Вплив товщини покриття на термін служби посріблених контактів

Контакти зі срібним покриттям відіграють вирішальну роль у передачі сигналу та енергії в електронних пристроях. У практичних застосуваннях посріблені електричні контакти часто піддаються зносу, що може призвести до підвищеного контактного опору та навіть виходу з ладу. Срібло (Ag) є ідеальним матеріалом для поверхневих покриттів електричних контактів завдяки чудовій електро- та теплопровідності, а також стійкості до корозії. Однак вплив товщини покриття Ag на термін служби електричного контакту залишається погано охарактеризованим питанням. У цьому документі експериментально досліджується електричний термін служби покриттів Ag різної товщини в умовах фретинг-зносу.

2.1 Підготовка зразка
Експериментальними зразками були поперечно-циліндричні срібні електричні контакти, виготовлені з бронзового сплаву CuSn4 (містить 4% олова). Шар нікелю (Ni) товщиною 2 мкм був нанесений на поверхню підкладки як дифузійний бар’єр, а потім чотири різні товщини чистого Ag: 1,3 мкм, 2 мкм, 4 мкм і 5 мкм.

2.2 Умови експерименту
Температура: 23 градуси
Відносна вологість: 10%
Частота: 30 Гц
Нормальна сила: 3 Н

2.3 Метод випробування
Випробування проводилися з використанням фреттинг-тестера. Термін служби контактів зі срібним покриттям визначався шляхом моніторингу змін контактного опору. Порушення контакту визначали, коли опір контакту перевищував початковий опір у 10 разів.

3.1 Вплив товщини покриття на електричний термін служби
Експериментальні результати показують, що товщина посрібленого шару значно впливає на термін служби біметалічних контактів із посрібленим покриттям:
Покриття 1,3 мкм: електричний термін служби був найкоротшим із приблизно 5 × 10⁴ циклами фретингу;
Покриття 2 мкм: електричний термін служби становив приблизно 1 × 10⁵ циклів фретингу;
Покриття 4 мкм: електричний термін служби становив приблизно 2 × 10⁵ циклів фретингу;
Покриття 5 мкм: електричний термін служби був найдовшим, перевищуючи 3 × 10⁵ циклів фреттингу.

3.2 Аналіз механізмів зносу покриття
Спостереження за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM) показали, що основними проявами фреттинг-зносу срібного покриття є:
Порушення зносу: на поверхні покриття з’являються сліди зносу, шар срібла поступово стоншується, поки не оголиться шар нікелю.
Порушення окислення: на шарі срібла утворюється оксидна плівка, що підвищує контактний опір.
Зі збільшенням товщини покриття час до зносу подовжується, а вплив окислення зменшується, тим самим покращуючи електричний термін служби.

3.3 Модель зв’язку між електричним терміном служби та товщиною покриття
На основі експериментальних даних була встановлена ​​модель залежності між електричним ресурсом (N) і товщиною срібного покриття (t):
N=k⋅tⁿ

де k — константа матеріалу, а n — експоненціальний коефіцієнт. Результати підгонки показують, що n≈1,5, що вказує на те, що електричний ресурс збільшується нелінійно з товщиною покриття.

Товщина шару посріблення істотно впливає на термін службиПосріблені електричні контакти; чим товщі шар сріблення, тим довший термін служби.

Було створено кількісну модель зв’язку між товщиною покриття та тривалістю електричного життя, яка стала основою для розробки електричних контактів.
У практичних застосуваннях рекомендується вибирати відповідну товщину срібного покриття на основі вимог до надійності, щоб збалансувати вартість і продуктивність.