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连接器退化机制–磨损

发布日期:2019-10-21   作者:小天   来源:www.twl-link.cn   编辑:天科乐   访问量:352

接触面漆的微动腐蚀以及贵金属接触面漆中裸露的贱金属引起的全面腐蚀。本文将讨论一种间接的降解机制-接触涂层的磨损。磨损是一种间接机制,因为磨损过程可能导致接触弹簧的母材暴露,进而导致腐蚀和接触电阻下降,如上一篇文章所述。

造成连接器磨损的主要机理有两种。最明显的是每次连接器配合时都会发生磨损,插头和插座的接触面会相互滑动。第二种机制是在连接器的使用寿命期间由于微动运动而发生的磨损。在第二篇文章中讨论了微动运动,重点是锡饰面的微动腐蚀。提醒一下,微动运动是由机械扰动或热膨胀失配力引起的小到几微米到几十微米的运动。

首先,让我们讨论一些关于磨损的一般性评论。磨损机制可能非常复杂,因此,本次讨论将仅限于对连接器的磨损过程进行一些简化但通常适当的注释。磨损可以用一个简单的方程式描述,尽管方程式中参数的含义可能相当复杂。

V =ƒkFL / H(公式1

其中V是磨损量-在一次磨损事件中从界面去除的金属量-k是磨损系数,F是施加的载荷-对于连接器,接触力-L是运动的长度H是接触金属的硬度。

FLH的解释相对简单。接触力F是连接器设计参数。磨损事件的时间长度是在配合期间的啮合长度,或者是微动运动的长度,具体取决于运动发生的时间。接合长度是连接器设计参数,但是微动运动的长度是取决于许多参数的变量。在等式中,H是接触金属的硬度。对于类似的材料,这将是给定材料的硬度。对于两种不同的金属,将是复合硬度。在连接器中,两个接触弹簧通常具有相同的表面光洁度(例如金),但镍底板的厚度以及接触弹簧材料的硬度可能不同,因此复合硬度是合适的。但是,对于给定的连接器,FL

磨损量V需要一些解释。与连接器磨损有关的参数是每次磨损事件期间表面粗糙度的损失。给定V = At,其中A是接触界面的面积,t是去除的材料的厚度,t取决于接触几何形状。与一厘米直径的滚珠轴承相比,当您考虑到由于针尖与表面接触而引起的磨损时,这种依赖性是显而易见的。同样,对于给定的连接器系统,可以再次将这种关系视为已知

但是k是具有许多参数的变量。其中最重要的参数是接触力F,硬度,H,接触几何形状,表面粗糙度以及接触表面的润滑状态。对于给定的连接器,FH,触点几何形状和表面粗糙度再次是已知。对于未提供润滑条件的连接器,润滑状态是可变的,具体取决于使用该连接器的环境。我建议,实际上,由于以下原因,接触力是连接器中k中最重要的参数。

考虑图1,该图示意性地示出了两个接触的表面。回顾第一篇文章中的评论,即在接触界面的微观尺度上,所有表面都是粗糙的。为简单起见,显示了两个接触点或凹凸。在下面的讨论中,假设第一个触点在图1中的右侧创建了接口IA,并且随着负载的继续增加,在左侧创建了接口IB

在这些条件下,IAIB经历更大的变形。假设粗糙接触非常小,则变形将是塑性的,并且随着粗糙顶部彼此相对变平,将发生粗糙的径向流动。这种径向流动会破坏表面膜和污染物,并有助于创建所需的金属接触界面。创建的金属界面将经历一定程度的冷焊。让我简单地说一下,冷焊是指金属表面在整个粗糙表面上相互接触结合,与在金属内部形成金属结合的方式相同。由于粗糙的变形,粗糙的金属也被加工硬化。创建IB时会发生相同的过程,但程度较小。

考虑到这些界面特性,当向系统施加切应力时会发生什么?由于IA是更强的界面,因此所施加的应力必须足以破坏IA处的界面,随后将出现IB处的较弱界面。从磨损的角度来看,界面破裂的位置很重要。考虑接口IA的状态。经过冷焊和加工硬化。实际上,由于加工硬化,IA可能具有比母材本身更高的内聚强度,并且粗糙的分离可能发生在母材内,如图1所示,而不是在界面处。所得的磨损颗粒为公式1中引用的磨损量VIB处较弱的界面可能会在原始界面处或附近断裂,发生的磨损很小。IA的磨损过程通常称为粘着磨损,IB的磨损过程通常称为抛光磨损。如果以放大倍数(例如3050倍)观察连接器配合过程中产生的磨损痕迹,则粘合剂磨损痕迹将显示出磨损颗粒的迹象并显得有些粗糙,而抛光的磨损痕迹将显得光滑有光泽。

现在回到k。显然,磨损机理的变化,从抛光到粘着磨损,将反映在磨损系数k值的显着增加中。k的增加将不是连续的。在一定的接触力范围内,k将显着增加。导致k改变的接触力的大小将主要取决于连接器的润滑状态。对于清洁的表面,过渡范围将在几克到几十克之间,而对于润滑良好的表面,直到几百克的力才可能发生过渡。

我希望您发现此讨论很有趣,但也有一点。胶粘剂的磨损过程将导致镀层的磨耗,其磨耗周期比抛光磨损少。一旦接触层磨损,接触弹簧的母材将暴露出来,然后可以用作腐蚀部位,并导致接触电阻降低,如上一篇文章所述。高接触力,尖锐的几何形状和未润滑的表面会促进粘合剂的磨损。

当然,最好在连接器系统的设计和制造中解决磨损问题。因为磨损率与硬度成反比,所以镀锡连接器的磨损率要比金连接器高。这种关系还表明了为什么通常使用所谓的硬金。如前文所述,另一个对镀金连接器的磨损至关重要的设计参数是镍底板。涂层的厚度会影响连接器在不磨损的情况下可以支撑的磨损循环次数。如果考虑使用薄金或闪光金饰面,则应考虑该因素。如果发现连接器系统的磨损性能不足,则接触润滑剂可能能够充分提高性能以满足应用需求。


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