津沽新闻网

主页
人民的生活信息网

关于接插件烧蚀的分析

更新时间:2020-05-11 10:41点击:

联合撰稿:上汽大众张凯/王魁栋;思索连接器黄健平

摘要:连接烧蚀是汽车电线束常见的一种失效形式,汽车电线束设计时应考虑环境温度、回路电流、使用位置的防水要求等因素选择连接器。此点前人有在此方面做过多项研究和发表论文,本文则其中一种 [电化学腐蚀]因素形成的烧蚀现象,通过实际案例来进行分析说明烧蚀问题。

关键词:连接器;烧蚀;电化学腐蚀;

[汽车连接器用于汽车电各连接点的连接,是汽车上的重要零件,其品质好坏直接影响到电力或信号的传输效果。连接器烧蚀是比较常见的一种失效形式,是指连接器在使用过程中出现护套熔融、燃烧等现象,从而使连接器功能丧失。由于连接器本身的因素而形成的失效形式原因一般有三种:材料选择问题;端子载流能力;产品密封问题。](此段文字引用自文件编号:1003-8639(201508-0038-03)。

本文则从特定位置和条件下引伸出的【电化学腐蚀】现象上进行说明其中一种烧蚀问题。

一、 案例背景:

2017年5月华域实验室对某灯组件进行通电状态下“交变湿热试验”测试后发现Conn焊脚PIN针烧蚀锈化;(图一)

试验条件如下:

    失效件为Molex 2.0Pitch DIP型WTB接插件;

    失效件拆解状态分析:

    Conn此PIN位为直针2P产品,其中一根PIN针相对完好,未腐锈到电镀层内部;而右图正面图片左侧铝基板铜铂孔内已完全被堵塞,经对背面(图二右侧)进行刮开确认,原理论意义上的铜PIN四方针已完全腐蚀分解成“粉末状”黑色、铜绿及黄色氧化铜类物质状态,与下图产品结构框印右侧仍保留相对完好的PIN针形成鲜明的对比, 综合上述试验条件,通电状态下的湿热交变条件,结合腐蚀原理,分析属于一种电化学腐蚀现象。

    二、关于【电化学腐蚀】原理及案件同步分析

    电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中,金属失去电子而被氧化,其反应过程称为阳极反应过程,反应产物是进入介质中的金属离子或覆盖在金属表面上的金属氧化物(或金属难溶盐); 介质中的物质从金属表面获得电子而被还原,其反应过程称为阴极反应过程。

    烧蚀即为 “氧化还原反应”中的“阳极反应过程”。

    电化学腐蚀是指金属材料和电解质接触时,由于腐蚀电池作用而引起的金属材料腐蚀破坏。由于实际中电化学腐蚀的环境十分普遍,因而电化学腐蚀是金属材料腐蚀中最普遍的现象。电化学腐蚀其实质是浸在电解质溶液中的金属表面上进行阳极氧化溶解的同时还伴随着溶液中去极化剂在金属表面上的还原【腐蚀电池】,其腐蚀破坏规律遵循电化学腐蚀原理。

    根据组成【腐蚀电池】的电极大小、形成腐蚀电池的主要影响因素和腐蚀破坏的特征,一般将腐蚀电池分为三大类:宏观腐蚀电池、微观腐蚀电池和超微观腐蚀电池。

    (1)宏观腐蚀电池:这类腐蚀电池通常是由肉眼可见的电极所构成。它具有阴极区和阳极区保持长时间稳定,并常常产生明显的局部腐蚀的特征。

    (2)微观腐蚀电池:由于金属表面的电化学不均匀性,在金属表面产生许多微小的电极,由此而构成各种各样的微观腐蚀电池,简称为微电池。

    (3)超微观腐蚀电池:超微观腐蚀电池,是指由于金属表面上存在着超微观的电化学不均匀性产生了许多超微电极,从而形成的腐蚀电池。它是造成金属材料产生电化学均匀腐蚀的原因。

    【腐蚀电池】必须包括阴极、阳极、电解质溶液和连接阴极与阳极的电子导体等几个组成部分, 缺一不可。这几个组成部分构成了腐蚀电池工作历程的三个基本过程。

    (1)阳极过程:金属以离子形式溶解而进入溶液,等电量的电子则留在金属表面,并通过电子导体向阴极区迁移,即阳极发生氧化反应;

    (2)阴极过程:电解质溶液中能够接受电子的物质从金属阴极表面捕获电子而生成新的物质,即阴极发生还原反应;

    (3)电荷的传递:电荷的传递在金属中是依靠电子从阳极流向阴极;在溶液中则是依靠离子的电迁移。这样,通过阴、阳极反应和电荷的流动使整个“电池体系”形成一个回路,阳极过程就可以连续地进行下去,使金属遭到腐蚀。

    三、案例现象梳理

    在了解了“电化学腐蚀的原理”后,梳理形成腐蚀电池的条件来对应本案例失效的状态和过程如下:

    A- 有电荷的流动-----试验是在不间断通电的状态下进行,条件满足;

    B- 金属表面存在不同的金属成份,从而存在电极电位差;-----此接接插件四方针的两顶端为无无镀层截断面,断面有裸铜现象(四方针黄铜成份中大致有如下成份金属物质),条件满足。(注:本案例失效连接器选择替代品牌“SWB”产品后验证通过,其产品为全表面电镀四方针)

    C- 电解质溶液-----样件组件整个是在高温高高湿环境试验仓条件下进行,电路中裸露部分会布满水份,条件满足。

    由此,在满足上述典型“电化学腐条件”(原理),接插件在长时间“微腐蚀电池”作用下,表面持续发生“氧化反应”,致使腐蚀面积逐渐加大致面积,连接电阻也随这变大,在持续电流运作下,接触区发热量(温升)也随之增大,也加速接触金属件的氧化腐蚀过程,最终发生接触件及外护套件烧蚀,最终形成电路失效和如样本所示的状态。

    四、结论:

    通过此案例,进一步验证连接器工艺设计以及线路板焊点防护重要性,同时在一些防水类产品因设计或应用装配不到位同理产生的失效;并从微观烧蚀原理上-----【电化学腐蚀】现象进行说明此类烧蚀问题。以此为适当位置选择连接器和在线路板关键电路位置进行防水涂层的重要性提供参考。注意每一个细节,最终保障汽车运行安全性。

    同时关于连接器的选择,华域不仅局限于选择进口件,国内汽车连接器行业中,也不乏一些优秀的设计、制造企业,如思索连接器(SWB)、Hulane…等。在推动“国产化道路上”,华域从失效中找原因,从失效中找出路!不断完善高质量的研究和引入高质量的合作伙伴!

官方微信公众号