38电接触与电接触材料(--)电工材料2005 no4new

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1、38电接触与电接触材料(-)电工材料2005No．4电接触与电接触材料【三)堵永国，张为军，鲍小恒(国防科技大学，湖南长沙410073)摘要：介绍了导电膜层(如电镀层)、污染膜层等对接触电阻的影响以及镀层不同时接触电阻的计算公式。从工程应用角度说明可以根据需要选用合理的镀层，根据接触电阻测试结果可以判断有无污染物的存在。重点介绍了双金属连接界面处金属间化合物层的形成机理、长大动力学，指出高阻值金属间化合物将明显提高接触电阻。关键词：接触电阻；收缩电阻；电镀层中图分类号：TM20文献标识码：c文章编号：1671—8887(2005)04—0038—071引言三：一是降低表面硬度以增加接触面积

2、；二是选用导固定电接触、分合电接触、滑动电接触等各类电性优于基体材质的涂层降低接触电阻；三是消除电接触元件在生产、存放、服役过程中其表面的成原金属表面存在的绝缘氧化膜。同时导电涂层还起分、组织结构、性质各不相同，且随时间的延长发生着抗污染、抗氧化、抗腐蚀、抗机械磨损等作用。变化，因此对接触电阻会产生重要影响。若电接触在铜基连接器表面镀金是提高电接触可靠性的元件表面镀覆与基体材料不同的导电金属，其接触重要手段，然而环境(包括高湿度、苛刻的污染环境、电阻的变化与镀层金属的导电性有关。另一方面，户外环境等)试验结果表明，即使采用镀金涂层也不膜的成分及组织结构的变化还将引起表面硬度的能避免腐蚀，其

3、原因在于镀金层含有气孔等缺陷。改变，从式R。={PrI~H／4F}可知，硬度对接因此，镀金层必须要有足够的厚度，无气孔，才能使触电阻有重要影响。不同电接触材料配对时还可能连接器接触可靠。由于镀金成本太高，也曾试验用出现元素通过接触面相互扩散形成金属间化合物其它材料替代，但效果不够理想，如镀钯层易晦暗并界面层，由于金属间化合物导电性差，导致接触电形成金属有机化合物。钯一银、锡一铅、锡一镍、钻阻增大。若表面膜为绝缘体或不良导体，此时欲实一金等复合镀层则具有较好效果。在铝基连接器表现良好电接触则只有施加足够大的机械力破坏膜面镀锡一镍被认为是减缓表面腐蚀及氧化的较好工层，形成金属一金属连接。艺。本

4、节重点讨论导电膜层(如电镀层)、电阻膜层有导电膜层时，为了建立接触电阻数学模型，需(如污染表面膜)及金属间化合物等对收缩电阻及要应用数值分析方法来获得接触电阻与镀层材料电接触电阻的影响。阻率、接触斑点尺寸与镀层厚度的比值等影响因素之间的关系。图1是有镀层时的电流分布状况示意2导电涂层与薄污染膜层对接触电阻的影响图。假设镀层材料的电阻率大于基材，斑点半径接2．1导电涂层的影响近镀层厚度，电流从斑点扩散流向镀层基材(图为降低接触电阻，工业上常采用在基材表面镀1a)，在此情形下，基材中斑点的电压降与膜／基材界覆导电性更佳的涂层的方法。导电涂层的作用有面垂直方向的电压降相比可忽略不计，所以镀层／金

5、属界面可以认为是一等位面，镀层中电流密度均匀，作者简介：堵永国(1958一)，男，教授，主要研究方向为电工电子材扩散电阻由下式给出n】：料，获新型银基电接触材料授权中国发明专利4项，发表相关论文R=p／4a(1)2O余篇。电话：0731—4574791，E．mail：nudtdyg@126．corn收稿日期：2005—1l一2O式中，P为基体材料的电阻率。电工材料2005No．4电接触与电接触材料(三)39由于电流也流过面积为丌n2x厚度为d、电阻率为P的镀层膜，附加膜电阻约为Pd／7cn2经一级近似处理且认为膜足够薄时，总电阻为：R。=R十Pfd／7c口(2)巡耆亭5推导得：R。=(p／

6、4a){1十(4／n)(Pf／

7、D)(d／a)}(3)当a斑点半径与镀层厚度比值不大时，发散电阻随镀层厚度增大呈线性增大，若镀层足够厚，发散电阻则明显偏离上式，而接近P／4a，式(3)表明，图2p／p>1时镀层因子与d／2a之间关系曲线当(Pf／p)(d／a)远大于1时，收缩电阻由膜电阻的阻值控制。l1f＼t金属层／／图3pf／p<1时镀层因子与d／2a之间关系曲线从图中可以看出，当d／2a≈1时，P接近一极／＼。＼＼层限值，此时，镀层表面的发散电阻为PV4n。如果两粗糙表面接触材料的电阻率(如镀层和测试探针)分别为P和P，而有镀层材料的等效电阻为f，式R=(P7cH／4F)变为下式：／／

8、＼＼R。：【(P+pPf)／2】(7cH／4F)(5)式中，H为配对接触偶中更软金属的硬度值。(b)由于界面上a斑点尺寸受F的影响，因此P又是载荷F的函数。实际上当表面粗糙且某接触面图1有镀层时电流分布状况示意图为导电镀层时，界面接触电阻随载荷增加而降低的(a)膜电阻率大于基体材料(b)膜电阻率小于基体材料关系著非呈F关系。下面举例讨论式(5)的工程应用。假设室温下一当镀层材料的电阻率小于基体材料时，电流线金探针以0．1