Efectul grosimii acoperirii asupra duratei de viață a contactelor placate cu argint{0}

Contactele placate cu Ag joacă un rol critic în transmiterea semnalului și a energiei în dispozitivele electronice. În aplicațiile practice, contactele electrice placate cu argint sunt adesea afectate de uzura prin frecare, ceea ce poate duce la creșterea rezistenței la contact și chiar la defecțiune. Argintul (Ag) este un material ideal pentru acoperirea suprafețelor pe contactele electrice datorită conductivității sale electrice și termice excelente, precum și rezistenței sale la coroziune. Cu toate acestea, efectul grosimii stratului de Ag asupra duratei de viață a contactului electric rămâne o problemă slab caracterizată. Această lucrare investighează experimental durata de viață electrică a acoperirilor Ag de grosimi diferite în condiții de uzură prin frecare.

2.1 Pregătirea probei
Probele experimentale au fost contacte electrice încrucișate-cilindrice de argint, construite dintr-un aliaj de bronz CuSn4 (conținând 4% staniu). Un strat de nichel (Ni) cu grosimea de 2 μm a fost galvanizat pe suprafața substratului ca o barieră de difuzie, urmat de patru grosimi diferite de Ag pur: 1,3 μm, 2 μm, 4 μm și 5 μm.

2.2 Condiții experimentale
Temperatura: 23 de grade
Umiditate relativă: 10%
Frecventa: 30 Hz
Forța normală: 3 N

2.3 Metoda de testare
Testele au fost efectuate folosind un tester de uzură prin fretting. Durata de viață a contactului acoperit cu argint a fost determinată prin monitorizarea modificărilor rezistenței de contact. Defecțiunea contactului a fost determinată atunci când rezistența de contact a depășit de 10 ori rezistența inițială.

3.1 Efectul grosimii de placare asupra vieții electrice
Rezultatele experimentale arată că grosimea stratului de placare cu argint afectează semnificativ contactele bimetalice cu durata de viață placată cu argint:
Placare de 1,3 μm: Durata de viață electrică a fost cea mai scurtă, cu aproximativ 5 × 10⁴ cicluri de fretare;
Placare de 2 μm: Durata de viață electrică a fost de aproximativ 1 × 10⁵ cicluri de fretare;
Placare de 4 μm: Durata de viață electrică a fost de aproximativ 2 × 10⁵ cicluri de fretare;
Placare de 5 μm: Durata de viață electrică a fost cea mai lungă, depășind 3 × 10⁵ cicluri de fretare.

3.2 Analiza mecanismelor de uzură a acoperirii
Observațiile la microscopie electronică cu scanare (SEM) au arătat că principalele manifestări ale uzurii prin fretare a stratului de argint sunt:
Eșecul la uzură: pe suprafața acoperirii apar urme de uzură, iar stratul de argint se subțiază treptat până când stratul de nichel este expus.
Eșecul de oxidare: se formează o peliculă de oxid pe stratul de argint, crescând rezistența la contact.
Odată cu creșterea grosimii stratului de acoperire, timpul până la uzură este prelungit și impactul eșecului de oxidare este redus, îmbunătățind astfel durata de viață electrică.

3.3 Model de relație între durata de viață electrică și grosimea acoperirii
Pe baza datelor experimentale, a fost stabilit un model de relație între durata de viață electrică (N) și grosimea stratului de argint (t):
N=k⋅tⁿ

unde k este constanta materială și n este factorul exponențial. Rezultatele potrivirii arată că n≈1,5, indicând faptul că durata de viață electrică crește neliniar cu grosimea stratului de acoperire.

Grosimea stratului de placare cu argint afectează în mod semnificativ durata de viață aContacte electrice placate cu argint; cu cât stratul de placare cu argint este mai gros, cu atât durata de viață este mai lungă.

A fost stabilit un model de relație cantitativă între grosimea placajului și durata de viață electrică, oferind o bază pentru proiectarea contactului electric.
În aplicațiile practice, se recomandă selectarea unei grosimi adecvate de placare cu argint pe baza cerințelor de fiabilitate pentru a echilibra costul și performanța.