浅谈汽车连接器接触失效的原因

根据现场分析和测试数据，接触失效是连接器最主要的失效模式，占45.1%。接触电阻的增大和触点的瞬间断开是这种故障形式的主要表现。接触失效的主要原因是：接触力的变化、摩擦磨损、材料表面质量降低。根据电接触原理，结合汽车连接器的材料、结构和工作环境，分析上述失效机理：

1.接触力的变化。连接件的配合是通过材料的变形实现的。一般阴极上有性能良好的弹性元件(即插座)，阳极上有刚性元件(即插针)。当插针插入插座时，发生过盈配合，使插座上的弹性元件变形，产生正压力，使触头保持接触。因此，整个接触对的可靠性取决于弹性元件的性能和所提供的接触力的大小。随着使用时间的增加，弹性元件的材料性能会发生变化。疲劳和应力松弛会导致弹性元件失去其原有的弹性和塑性变形。在这些变化过程中，接触力逐渐减小，导致连接器失效。同时，汽车发动机产生的热量引起的热应力会降低材料的强度和接触压力。汽车连接器材料在长期的高温工作环境下会发生蠕变，伴随着材料的应力松弛甚至不同形式的断裂，从而导致接触压力的波动。这对连接器可靠性非常有害。汽车行驶过程中，在路况的影响下不可避免地会发生颠簸，连接器触点在这种外界“颠簸”激励(具体来说就是振动和冲击)的影响下会发生碰撞变形，从而可能引起触点的接触力发生变化，使连接器电阻产生较大波动。当接触力变化低于一定范围时，会导致连接器瞬间失效。

2.摩擦和磨损汽车连接器的插头和插座在使用过程中会相对移动。由于弹力的作用，这种运动总是伴随着触头配合面之间的摩擦。材料表面的微凸起和凹陷在摩擦时会受到剪切力的作用，剪切力的大小也会随着摩擦程度的增加而增加。当剪切力达到一定极限时，表面上的凸点会被切掉，然后粘结在另一个表面上或散落在接触界面外。粘结颗粒的硬度会随着颗粒在接触面之间的反复运动而逐渐增加，这些高硬度的颗粒会划伤材料表面。长期磨损会增加接触电阻，导致触电故障，并缩短连接器的使用寿命。摩擦带来的热量会加速材料表面氧化物的生成形成薄膜，导致接触电阻增大，接触失效。摩擦通常发生在硬度低、强度极限小、表面粗糙的接触中。

3.降低了材料的表面质量。连接器接触面需要镀一层金属，以提高材料的性能。汽油渍、道路灰尘、气体等污染物散落在这个镀层表面形成薄膜。分子极性和范德华力的存在会诱导涂层表面吸附氧化膜，如二氧化碳，氧化膜会吸附在铜材料表面。材料的化学反应会使涂层金属产生氧化膜。比如接触面镀锡时，如果接触压力不高，很容易产生厚而致密的氧化物。这些薄膜减少了电流通过的面积，导致接触电阻增加和失效。高温会加速这些薄膜的生长和吸附。镀金或镀银可以在一定程度上阻止这些膜的形成和吸附。金的化学性质稳定，在空气中很难被氧化。但黄金价格昂贵，硬度低容易发生粘着磨损，无法保证接触面质量的100%稳定性。与黄金相比，白银的价格相对较低，银的硬度比黄金高，粘着磨损程度较小。但银对环境中的硫特别敏感，空气只需要几个ppb的硫就能腐蚀银镀层，导致接触失效。在这些涂层的形成过程中，由于工艺不同，涂层表面不可避免地会出现许多微小的缝隙。环境中的电解质溶液通过这些微小的缝隙渗透到基材中。由于基底材料的电极电位和涂层材料的电极电位之间的差异，在这些渗透的电解质的作用下发生电化反应，形成腐蚀产物，腐蚀产物从间隙向外延伸，导致接触失效。

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审核编辑 黄昊宇