连接器微动磨损为何发生？九大影响因素与机理全揭秘

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2025-05-13 15:04:51 832

连接器的微动磨损会影响其性能和使用寿命，多种因素都可能导致微动磨损加剧。

1，运动频率

由于微动是一种与速率有关的现象，所以接触电阻会受到振动频率的影响。频率越低，接触电阻提高到预定量级所需的时间越短。也就是说，提高频率反而能提高连接器抗微动的能力！

频率的影响可以通过微动中的氧化作用来解释。氧化作用与时间有关，频率越低，接触区域暴露于微动氧化作用的时间越长，因此接触区域被隔断的传导点数量增多，造成接触电阻的增长，最总导致失效。

2，滑动幅值

对于不同频率和不同的接触材料组合时，微动幅值越大，接触电阻达到给定增值所需的时间越短。也就是微动幅值越大，连接器失效的也就越快。所谓的幅值，我们简单的理解就是连接器的配合间隙或晃动量。

其中的机理，可以用碎屑移动的动力学和接触区域内导电斑点的形成和隔断来合理地解释微动幅值的影响。也就是说，微动幅值越短，暴露用于氧化作用的接触点数越少，从而延迟了接触电阻劣化的开始。从另一方面说，较长的微动幅值有助于接触区域暴露的氧化作用，因此传导接触点的数量会减少，缩短了接触电阻开始增大的时间。

结合因素1和因素2的分析，很容易得出一个结论：振动幅值越小（即连接器配合后晃动小），振动频率越高，抗微动的效果最好！特别要说明的是，频率越高，抗微动越好，这个结论与我们惯性思维是相悖的，工作中我们的第一反应，是频率越低微动越好！理论却恰恰相反……

3，相对湿度

相对湿度对电接触中微动作用的影响是重要而复杂的，它涉及化学反应速率、湿度对碎屑物理特性的影响、湿度对接触材料表面机械特性的可能影响等因素之间的相互作用。微动磨损在湿度饱和空气中比在干空气中低水溶液进入接触区域以一种或两种不同的方式影响微动过程：

第一种，溶液可以作为润滑剂使金属表面分离，减小粘接、摩擦，降低磨损速度；
第二种，溶液可能引起微动损伤处的阳极腐蚀反应，造成腐蚀物在损伤处的聚集，使磨损速度增大。

4，温度

温度在微动中的影响表现在两个方面：改变氧化或腐蚀的速度和影响材料的力学性能。对镀锡铜合金微动的接触电阻研究发现，当应用的环境温度从室温35°开始，不断上升时，微动的趋势是向好的方向发展，达到60°C左右时，镀锡铜合金的微动情况是最轻微的。随着温度继续上升，微动的情况开始变的越来约严重。

因为，当温度低于60°时，锡的氧化是镀锡样品失效敏感度提高的主要因素。高于60°C时，由于镀锡层发生软化，使接触区域增大，从而缩短了有效路径的长度，降低了劣化速度。

必须指出，尽管温度的提高可以给镀锡样品的性能带来一定改善，但其他基体的金属在被软化的温度下并不一定有同样的趋势。并且，高温必定会引发锡-铜界面上金属化合物的形成。温度的影响如果要展开能说的很多，后面有机会再一点点剖析！

5，表面加工

一种普遍的观点是表面粗糙度越高，微动磨损就越严重。相对于光滑表面来说，粗糙表面有更高的塑性指数，粗糙顶部的凸丘会发生塑性形变，但是加工硬化趋向于阻止凸丘被完全压平，使较锋利的粗糙凸丘通过弹性变形进行更多的切向运动。并且在粗糙的表面上，碎屑更容易从接触区域滑出，沉积在邻近表面的凹谷中。

6，硬度

硬度主要从两个方面影响微动：

第一较高的硬度意味着较高的抗拉强度和较高的疲劳强度。由于微动损伤涉及因局部高应力的疲劳过程造成的表面破坏，所以希望能通过提高表面硬度来减小损伤；
第二，氧化碎屑的研磨作用是微动腐蚀的影响因素之一，因此表面越硬，抗磨损性越好，损伤越小。特别指出，碎屑和表面的相对硬度很可能是一个重要的影响因素。

接触金属的硬度作用和与其连接在一起的氧化膜的硬度及强度是不可分的。不同硬度和表面加工的相似金属的结合抗微动作用最好。金属的结合显示，不易形成合金的金属比那些已形成的合金抗微动作用更好。

希望能用提高硬度的表面处理来降低微动磨损，延迟接触电阻劣化的开始。镀金层就是一个很好的例子，连接器行业很少镀纯金，都是镀的“硬金”，含有添加剂钴。

7，金属氧化物

微动形成的金属氧化物的性能极大地影响了微动磨损的程度和微动的动力特性。

由微动作用产生的氧化碎屑将增大摩擦系数，并通过研磨作用增大表面损伤。基体金属的相对硬度是决定磨损速率最重要的因素。也就是说，硬金属产生的软氧化物对微动磨损有抵抗作用，而软金属产生的硬氧化物则会造成严重的磨损。金属与氧化物结合强度的改变使金属氧化物的影响变得更为复杂。

微动过程中两个接触材料的表面初始都会被氧化。由于氧化物的塑性比基材要差，当硬度不同的材料接触时，较硬的材料对较软的材料产生局部支撑作用，从而会抑制氧化物的破碎，氧化物的破碎是金属接触和形成低接触电阻的必要条件。但在具有相似硬度的金属接触时，易产生氧化膜的广泛破碎。

进一步说，破裂的重叠程度会更高，更容易从中形成金属桥。这一假设可由实验得到证明，一个为镀有薄金的试样与已被严重氧化而没经擦拭的锡-铅样品接触，另一个是有厚的锡-铅镀层试样与具有同样氧化程度的锡-鉛样本接触，两接触对比较的结果是前者比后者的接触电阻要高的多。

8，摩擦系数

如果滑动幅值很小，或许可以通过提高靡擦系数阻止滑动，因为发生滑动时顿向力必须大于正应力和摩擦系数的乘积。但是大的摩擦力会导致严重的塑性形变和接触的疲劳失效。因塑性应变累积和接触面失效产生的磨损颗粒会形成犁削效应，增大摩擦力，从而加速对接触表面的损伤。

另一方面，当滑动不可避免时，小的摩擦系数更能令人满意，因为小的摩擦力不会产生接触面的塑性形变，只可能导致弹性滑动。尽管如此，即使对于非常小的摩擦力，接触表面的塑性形变还是不可避免的，因为只要有摩擦力存在，接触就处于弹塑性状态，但是塑性应变的量值和程度却可以通过减小摩擦力的方式被降低。

9，电化学因素

大量而广泛的研究表明，当接触元件中的一种材料相对于另一端钢的电极电势更低时，钢的微动磨损损伤会降低。也就是说，像 Zn 和 Cd 这样电极电势比钢低的材料在微动磨损中会给钢提供较好的保护，因为它们比钢损耗得更严重。另一方面，当钢和 Pb、Sn 或Ag 接触时，钢会比它们磨损得更严重。

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