镀金表面腐蚀物的SEM、EDS分析
镀金接触表面形成的圈状腐蚀物的SEM EDS 分析
林雪燕,章继高
(北京邮电大学电接触科研室,北京100876)
本文主要论述镀金接触表面经长期室内自然腐蚀后形成的腐蚀物的结构、成分的SE M EDS 分析结果及微动接触电阻的实验结果。
1 暴露实验
进行长期室内自然暴露的镀金样品的基底为锡磷青铜合金(CA -511);中间层为镀镍层,其厚度为1.55μm ;表面为镀金层,厚度分别为0.48μm 和1.57μm ;镀金接触表面的的粗糙度值在0.1～0.2μm 之间。所有样品在丙酮溶剂中超声波清洗30min ,待其干燥后用漆包线悬挂起来在上海某公司的室内进行长期自然暴露。自然暴露时间为22个月。对镀金接触表面的观察和分析分别在自然暴露3个月,8个月,15个月和22个月进行。
2 实验分析结果2.1 微孔腐蚀产物形貌的SEM 观察结果:经长期室内自然腐蚀后镀金样品表面上形成了许多腐蚀斑点,图1为SE M 观察到的镀金接触表面上圈状腐蚀物的B SE 照片。可清楚地看到腐蚀物是由中间的腐蚀核和外围的腐蚀圈所组成。图2为腐蚀圈上区域1的SE M 图像,可清楚地看到腐蚀圈是由密集的腐蚀颗粒堆积而成。图3为腐蚀圈上区域2的SE M 照片,可清楚地看到腐蚀圈是由分散的腐蚀颗粒堆
积而成。其中的颗粒4和颗粒5经E DS 分析含Ca ,Si ,Mg ,Al ,Fe 等典型的尘土颗粒成分。因此,尘土颗粒与腐蚀物同时存在,可以推断腐蚀产物是环境中腐蚀性气体(H 2S ,SO 2,Cl 2,O 2等)和尘土的综合影响
[1,2]
。
2.2 微孔腐蚀产物化学成分的EDS 分析:图1所示的圈状腐蚀物不同区域元素成分的EDS 分析结果列于表1。可知:(1)在腐蚀核(区域3)上,Cl 的含量远大于S 的含量;O 和C 的含量非常高;Ni 的含量稍大于Cu 的含量;未发现Au 。可以推断腐蚀核的厚度较大,且其下面应是镀
金层的微孔所在。腐蚀核应该是Ni 和Cu 的硫化物,硫酸物,氯化物,氧化物等多种化合物的混合。(2)在腐蚀圈(区域1)上,S 和Cu 的含量有很大的增加,却没有探测到Cl 和Ni 元素;O 和C 的含量低于腐蚀核上的O 和C 的含量。腐蚀圈上的腐蚀物主要为硫化铜,硫酸铜,氧化铜的混合物。(3)腐蚀圈上探测到有尘土颗粒存在,如区域4和5。其中尘土颗粒4的最主要元素成分为Si ,因此很可能是石英等硬物质,而尘土颗粒5的最主要元素成分为Ca ,因此很可能是石膏等软物质。
表1 腐蚀物(自然腐蚀22个月)各腐蚀区域中元素的原子百分比(a o )
元素区域
C O S Cl Ni Cu Au Ca Mg Si Al Fe 11.0159.0121.93 18.04 313.3861.541.036.598.948.53 46.1049.482.554.86 22.270.69 0.3710.623.05 5
19.09
17.92
0.20
1.52
17.92
0.21
2.54
1.42
0.25
:未探测到这些元素。
基金项目:高等学校博士学科点专项科研资助课题
2.3 圈状腐蚀产物的微动电接触特性:图4为在50g 接触压力下直径为6mm 的触头跨过腐蚀核时的
微动接触电阻和微动时间的关系曲线。10m Ψ被设定为临界失效接触电阻值。初始的微动
接触电阻大于100m Ψ;经136个微动周期后,接触电阻下降到
10m Ψ以下且不再升高。腐蚀圈的微动接触电阻特性与腐蚀核的相似。
3 结论
镀金表面经长期室内自然腐蚀后产生的腐蚀产物为处于中心的腐蚀核与外围腐蚀圈组成。腐蚀圈
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由密集的微小腐蚀颗粒堆积而成。腐蚀圈上腐蚀物的化学成分和腐蚀核的相似。在腐蚀圈上常发现尘土颗粒存在,腐蚀产物是环境中腐蚀性气体和尘土
的综合影响。由于腐蚀圈的面积要远大于腐蚀核的面积,因此微动时跨过腐蚀圈的可能性要远比跨过腐蚀核的可能性大。圈状结构的腐蚀物增加了接触界面产生接触故障的几率。
致谢:感谢清华大学摩擦学国家重点实验室的扫描电镜组对电镜观察和能谱分析提供的便利条件。参考文献:
[1]Lin Xue -Yan ,Zhou Yi -Lin ,Zhang Ji -Gao .Island growth of
corroded products on various plated s urface after long -term indoor air exposure in China [C ].Proc .45th IEEE Holm Conference on Electrical Contacts .Chicago ,USA ,1999.153-161.
[2]Zhang J G ,Lin X Y ,Zhou Yi -Lin ,Williamson J B P .Tidal
corrosion and concentric rings on gold plated contacts .Proc .20th International Conference on Electrical Contacts [C ].Stockhol m ,Sweden ,2000.19-23
.
图1 腐蚀产物的BSE 图像(Bar =51.4μm );图2 黑色腐蚀圈区域1的放大(Bar =5.14μm );图3 黑色腐蚀圈区域2的放大(Bar =12.8μm );图4 跨过腐蚀核的微动接触电阻变化曲线。
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