Влияние на дебелината на покритието върху живота на контактите със сребърно{0}} покритие

Покритите със сребро контакти играят критична роля в предаването на сигнал и енергия в електронните устройства. При практически приложения, сребърните електрически контакти често се влияят от износване, което може да доведе до повишено съпротивление на контакта и дори повреда. Среброто (Ag) е идеален материал за повърхностни покрития върху електрически контакти поради отличната си електрическа и топлопроводимост, както и устойчивостта си на корозия. Въпреки това, ефектът от дебелината на Ag покритието върху живота на електрическия контакт остава слабо характеризиран проблем. Тази статия експериментално изследва електрическия живот на Ag покрития с различни дебелини при условия на фреттинг износване.

2.1 Подготовка на пробата
Експерименталните образци бяха напречни цилиндрични сребърни електрически контакти, изработени от бронзова сплав CuSn4 (съдържаща 4% калай). Слой от никел (Ni) с дебелина 2 μm беше галванизиран върху повърхността на субстрата като дифузионна бариера, последван от четири различни дебелини на чист Ag: 1.3 μm, 2 μm, 4 μm и 5 μm.

2.2 Експериментални условия
Температура: 23 градуса
Относителна влажност: 10%
Честота: 30 Hz
Нормална сила: 3 N

2.3 Метод на изпитване
Тестовете бяха проведени с помощта на уред за изпитване на износване. Животът на контакта със сребърно покритие беше определен чрез наблюдение на промените в контактното съпротивление. Отказът на контакта се определя, когато съпротивлението на контакта надвиши 10 пъти първоначалното съпротивление.

3.1 Ефект на дебелината на покритието върху електрическия живот
Експерименталните резултати показват, че дебелината на слоя сребърно покритие значително влияе върху живота на биметалните контакти със сребърно покритие:
1,3 μm покритие: Електрическият живот е най-кратък, с приблизително 5 × 10⁴ цикъла на фретинг;
2 μm покритие: Електрическият живот е приблизително 1 × 10⁵ цикли на фретинг;
4 μm покритие: Електрическият живот е приблизително 2 × 10⁵ цикъла на фретинг;
5 μm покритие: Електрическият живот е най-дълъг, надвишаващ 3 × 10⁵ цикъла на фретинг.

3.2 Анализ на механизмите на износване на покритието
Наблюденията със сканираща електронна микроскопия (SEM) разкриха, че основните прояви на износване на сребърното покритие са:
Нарушение на износването: върху повърхността на покритието се появяват следи от износване и сребърният слой постепенно изтънява, докато никеловият слой се разкрие.
Окислителна недостатъчност: върху сребърния слой се образува оксиден филм, увеличаващ контактната устойчивост.
С увеличаване на дебелината на покритието, времето за повреда при износване се удължава и влиянието на повредата от окисляване се намалява, като по този начин се подобрява електрическият живот.

3.3 Модел на връзката между електрическия живот и дебелината на покритието
Въз основа на експериментални данни е установен модел на връзката между електрическия живот (N) и дебелината на сребърното покритие (t):
N=k⋅tⁿ

където k е материалната константа и n е експоненциалният фактор. Резултатите от напасването показват, че n≈1,5, което показва, че електрическият живот нараства нелинейно с дебелината на покритието.

Дебелината на слоя сребърно покритие значително влияе върху продължителността на живота наСребърни електрически контакти; колкото по-дебел е сребърният слой, толкова по-дълъг е животът.

Установен е модел на количествена връзка между дебелината на покритието и продължителността на електрическия живот, осигурявайки основа за проектиране на електрически контакт.
При практически приложения се препоръчва да се избере подходяща дебелина на сребърното покритие въз основа на изискванията за надеждност, за да се балансират разходите и производителността.