铜,黄铜甚至不锈钢触点的寿命最大的缺点之一是基本材料的腐蚀。这个问题是苛刻或扩展职责的更大问题,这就是为什么在这些应用中首选黄金镀金的原因。
镀金沉积的贵族金层即使在升高温度或暴露于高度腐蚀性环境时也不会腐蚀或形成氧化物或化合物。另一个好处是,与许多基本材料触点相比,黄金是更好的电气和热导体。
接触或终端的腐蚀和氧化
大多数金连接器和触点不是由纯金制成的,而是用诸如C172或C173铍铜,C510磷铜制的碱金属制成的
奥氏体不锈钢。这是出于明显的成本原因,但也要提供具有设计所需的强度和春季脾气的基础材料。由于这些基本材料不是贵金属,因此它们受到腐蚀,在表面形成化合物,例如氧化物,硫酸盐或硫化物。
由于这些化合物不是导电金属,因此它们会干扰通过导体的电流或信号的传递。这些化合物的腐蚀和形成主要发生在碱金属接触到与其他金属接触的大气或电腐蚀作用时。
铜和铜合金(例如C101无氧铜,C110铜,C172或C173铍铜,C510磷青铜)腐蚀时,腐蚀在环境中的元素(包括氧气和硫)中。根据形成的化合物和环境的pH值,铜腐蚀产物,例如铜或氧化铜以及碳酸盐,硫化物或硫酸铜可能会出现棕色,蓝色或绿色(铜绿)。
自由女神像是铜暴露于纽约酸雨的酸性环境时形成的古铜色的一个很好的例子。在铜上形成的化合物变成了一种保护性膜,使未来腐蚀的速度放缓。这样的负面影响是形成的铜化合物不是导电的,并且会降解电触点或连接器的性能。
黄铜(例如C260黄铜,C360免费加工黄铜)是铜和锌的合金,与铜相似,氧化和腐蚀。由于与铜合金合金的锌含量高,因此它也腐蚀。锌的添加使黄铜比铜耐腐蚀性较低,并且更容易受到腐蚀和丧失锌或去辛克化的损失。在两种情况下,黄铜都会变得不那么导电,并且不会成为良好的电气连接器。
不锈钢(例如304或316不锈钢或303或416免费加工不锈钢)通常被认为没有腐蚀。但是,不锈钢非常容易受到在漂白剂或盐水中发现的氯化物的攻击,并且在这些环境中很容易形成传统的锈蚀。
此外,在较不侵略性的环境中,不锈钢在表面上自然形成薄镍/铬氧化物,可保护钢免受进一步的氧化。但是,像所有氧化物一样,该膜的导电性较低,并且会增加末端或接触的接触电阻。
在最小化镀金接触的腐蚀中的作用下降了
金镀金不会腐蚀,但在零件上涂一层金不会阻止底物腐蚀或氧化。这是由于这样一个事实,即镀板金属的薄层具有较小的孔,可以使腐蚀传播。
为了最大程度地减少通过镀金镀金腐蚀,必须考虑几个设计因素。首先是镀层的厚度,在大多数情况下,厚度越厚,耐腐蚀性就越好。但是第二个也是更重要的因素是电镀的孔隙率。
虽然镀金的厚度是建立接触的关键,具有更多的腐蚀保护,主要是由于成本造成的金厚度存在局限性。此外,使用较高的金厚度,镍板用于增加整体镀层厚度,并使零件更具耐腐蚀性。是金镀层和镍板的组合可以帮助制造镀金电触点和连接器耐腐蚀性。
电镀孔隙率是任何镀金零件的耐腐蚀性的主要因素。在薄厚度低于0.0005英寸的厚度下,大多数镀金金属具有固有的孔隙度,可腐蚀
每个板条层的独特孔隙率类似于指纹,因为添加了更多的层,毛孔到达基本材料的可能性较小。这是由于以下事实:孔集中在晶界,并且每个板层具有独特的晶粒结构。添加层增加了从基板到表面的路径的复杂性,以使其连续孔。
这种现象的一个切实的例子是通过屏幕倒水。水不会像从投手那样直接倒水的速度倒入屏幕。同样,随着添加更多屏幕,水的流动速度将更慢。可以将流过屏幕的水的速率考虑到在板状层中发生腐蚀的速度。
随着板条层的厚度增加,屏幕中的孔径和密度越来越小。通过镀层较厚的层以减小孔径并最终添加更多层(屏幕),可以停止水流。这种条件是被称为无孔隙的屏障涂层的条件。
镍镀是镀金触点的常见底板,因为它是一种具有负载的硬金,当基本材料和最终镀层层都是软金属(例如铜部件和镀金)时,这很有用。
镍电镀通过成为基材和环境之间的障碍,可以防止零件腐蚀,并且它通过物理停止水分和空气到达铜,黄铜或钢而起作用。镍还可以用作扩散屏障,以防止铜通过黄金迁移到表面,而这是不希望的,因为铜可能会在表面上氧化或腐蚀。
ASTM B488,,,,用于工程用途的电沉积涂料的标准规范,总结在附录X6中使用镍底板的原因,如下图2所示:
铜板是一个可以添加到黄金和镀镍触点的额外层,以增加总体腐蚀性。图2说明了一个零件的孔隙率,该零件在镍板上(顶部)上有金色,而镀铜在铜子板上(底部)。孔密度的降低显着,这与更好的耐腐蚀性直接相关。
孔隙率的降低是由于需要排队的额外的电镀孔层,以使水分到达底物。但是,不建议在最终黄金之前成为倒数第二层,因为它可以通过黄金氧化,也可以通过固态扩散形成金/铜的共晶。这不仅会减少有效的金厚度,而且还会形成弱的共晶,可以降低粘附和电导率。
黄金镀金细节以优化接触的耐腐蚀性
镀金是由于其出色的电气性能和贵族性能而导致的连接器和触点的最终沉积物。由于黄金的惰性性质,它不会腐蚀或氧化。但是,需要考虑以上注销的孔隙率和厚度特性,以确保镀金接触对预期应用足够强大。
复式金镀金是一种特殊的镀金类型,结合了两种不同类型的黄金 - 软金(纯净的99.9%)和硬金(99.0-99.7%纯净)。这样做是为了降低整体镀金层的有效孔隙率,因为这两个金层具有独特的谷物结构,这些结构不对齐。哪个黄金层应为最终或最终层是该部分使用的函数,如下所示:
·静态连接器:镀金的静态连接器是连接器,安装后,与旨在保持与之接触的东西进行连接。一些例子是接地的螺母或螺柱,固定的触点或焊接垫。由于少量运动,黄金镀金的硬度并不那么重要,软金是首选的最终或最终层。
·动态连接器:与某物重复连接的金色镀金连接器被认为是动态的。一些例子是男/女销/插座和电池触点。由于这些连接器的磨损主要关注,因此硬黄金是首选的最终或最终层。因此,使用大多数动态的连接器双链黄金应用,硬金应该是最外层的。
黄金厚度是镀金连接器的腐蚀性耐药性的关键特征。由于金镀金的成本与金厚度成正比,因此应仔细考虑和评估目标厚度。
下图4详细介绍了四个常见的连接器厚度和每个常见的应用。这还说明了较高的厚度如何与改善的腐蚀性能相关。如表中所述,一层金层足以在受控环境中进行静态连接。但是,随着施用的耐磨性和/或腐蚀要求增加,金厚度以及相应下层底层的厚度也必须增加。
下图4:基于最终用途和环境的金镀金厚度
| 黄金的常见厚度 | 相关的ASTM B488类 | 相关的MIL-G-45204类 | 申请 |
|---|---|---|---|
| 10µin,0.25µm | 等级0.25 | N/A。 | 适用于无周期性使用的受控环境中的静态连接。适合焊接性和电线粘合(10-20UIN) |
| 30µin,0.75µm | 等级0.75 | 班级0 | 适合可能焊接的连接。接触可以暴露于适度的环境并磨损周期,而不是高周期或化学攻击。 |
| 50µin,1.25µm | 1.25级 | 1级 | 适用于可能被焊接,暴露于更具侵略性的环境的连接,为中度至高周期提供了出色的防护措施。 |
| 100µin,2.5µm | 2.5级 | 第2类 | 不建议使用可能焊接的连接,可为腐蚀性环境和耐用性高磨损应用提供出色的保护 |
结论
金电镀为连接器和端子提供了许多优势,包括出色的电导率和导热率以及用于电子应用的可靠接触电阻等。但是,需要正确设计镀金连接器,以满足预期应用的耐腐蚀性,否则零件将无法可靠地执行。
用于建立接触或末端的所有基本材料都会形成化合物或氧化物,这些化合物或氧化物可以迁移到镀金层的表面,从而增加接触电阻。通过使用多个镀层层,包括铜,镍,金甚至双板金镀金,矿床的整体孔隙率降低,从而增加了耐腐蚀性。增加每个板条层的厚度有助于减少零件板中的毛孔,这使大气和水分更难进入底物。
上述信息作为工程指南提供了特定联系人或连接器的饰面。每个电镀应用程序都有许多其他考虑因素超出了本文的范围。
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由Dominic Scardino撰写的博客,估计工程师
参考:
- Reid,F。H.和Goldie,W。(1987)。黄金镀金技术(重印版)。Amer电磁店。
- (2021年9月28日)。用Nyogel 760g保护电连接器免受水分的水分。Newgate Simms技术支持。https://support.newgatesimms.com/protecting-electrical-connectors-from-water-ingress-with-nyogel-760g/
- 点火开关,修理电气零件,MGA。(2014)。Mgaguru。http://mgaguru.com/mgtech/electric/et126.htm
- (2018年6月11日)。D2还需要不锈钢铬多少铬?刀具书呆子。https://knifesteelnerns.com/2018/06/11/how-much-moch-more-chromium-does-does-d2-need-to-bebe-stainless/
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