金手指连接器采用电路板金手指与弹性簧片插座配合的结构形式,通过插拔操作形成连接或断开连接。其插入和拔出过程金手指连接器接触界面相当于滑动接触对,存在滑动磨损和材料腐蚀问题。由于提高金手指连接器通流能力的需求,触点还存在温升发热问题,因此,对金手指连接器配合材料的滑动电接触特性、抗磨损能力和环境可靠性都提出新要求。本课题基于某金手指连接器的扩容的背景,针对常用连接器触点表面材料、镀层厚度、接触压力、环境温度等,研究接触对的滑动电接触特性和耐环境腐蚀特性,为实际应用提供选材建议。通过滑动模拟实验系统,进行接触对滑动电接触过程的接触电阻检测,并采用非接触式三维形貌仪进行磨损检测。设计正交实验,研究接触对触头和样片镀层组合、镀层厚度、滑动周期、接触压力、环境温度对滑动接触电阻和滑动磨损程度的影响。最后,通过盐雾腐蚀实验和滑动电阻复测,研究各个接触组合的耐环境可靠性。本文研究的基础对材料组合包含了Au(铍铜)-Sn(Cu)、Ag(铍铜)-Ag(Cu)、Au(铍铜)-Ag(Cu)、Ag(铍铜)-Au(PCB)、Sn(铍铜)-Sn(Cu)、Au(铍铜)-Au(Cu)、Sn(铍铜)-Au(PCB)、Au(铍铜)-Au(PCB)8种组合。结果表明,当触头或样片的表面镀层材料为金或银时,接触对滑动电阻低且稳定。触头或样片一方的表面镀层材料为锡时,滑动接触电阻起伏很大。从滑动磨损的结果来看,当表面镀层材料为金时,在轻微磨损条件下的抗磨损性较好,随着压力增大周期变长,金镀层的磨损深度和滑道宽度都会迅速增加。表面镀层材料为银时,在轻微和中等条件下银触头的磨损严重,相应的样片滑道变宽,但因为样片滑道不断有新的接触面,所以电阻表现良好。在银镀层厚度足够厚的条件下,可以应用于较大压力和较长滑动周期的条件下。表而镀层材料为锡时,锡较软,耐磨性差,初期磨损较严重,但是接触区没有冷作硬化现象,触头磨损未显著加剧,后期磨损程度呈饱和现象。同时考量滑动接触电阻、滑动磨损,Au(铍铜)-Au(Cu)正压力和滑动周期对电阻和磨损影响显著。用于100g以下正压力和250周期以内的滑动条件。Ag(铍铜)-Ag(Cu)各影响因素对滑动接触电阻影响很小,电阻低而稳定;触头磨损大,镀层厚度是滑动磨损最显著影响因素,更适合正压力100g以下的滑动情况,1 20周期以上磨损变化小,如果样片银镀层足够厚可以应用于较长的滑动周期条件。Sn(铍铜)-Sn(Cu)温度升高接触电阻降低,但磨损加剧,应控制在45℃以下。滑动周期对磨损影响也较显著。适用于大压力、中等温度、中等镀层厚度条件下120以下的滑动工作周期。Au(铍铜)-Ag(Cu)温度对磨损影响大,尽量用在室温环境下。应采用100g以下压力,较少滑动周期内使用,避免严重磨损的发生。Au(铍铜)-Sn(Cu)滑动周期对磨损影响最显著,超过120周期磨损加剧,温度升高接触电阻降低,但磨损加剧,应控制在45℃以下。适用于中等压力、中等温度、中等镀层厚度条件下120以下的工作周期。Au(铍铜)-Au(PCB)滑动周期对滑动磨损影响显著,应采用100g以下压力和120以下的滑动周期,45℃以下的工作温度,以避免磨损严重。Ag(铍铜)-Au(PCB)温度控制在45℃以下,超过250周期应进行校核。Sn(铍铜)-Au(PCB)滑动周期和正压力对磨损影响显著。接触电阻波动,经常出现超过100mΩ的情况;适用于中等压力条件下120以内的滑动工作周期。盐雾腐蚀后,以腐蚀后正交9个条件的初始接触电阻超过100 mΩ的概率作为抗腐蚀性的评价指标;再以9个正交条件下腐蚀后样品复测50周期滑动过程中,10周期内接触电阻降低到10 mΩ以下的概率作为电接触性能恢复的评价指标。Ag(铍铜)-Ag(Cu)、Au(铍铜)-Ag(Cu)、Ag(铍铜)-Au(PCB)接触对的耐盐雾腐蚀性名列前三位。选择合适的电接触材料,需要综合考量滑动电接触特性和环境特性。比如短机械寿命,小电流应用条件,首选Sn(铍铜)-Sn(Cu),次选Au(铍铜)-Sn(Cu);中等机械寿命,中等电流应用条件,可选Ag(铍铜)-Au(PCB);长机械寿命,大电流,推荐Ag(铍铜)-Au(PCB),Ag(铍铜)-Ag(Cu)。