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《北京邮电大学》 2009年
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连接器触点表面的大气腐蚀

林雪燕  
【摘要】: 导致连接器发生电接触故障的一个主要原因是大气环境腐蚀。大气环境腐蚀包含气体腐蚀和尘土颗粒腐蚀。国外主要研究连接器触点的气体腐蚀,并制定了流动混合气体(FMG)腐蚀实验标准。中国的大气环境具有气体和尘土颗粒污染严重并具有腐蚀性的特殊性,研究连接器触点的大气腐蚀必须同时考虑气体腐蚀和尘土颗粒腐蚀。本文将连接器触点常用金属材料进行长期室内自然暴露,分析腐蚀生成物的特点和接触电阻特性,结果可为连接器设计和应用提供合理可信的依据。为建立适合中国环境的大气腐蚀加速模拟方法提供数据,具有较高的实际应用意义和研究价值。 本论文研究了金、镍、铜和锡等四种常见连接器触点材料在上海和北京进行长期室内自然暴露后形成的腐蚀物的物理特性和接触电阻。镀金样品表面形成的微孔腐蚀物呈腐蚀晕圈的结构,并不是局限在微孔位置上的腐蚀核。这种特殊腐蚀物结构增加了电接触故障的几率。圈状腐蚀物有较强的抗压强度,在一定接触压力下接触电阻仍超过设定的失效电阻值。圈状腐蚀物的耐磨损性取决于触头的曲率半径、接触压力和腐蚀物特性。在一定的接触压力下,减小触头的曲率半径时,推离腐蚀圈所需的微动次数大于推离腐蚀核的微动次数。增大触头的曲率半径时,推离腐蚀核的微动次数大于推离腐蚀圈的微动次数。普通金属表面的氧化膜层能对大气腐蚀有一定的阻挡作用,但经长期室内暴露后,表面还是会生成许多密集但离散的腐蚀“麻点”。镍和锡金属表面形成的腐蚀颗粒只需几次微动就可消除对电接触的影响。铜金属表面形成的腐蚀颗粒需一百多次微动才能消除其对电接触的影响。 本文讨论和分析了腐蚀物的形成机理和生长过程。提出“潮汐腐蚀”的机理,解释了圈状腐蚀物的形成。但利用单一气体腐蚀和高湿实验的组合无法模拟出圈状腐蚀物的结构。利用可靠性理论中的威布尔概率分布函数,估算了镀金样品在污染环境下的可靠工作寿命,以及镀金层厚度对可靠寿命的影响。由于SO_2是最常见的腐蚀性气体,本文分析了单一SO_2气体加速腐蚀后普通金属表面腐蚀物的特点和电接触特性。虽然腐蚀物也表现为单个分散的腐蚀斑点,成分单一,但腐蚀物厚度达十几微米,使得腐蚀物具有很强的抗压强度和抗剪切强度,腐蚀斑点的静态接触电阻高达数百欧姆以上,耐磨损次数超过数百次。腐蚀气体的浓度决定腐蚀物的成分和结构等物理特性,进而影响腐蚀物的电接触特性。 在暴露过程中,表面沉积有大量的尘土颗粒,密度远大于腐蚀物密度,本文实验验证尘土颗粒水溶液具有腐蚀性,分析了环境温湿度对尘土颗粒腐蚀性的影响。尘土颗粒腐蚀金属是电化学腐蚀过程,可溶性盐的含量是内因,环境条件是外因。湿度增加,颗粒腐蚀性增大,但不存在临界湿度。实际上,大气腐蚀是气体腐蚀和颗粒腐蚀的共同作用。尘土颗粒对电接触的影响不容忽视。加速腐蚀模拟时应加入尘土颗粒。 本文研究了单一SO_2气体腐蚀后得到的腐蚀物的特性。含结晶水的腐蚀物较致密,有很强的抗压强度和抗剪切强度,具有很高的接触电阻,腐蚀物在大接触压力下无法被挤碎;在32V的直流电压下无法被电击穿破坏。 本文讨论和分析了尘土颗粒腐蚀性对接触电阻的影响。给出了尘土颗粒腐蚀性对接触电阻有影响的条件,以及腐蚀物对尘土颗粒的捕获作用增加了接触故障概率的条件。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TM503.5

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