)電的金屬化合物 | |
| 觸點(diǎn)表面之間的空氣在弧光放電的作用下產(chǎn)生的電離以及電離后產(chǎn)生的高溫，同時(shí)伴隨著觸點(diǎn)表面之間金屬離子的“遷移”現(xiàn)象。這類電化學(xué)現(xiàn)象在完成直流電路的載流過程中表面的尤為突出。這種因弧光放電而產(chǎn)生的“遷移”現(xiàn)象主要表面為觸點(diǎn)產(chǎn)生的“尖頭”和“火山口”型弧光放電腐蝕損傷。 | |
| 這里應(yīng)特別指出的是：除了上述觸點(diǎn)載流密度是引起弧光放電的原因外，觸點(diǎn)表面的光潔度也是引起弧光放電的原因。不論是固定或非固定式觸點(diǎn)，由于兩個(gè)觸點(diǎn)表面之間的粗糙不平而引起的弧光放電，也會(huì)使觸點(diǎn)表面過早地遭受弧光放電腐蝕。 | |
| 在弧光放電腐蝕中，阻性負(fù)載對(duì)觸點(diǎn)的危害是最小的。由于阻性負(fù)載相對(duì)比較固定，觸點(diǎn)在進(jìn)行載流工作時(shí)電流不受脈動(dòng)影響。而感性負(fù)載（例如馬達(dá)等）在起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的起動(dòng)電流是正常工作電流的近十倍，使觸點(diǎn)在進(jìn)行這種存在電流密度突變的載流工作時(shí)，受到的弧光放電腐蝕的危害更大。急速增加的電流密度同樣會(huì)使觸點(diǎn)的發(fā)熱量加劇，也會(huì)使弧光放電腐蝕及觸點(diǎn)表面的熔結(jié)更為嚴(yán)重。對(duì)于容性負(fù)載（如鎢絲燈等），它具有與感性負(fù)載相類似的起動(dòng)電流，如何保護(hù)觸點(diǎn)則必須給予認(rèn)真對(duì)待。 | |
| 就上面的論述而言，凡是進(jìn)行載流工作的電接觸系統(tǒng)，如果它工作的環(huán)境存在弧光放電腐蝕的可能，則在設(shè)計(jì)電接觸系統(tǒng)時(shí)必須要特別關(guān)注，并采取必要的措施，使弧光放電腐蝕控制在最低限度。 | |
| 3． 觸點(diǎn)接觸面間的機(jī)械磨損腐蝕 | |
| 眾所周知，不論是化學(xué)涂敷還是機(jī)械加工，都無法制造出表面絕對(duì)光潔平滑的觸點(diǎn)，即使在客觀上用肉眼觀察其表面是非常光滑的，但在微觀上觸點(diǎn)表面仍存在許多微小的凹凸。這就是說，觸點(diǎn)的實(shí)際接觸面積總是小于理論接觸面積，也正是由于實(shí)際接觸面積的減小而使觸點(diǎn)表面工作溫度上升、載流效率下降，這是觸點(diǎn)燒損的主要原因之一。這種現(xiàn)象在功率開關(guān)系統(tǒng)中表現(xiàn)得尤其明顯。 | |
| 機(jī)械結(jié)構(gòu)的電接觸系統(tǒng)在完成載流信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中必然會(huì)伴隨接觸磨損現(xiàn)象，通常情況下，磨損是一個(gè)與被接觸表面的光潔度有著密切關(guān)系的物理現(xiàn)象。而磨損又必須在一定的摩擦阻力下產(chǎn)生。對(duì)于移動(dòng)式或滑動(dòng)式觸點(diǎn)，由于自身的工作特性而在電子器件的設(shè)計(jì)時(shí)就充分考慮到觸點(diǎn)的潤滑和磨損。對(duì)于繼電器、接觸器等所用的觸點(diǎn)，在設(shè)計(jì)、制造和使用過程中則往往忽略了對(duì)觸點(diǎn)的潤滑和磨損，而在設(shè)計(jì)與制造過程中則對(duì)觸點(diǎn)的材質(zhì)和載流能力傾注了主要精力。因此，電子器件在設(shè)計(jì)、制造和使用的全過程中對(duì)觸點(diǎn)的清潔和潤滑必須引起特別的關(guān)注。 | |
| 電子器件中觸點(diǎn)的磨損程度將主要受以下五種因素的影響： | |
| （1）． 觸點(diǎn)在工作中產(chǎn)生磨損的方式主要取決于觸點(diǎn)本身的形狀，而不同的觸點(diǎn)形狀則在不同程度上影響著觸點(diǎn)磨損量的大小。 | |
| （2）． 觸點(diǎn)表面的光潔程度是影響磨損的直接因素，因?yàn)橛|點(diǎn)表面不平整不僅引起磨損，而且磨損和腐蝕過程中產(chǎn)生的多余微粒將會(huì)聚集在觸點(diǎn)表面的凹陷處，給觸點(diǎn)工作表面的潔凈度、觸點(diǎn)的加速磨損及載流能力帶來一定的隱患 | |
| （3）．不同的觸點(diǎn)材料具有不同的磨損特性。由于不同的金屬材料耐磨損、抗銹蝕及抗氧化能力存在著一定程度上的差異，所以觸點(diǎn)的材料既關(guān)系著電子器件的性能和成本，又直接影響著電子器件的使用壽命。而當(dāng)兩種不同金屬材料作為觸點(diǎn)相互接觸時(shí)，其表面的潤滑和磨損問題則顯得更為重要。這是因?yàn)閮蓚€(gè)相互接觸表面硬度的不對(duì)稱性造成高硬度的觸點(diǎn)表面過度磨損低硬度觸點(diǎn)表面，使電器元件過早失效而影響控制系統(tǒng)的可靠性。對(duì)于采用電鍍加工的觸點(diǎn)表面，由于表面鍍層容易產(chǎn)生剝離現(xiàn)象（電鍍層比化學(xué)鍍層更容易產(chǎn)生剝離現(xiàn)象），表面鍍層的剝離將使表面接觸電阻和多余物發(fā)生突變，從而加劇表面的磨損和溫升，直至電器元件失效。 | |
| （4）． 任何接觸表面都存在一定的接觸電阻，一定的接觸電阻必然消耗一定的功率，而使觸點(diǎn)表面產(chǎn)生一定的溫升。觸點(diǎn)在一個(gè)變化的溫度場(chǎng)中工作時(shí)，由于金屬材料自身的熱脹冷縮物理特性而使觸點(diǎn)表面產(chǎn)生熱致微振磨損。這種熱磨損現(xiàn)象將會(huì)隨著配對(duì)觸點(diǎn)材料的熱脹冷縮特性差異的增大而增強(qiáng)，同時(shí)也會(huì)引起兩觸點(diǎn)間的相對(duì)移動(dòng)量有所增加?；谕瑯拥臒崮p機(jī)理，溫度的變化可以引起接觸松緊程度的改變，這取決于兩種材料熱脹系數(shù)差異的大小。當(dāng)接觸由于溫度變化而變松時(shí)，則使接觸電阻增大并加劇發(fā)熱，隨著接觸間隙的增大使接觸表面更易污染。當(dāng)接觸變緊時(shí)，在每個(gè)觸點(diǎn)表面之間發(fā)生的任何相對(duì)位移都會(huì)加重表面磨損。 | |
| （5）． 接觸壓力（觸電動(dòng)合及靜合壓力）：通常情況下，機(jī)械磨損正比于接觸壓力，在電接觸系統(tǒng)中，為了達(dá)到降低接觸電阻和提高接觸可靠性的目的，其中重要的手段之一就是提高接觸壓力，因此，觸點(diǎn)之間磨損現(xiàn)象的存在將是不可避免的。 | |
| 4． 觸點(diǎn)本身的回跳 | |
| 任何一種機(jī)械結(jié)構(gòu)的電接觸系統(tǒng)，由于其自身的機(jī)械特性，觸點(diǎn)在完成負(fù)載轉(zhuǎn)換的工作中必然會(huì)伴隨著觸點(diǎn)回跳現(xiàn)象的產(chǎn)生。而在實(shí)際應(yīng)用中，電接觸系統(tǒng)均工作在頻繁地啟動(dòng)和關(guān)閉狀態(tài)中，這樣不僅增加了觸點(diǎn)回跳的頻次，同時(shí)也加速了觸點(diǎn)的磨損。更為嚴(yán)重的危害是每次觸點(diǎn)的回跳都可能引起弧光放電，隨著觸點(diǎn)表面的不斷靠近和閉合，放電強(qiáng)度越來越大，且持續(xù)的時(shí)間越來越長。 | |
| 當(dāng)電接觸系統(tǒng)在電感性或電容性負(fù)載環(huán)境中工作時(shí)，觸點(diǎn)回跳所帶來的危害將會(huì)特別嚴(yán)重。觸點(diǎn)回跳不僅會(huì)使觸點(diǎn)表面反復(fù)發(fā)熱而遭受高能電弧的破壞，而且還會(huì)使發(fā)生腐蝕和熔結(jié)的可能性增大。 | |
| 觸點(diǎn)回跳對(duì)除自身電接觸系統(tǒng)之外所產(chǎn)生的其他危害則往往被人們忽視，然而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性要求越來越嚴(yán)格，因此觸點(diǎn)回跳產(chǎn)生脈動(dòng)電流沖擊對(duì)控制電路的損害引起工程師的更多關(guān)注。另一方面，在精密電子測(cè)量儀器中，由于觸點(diǎn)回跳使得控制電路不能干凈利落地開啟和關(guān)閉被檢測(cè)對(duì)象，所以這種會(huì)跳往往會(huì)導(dǎo)致儀表指示出現(xiàn)假讀數(shù)或得出錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。 | |
| 5． 觸點(diǎn)實(shí)際使用環(huán)境中的微振 | |
| 所謂的微振磨損是指一種幅度很小的接觸運(yùn)動(dòng)，微振的幅度一般在幾十微米至一百微米范圍內(nèi)。而引起微振的主要原因有以下幾種：溫度的變化；電磁感應(yīng)振動(dòng)；聲波振動(dòng)。在這方面，歐美的專家都進(jìn)行了比較深入的研究。 | |
| 微振現(xiàn)象必然會(huì)產(chǎn)生金屬的“遷移”和磨損，當(dāng)觸點(diǎn)表面因磨損加劇或磨落的碎屑而導(dǎo)致進(jìn)一步腐蝕時(shí)，稱這一過程為摩擦腐蝕。對(duì)于不同材料的觸點(diǎn)表面，所產(chǎn)生的微振磨損的結(jié)果和產(chǎn)生微振磨損的過程都是不同的。例如常見的觸點(diǎn)材料—金，由于它的化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，因而鍍金的觸點(diǎn)表面其金屬一般只會(huì)遭受微振磨損和加劇后的碎屑磨損。但是，因鍍金層氣孔而引起的基底材料的摩擦腐蝕應(yīng)予以關(guān)注。通常情況下，除金以外，其他觸點(diǎn)材料如銅、錫、銀或此類合金，均會(huì)發(fā)生摩擦腐蝕。 | |
| 當(dāng)配對(duì)觸點(diǎn)采用了不同硬度的金屬材料時(shí)，因金屬“遷移”現(xiàn)象的單向性使摩擦腐蝕現(xiàn)象更加嚴(yán)重。對(duì)于鉑族元素及其合金而言，經(jīng)最新的研究表明，由于鉑及鉑合金的催化作用會(huì)使觸點(diǎn)表面覆蓋一層相當(dāng)厚的、難以去除的有機(jī)聚合物，從而使觸點(diǎn)表面的接觸電阻大大增加 | |
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