1、 維普資訊 電工 材 料 電接 觸 與 電接 觸材 料 （ 三） 圖 中黃 銅與 鋅 形 成 的 擴(kuò)散 帶 分 別 標(biāo) 注 為 和 金 屬 間 化 合 物 層 的 努 氏 硬 度 為 ；圖 中黃 銅 與銦 鍍 層形成 的擴(kuò) 散帶 分 別標(biāo)注 為 和 ，金屬 間化 合物 層 的努 氏硬 度低于 ；圖 中黃銅 與 錫鍍 層 間擴(kuò) 散 帶 中元 素 分 布 變 化 很 大 ， 努 氏硬 度 更 低 ， 為 。黃 銅 與磷青 銅 間擴(kuò)散 層增厚 曲 線見 圖 和 圖 。 害。由于金 屬 間化 合物 阻值 較大 ， 斑 點(diǎn)上 的膜層必 將 使接觸 電阻增 大 。 帶 鍍層 的鋁 黃 銅 接觸 斑 點(diǎn) 的

2、冷 態(tài) 電阻 可 由下 式計(jì)算 ： 冷 【 （ ） 】 【 一（ ） 一 （ ） 】 （ ） （ ） （ ） 式 中， 、 分 別 為鋁 、 黃 銅 和金屬 間化 合 物 的常 溫 電阻 ， 為 真 實(shí) 接 觸 半 徑 ， 。 為 起 始 半 徑 。式 （ ） 假設(shè) 整 個(gè) 接 觸 區(qū)域 內(nèi)溫 度 均勻 。因?yàn)?。 及 由式 （ ） 計(jì)算 所得 的接觸 電阻應(yīng)大 呂 于 沒有金 屬 間化 合物 時(shí) 的情 形 。當(dāng)沒有 金屬 間化合 物 存在 時(shí) ， ，其等 效 接觸 半徑 為 。 （ ） 冷 。 該式 給 出 了按 式 （ ） 推 出的 由接 觸 電阻 冷反 過 來 計(jì) 算 的鋁 與 黃 銅

3、間形 成 的 斑 點(diǎn) 的 半 徑， 但此 時(shí)未 考慮 金屬 間化合 物 的影 響， 此時(shí) 等效斑 點(diǎn)半徑 明顯小 于真 實(shí) 斑 點(diǎn) 半徑 。 進(jìn)一 步推 導(dǎo)， 魁 璉 嗵 衽 時(shí) 間， 得出： 圖 黃銅 表面鍍層分 別為鋅銦 錫時(shí) 下保溫 時(shí)間 與 擴(kuò)散層厚 度之間關(guān) 系 口 （ ） （ 一 ） 一 （ ） （ ） 式中， 咀 （ ） 從式 （ ） 可 以看 出 ， 當(dāng)金屬 間化 合物厚 度為 一 半， 即 為 時(shí) ， 斑 點(diǎn)與 等效 半徑 將 降低 一 半。 即： 呂 【 （ （ ） （ 一 ） 】 髓 碴 趲 表 列 出 了 。 ， 。 與 比值 之 間的關(guān) 系 。室 溫下 。 一 。 整

4、 表 ， 與 ，之間關(guān) 系 ， 圖 磷青銅表 面鍍層分別 為鋅銦錫 時(shí) 下保溫時(shí) 間 與擴(kuò)散層厚 度之間關(guān) 系 擴(kuò) 散帶 的 寬度 由黃 銅 和磷 青 銅 兩 側(cè) 金屬 間 化 合物 層的 長大 速度 控制 ， 可 由式 （ ） 和式 （ ） 公 式計(jì) 算。 電接觸 界 面兩 側(cè) 不 同金 屬 間化 合 物 層 的增 厚 不 同將在其 內(nèi)部 產(chǎn)生不 同 的元 素濃 度梯 度 。進(jìn)而 使 顯微硬 度發(fā) 生很大 變化 。顯微硬 度 的 突變 將 導(dǎo)致界 、 咀 ， 比值 且 可假 設(shè)此 數(shù) 值與 溫度 無關(guān) 。 對于 鋁 質(zhì) 銅 接觸 來講 ， 從表 中可看 出 ， 。 ， 因此 。 當(dāng) 。 ，

5、。 時(shí) ，斑 點(diǎn)等 效 半徑 。 將 降至 。 的一 半， 也就 是說 ， 金屬 間化合 物層 厚度 約 等于 斑 點(diǎn)半 徑。 面產(chǎn)生 應(yīng)變 ，尤其 當(dāng)連接 器服役 期 間溫 度場變 化 時(shí) 更明顯 。通常 金屬 間化合 物性 質(zhì) 較脆 ，應(yīng)變將 導(dǎo)致 膜層斷 裂進(jìn) 而使界 面結(jié) 構(gòu)不 連續(xù) 。 因此 ，金屬 間化 合 物 的形 成 和 長大 對 于界 面 的 機(jī) 電連 接 穩(wěn) 定性 有 圖 的結(jié)果 亦說 明了金屬 間化 合物厚 度對鋁 維普資訊 電接 觸與 電接 觸材 料 （ 三） 電工 材料 黃銅接觸 時(shí)的收縮 電阻 影 響，試 驗(yàn) 方法 為 ：使鋁 和 黃銅接觸 端 呈半球 狀 ，真 空

6、清 洗后 緩 慢施加 力 形成 起 始半徑 為 的 電接 觸 ，接 觸斑 點(diǎn) 處的 得 到 類似 結(jié)果 。錫 銅 界 面 金屬 間化 合物 活 化能 與 錫 黃銅 相 類似 ， 這 些結(jié) 果表 明， 即使 在較低 溫度 下， 在銅及 黃銅 表面 鍍 錫 的 電連 接 都是不 穩(wěn)定 的。 表 黃銅 中鋅 、 銦、 錫元素?cái)U(kuò) 散層厚度 溫度 為 ， 并 保持 一段 時(shí) 間， 以便 在 斑點(diǎn) 處形 成 金屬 間化合物 。試 驗(yàn)發(fā) 現(xiàn) ，等 效斑 點(diǎn) 半徑在 秒 內(nèi)幾乎 不變 ， 然后 急劇 減 小。這 種 時(shí)間與接 觸 電阻急劇 變大 （ 或 等效斑 點(diǎn) 半徑 急劇 減 ?。┡c 金屬 間化合物 的形

7、成 的長大動(dòng) 力 學(xué)特 征相 吻合 。 由表 可 知， 帶 涂 層連接 器 的使 用壽命 有限 。 需 特別 注意 的是 ， 鍍鋅 連 接器 件 ， 由于 其擴(kuò)散 層硬 度非 常高 ， 不僅 減 小 了電接 觸面 積 ， 而且 對連接 器 的機(jī)械 穩(wěn)定 性極 為有 害 ，這 也是 家用 電器 某些 鋅 電極 連接 不可 靠 的原 因之一 。 圖 金 屬間化合物 層增厚對 等效接觸 半徑的影 響 從上 述討 論可 得 出結(jié)論 ，金屬 間化 合物 的形成 嚴(yán) 重?fù)p 害了 電接觸 可 靠性 ，雖 然本 文討 論 的是 銅基 合 金 的狀 況 ，也 廣泛 適用 于各 類雙 金屬 連接 。通常 高 電阻

8、 的金屬 間化合 物 層是 （ ） 帶， 其 長大速 度呈 拋物線特 征 ： （ 一 ） 。 可 用鍍鎳 層 阻止 銅基 合 金 的金 屬 間化合 物 的形 成 。 其 效果 取決 于涂 層 的顯微 結(jié) 構(gòu)和 厚度 ， 約 腫 的鎳 涂 層 即可阻 止銅 錫 的相 互擴(kuò) 散 ，雖然鎳 和錫 之 間的 相 互 擴(kuò)散 同樣發(fā) 生 ，但 在較 寬 的溫度 范 圍 內(nèi)金屬 間 化合 物如 增 長緩 慢 。 根 據(jù)相 關(guān)試驗(yàn) 數(shù)據(jù) 計(jì)算 ，在接 觸 溫度 為 時(shí)， 圖 中速度常數(shù) 的數(shù)值為 一 根據(jù) 上述 公 式 計(jì)算 出 艿 ， 在 時(shí)金 屬 間化 合 物 厚 度 達(dá) 到 ， 所 需 時(shí) 問 為（ ） （ 。） ， 即 阻值 突變 的 時(shí) 間為 秒 ，這 與 圖 的試 驗(yàn) 結(jié) 果 非 常 吻 參考 文獻(xiàn) 【 】 。 【 】 ： 合。圖 清 晰 地說 明 了金 屬 間化 合 物 對接 觸 電阻 的影 響。工 程實(shí)踐 中雙 金屬 電接 觸可 能 保持在 較 低 溫 度下 ，因此不會(huì) 出現(xiàn) 上述 膜厚 長大 的 模式 ，但 由 于鍍層 與黃銅 間擴(kuò) 散活 化能相 對 較低 ，因此 在室 溫 下擴(kuò)散 較快 ， 如表 所 示 。 表 列 出 了室溫及 （ 常 用開關(guān) 裝置 的最 高 【 】 【 】 ， 。 ： 【 】 【 】 ， 工作