我們將分別討論每個優點。
多孔性.圖3.8基本表明了鎳在減少孔及缺陷位置發生腐蝕的可能性與效果。該圖也包括圖3.6圖示的沒有鎳底層的孔隙腐蝕說明。兩者間*重要的區別在於在孔位置處的裸露的鎳將形成可有效密封腐蝕孔隙的氧化膜。鎳氧化膜的厚度是有限制的,典型為的100納米,沒有填滿孔隙,更重要的是沒有移動。類似的效果在缺陷位置包括磨痕也會產生。這種孔密封機理的效果在高濃度氯的環境中因為降低了氯對鎳氧化物的影響就已經提出。但是,氯濃縮的必要性並沒有很好明確。在這些環境中廣泛的測試表明鎳底層對很大範圍的電連接器產品的優點。
圖3.9顯示了孔隙腐蝕對置於模擬工業暴露環境的流動的混合氣體(flowing mixed gasFMG)測試環境中金鍍層片(coupon)的影響。測試環境由十億分之幾數量級parts-per-billion)的氯,氫硫和氮的氧化物組成為主要污染物,加上溫度為25 度的潮濕(濕度為75%)空氣。在孔隙周圍出現環狀腐蝕,結果腐蝕物出現圖3.6 所示的腐蝕移動。這些腐蝕物的存在,當它們蔓延到接觸表面時,對接觸阻抗有很大的影響。
來自於Geckle 的圖3.10,提供了一些有關腐蝕物移動過程特性的實例。這些數據來自暴露在上段所述FMG 環境中的金/鈀/鎳/銅合金鍍層片,各層厚度分別為0.1、1.5、2.5 微米。位於圖中間的縮微照片顯示了孔隙以及孔隙周圍的環狀腐蝕物。圖上面一系列X—光線圖顯示了孔隙通過所有層的延伸。因為金、鈀和鎳層中信號的缺少及沒有缺少的強烈的銅信號,孔隙的存在是顯而易見的。裸露的銅是腐蝕物產生的根源。顯示了主要腐蝕種類(major
corrosion species)位置的更低的X—光線圖,暗示了氧氣主要停留在孔隙位置,氯可以輕微地移動,但硫腐蝕物明確局限於環狀腐蝕物範圍內。移動種類(species)明顯包括銅/硫腐蝕物。
腐蝕移動.圖3.11表明了一種評估腐蝕移動的實驗方法。在這種情形下的五種不同系統,自鍍有有益接觸鍍層系統的銅合金片(coupon)沖制(stamped)一圓盤形狀。沖制過程產生暴露的基材金屬邊緣,其在FMG暴露環境為可腐蝕位置,暴露後的腐蝕移動大致與上述描述相同。圖中插入的數據提供了暴露在FMG 環境一定時間後腐蝕移動距離的實驗性數據。該數據揭示了兩種所關心的效果。
**,注意到金表面腐蝕物的移動距離比鈀大,依次,鈀表面腐蝕物的移動距離比鎳大。
**,鎳底層將金和鈀鍍層腐蝕物的移動距離減少了一半。
這兩種效果可以根據腐蝕物移動的運動學,以一種簡單但又關聯的方式加以簡明。基本的假設是腐蝕物在光潔表面擴散得很快,這種現象可能是因為表面張力的影響,類似於濕潤現象。腐蝕物在表面自由擴散以至於超出表面膜。光潔金表面不會產生氧化膜。鈀是一種催化劑(catalytic)材料,易於在其表面形成一層有機薄膜,且在測試環境里是反應性的(reactive),這一點將在後面章節討論。在測試的暴露環境里(in the testexposure),鈀表面很容易形成氧化膜。鎳,正如所提到的,也會形成一層表面氧化膜。在已知假設下,腐蝕物的移動符合數據所顯示的模式,腐蝕物在金表面擴散得*迅速,鈀次之,鎳*慢,這就解釋了上述所觀察到的在三種鍍層金屬上腐蝕物具有不同的擴散速度的原因。
**次觀察,鎳底層上腐蝕物的移動距離僅為金底層的一半,是因為鎳阻礙了腐蝕物的擴散。在這種情況下,鎳底層就象銅合金與貴金屬鍍層之間的柵欄。雖然鎳能夠阻礙腐蝕物的擴散,但由於鎳層僅有几微米厚,腐蝕物很容易穿透鎳層在金或鈀鍍層表面更快地擴散,在圖3.11所示特定的測試條件下,可以想象鎳底層的阻礙效果大約只有測試暴露環境的一半,這是簡單的但基本正確的對實驗數據的解釋。连接器技术之3.3选择可分离接触界面的接触镀层的考虑(中)
圖3.12 顯示了在與圖3.11採用的數據類似的測試暴露環境里腐蝕物在鍍有金∕鎳∕磷青銅鍍層金屬的沖制圓盤上的擴散。外邊緣的膜非常厚,且其擴散距離減少。表面上的亮點為探測點,其上接觸阻抗的測量以金作為探針,在邊緣位置,其阻抗值大於2 歐姆,試驗預設的極限值成立。如圖3.13顯示的只有在接近底層中心時,才會出現毫歐級的阻抗值。
鎳作為阻礙腐蝕物擴散對接觸界面的正面(barrier normalto)效果明顯受限於底層的厚度。但是,其側面的阻礙(lateralbarrier)是非常有效的。圖3.14 提供了一個實例,所示端子完全鍍鎳且在其接觸面上局部(selective)鍍金。接觸下部(the lower contact)也得到附加的薄金(gold flash)鍍層(通常為0.1 微米)。將端子置於同樣的工業環境中。薄金鍍層表面更有利於腐蝕物的擴散。當考慮到收容端子於基座(housing)的保留飛邊結構(the retentionlance )的腐蝕區域是沖壓產生的形狀,這就是顯而易見的(this is obvious whenconsidering the corrosion around the area where the retention lance that holds the contact in the housing is stamped)。沖壓成形區域的鍍層金屬覆蓋範圍(plating
coverage in the stamped area)不完全是因為沖壓過程中剪斷處(shear-break)的粗糙度和這些凹陷處(recesses)不能被有效電鍍。這些區域鍍層金屬的欠缺導致基材金屬(銅合金)裸露,從而成為腐蝕源。腐蝕物在薄金接觸面很快地移動而它們在全部鎳鍍層表面的移動是受限制的。該圖表明當鎳在腐蝕物移動方向上有足夠的延伸時,它能夠有效地防止腐蝕物擴散。
擴散.鎳底層阻礙擴散的有效性可通過圖3.15中的數據加以說明,該圖顯示了銅通過金,鈀,銀和鎳鍍層的相對擴散。同金或鈀相比,通過一定量或更多的減少可以看出鎳是一種有效的防銅擴散金屬。相似的情況發生其它典型基材金屬成份如鋅和鋇上。通過這種方式,鎳有效的防止基材金屬成份擴散到接觸表面,在該表面基材金屬成份可與其運用環境中的各種腐蝕起反應。
耐久性.鎳也能改善貴金屬接触鍍層的耐久性。對金鍍層的影響將被表明,但相似的影響也發生在別的貴金屬鍍層上。根据Antler 改編的圖3.16,表明了直接鍍有2.0um 厚鈷—金合金接触鍍層的銅和鈹銅底層的耐久性典線。應該注意到檢測樣品包括平面取樣片(flat coupons)和半球形附件(rider)。
這些數据僅與几何形狀有關而并不代表電連接器接触界面的典型數值。但這些數据的趨勢与連接器的耐久性有關。
耐久性可用一磨損(wear)指標,即一種作為通過次數函數的基材金屬暴露總數的度量(耐久周期(durability cycles))來評估。耐久性指標為50意味著出現的(showed)磨痕(track)有50%裸露了基材金屬。注意到銅基材的金鍍層耐久性明顯低于鈹銅基材的金鍍層。這种結果是由于鈹銅比銅更硬。更硬的底層金屬能夠提供支持層來增加鍍層的有效硬度,并由此而降低了在既定壓力下的接触面積。因為磨損与接觸點的破裂有關,正如**章所討論過的,接触面積的減少會導致磨損降低。
鍍鎳底層可提供一個比鈹銅更硬的支持層,所以可以預測其耐久性有進一步提高。圖3.17証實了這種預測,顯示了磨損指標對鍍有鈷金合金的銅的配合周期次數隨不同厚度的鍍鎳底層的變化。隨鎳底層厚度的增加,耐久性立即提高。
连接器技术之 3.3选择可分离接触界面的接触镀层的考虑(中)