【正文】 再氧化腐蝕，在磨損腐蝕中，是錫接觸鍍層最主要的性能退化機(jī)理。銀接觸鍍層最好被當(dāng)作是普通金屬鍍層，因?yàn)樵撳儗尤菀资艿搅蚧锖吐然锏母g。由于氧化物的形成通常也把鎳鍍層當(dāng)作是普通金屬。本章將討論接觸鍍層材料和電連接器的選擇標(biāo)準(zhǔn)。在討論材料之前先按次序討論一下采用接觸鍍層的主要方法?！　∮袔追N方法在接觸鍍層中得以運(yùn)用。主要有三種技術(shù)：　　．電鍍（electrodeposition）　?。畤婂儯╟ladding）．熱浸（hot dipping）　　電鍍是在連接器制造中，在接觸彈片上加以鍍層有最為廣泛的使用方法。這里僅對(duì)其基本過(guò)程作一簡(jiǎn)要描述。更為詳細(xì)的討論可見(jiàn)于Durney和 Reid以及 Goldie的論述中。　　。電鍍是電鍍液中的金屬離子沉積到陰極(本圖中是接觸彈片)，其中金屬離子可來(lái)自電鍍液中的可溶性陽(yáng)極，以補(bǔ)充沉積到陰極上的金屬離子。在這個(gè)簡(jiǎn)單的單元中，沉積電鍍過(guò)程主要是由溶液的化學(xué)作用和陰極表面的電流分布來(lái)控制。　　原則上電鍍過(guò)程的現(xiàn)象描述是非常簡(jiǎn)單的。鍍層材料如金，沉積在底層基本金屬不同的點(diǎn)上并且在電鍍過(guò)程中在鍍層的表面漸漸加厚。達(dá)到一定厚度時(shí)，鍍層“完全地”覆蓋在底層金屬的表面上。圍繞“完全”這個(gè)詞的引證都是為了揭示這樣一個(gè)事實(shí)，即鍍層覆蓋的程度由基材金屬的表面特性和清潔程度以及電鍍過(guò)程而定。電鍍過(guò)程中最普通的缺點(diǎn)是在鍍層上有很多孔隙（pores）。這種多孔性（porosity）和它對(duì)接觸性能的影響將在后面的章節(jié)中討論。　　大多數(shù)電連接器接觸鍍層是在不斷循環(huán)往復(fù)（reeltoreel）的過(guò)程進(jìn)行以充分利用這個(gè)過(guò)程的成本效用。在本世紀(jì)七十年代和八十年代初期，大量的努力都是為了減少電連接器鍍層中金的使用量，因?yàn)楫?dāng)時(shí)其價(jià)格高達(dá)800美元。減少金鍍層的厚度（如后面章節(jié)中將討論的，利用鎳底層是可能達(dá)到的）和控制金的數(shù)量及其在接觸處的位置取得了極大成功。　　接觸鍍層電鍍通常有三種類(lèi)型：完全電鍍（overall），局部電鍍 （selective），雙重電鍍（duplex）。正如所預(yù)料的，完全電鍍（overall）是鍍層完全覆蓋在接觸表面上。錫接觸通常是完全鍍層。對(duì)貴金屬接觸而言，出于對(duì)成本的考慮一般采用局部電鍍（selective ）或雙重電鍍（duplex）。在這兩種情況下，貴金屬是有選擇性的運(yùn)用于可分離性接觸的末端，而此運(yùn)用不同于在永久性連接或其末端中鍍層的運(yùn)用。選擇性接觸鍍層有用在永久性連接上的金鍍層，但鍍層厚度在每一末端可能不同。雙重電鍍（Duplex）通常都是鍍?cè)谟谰眯赃B接末端的錫或錫合金。應(yīng)當(dāng)注意到電鍍材料的性能，尤其是貴金屬，它與相同的鍛造性材料（wrought form）有很大的不同。一般來(lái)說(shuō)，電鍍材料更硬而延展性較差，且比鍛造性材料的密度小。其變動(dòng)范圍與材料本身和電鍍過(guò)程均有關(guān)系。 噴鍍　　噴鍍是指在高壓作用下以機(jī)械結(jié)合的方法將兩金屬接觸面結(jié)合到一起。通常有三種方式：完全噴鍍（overlays） ，選擇噴鍍（toplays） 和鑲嵌噴鍍（inlays）。其中完全噴鍍（overlays）完全覆蓋底層金屬。選擇噴鍍（Toplays）僅僅有選擇的覆蓋底層金屬表面的一部分。鑲嵌噴鍍（Inlays）是包覆金屬的一種特殊情況，其接觸鍍層材料是有選擇性的噴鍍?cè)陂_(kāi)有溝槽的底層金屬上。所開(kāi)鑲嵌噴鍍溝槽可提供清潔的接觸表面以促進(jìn)結(jié)合的可靠性。連續(xù)不斷的減少是為了得到條狀金屬以達(dá)到最終需要的厚度從而增強(qiáng)金屬結(jié)合的壓力。此外結(jié)合增強(qiáng)因?yàn)橄嗷U(kuò)散過(guò)程而發(fā)生在熱處理過(guò)程中。更多關(guān)于噴鍍（cladding）方面的數(shù)據(jù)可見(jiàn)于Harlan?！　¤偳秶婂儯╥nlay）和電鍍接觸鍍層之間有兩個(gè)主要的不同點(diǎn)。第一：鑲嵌噴鍍使用鍛造材料，這樣使得其接觸鍍層的材料性能與電鍍材料的性能不一樣。第二，與電鍍相比其可用的材料范圍更廣。特別是貴金屬合金如WE1(其中金69 ﹪銀25%鈀6%)以及鈀60%銀40%合金作為鑲嵌噴鍍（inlay）材料是不能用在電鍍過(guò)程中的。錫和噴鍍層或鑲嵌層同樣用在電連接器中，但并不總是用作接觸界面。這些覆蓋材料通常是在接觸末端提供可焊接的表面。 熱浸　　在電連接器運(yùn)用中，熱浸僅用于錫和錫合金。在下面的討論中錫包括錫合金—在大多數(shù)情況下，指錫60%鉛40%或 易熔的錫鉛合金。熱浸包括將條形金屬通過(guò)熔融的錫溶液使其表面鍍上一層錫。其厚度控制是由不同的過(guò)程包括空氣刀（air knives）及空氣刷（air wipers）。典型的厚度，和厚度控制因此也由加工過(guò)程而定。從一接觸界面的透視圖可以看出，熱浸和鑲嵌噴鍍或電鍍錫鍍層之間最大的區(qū)別是在熱浸過(guò)程中形成金屬間化合物。甚至在室溫下，銅錫金屬間化合物形成的同時(shí)，如果不小心熱浸能產(chǎn)生大量金屬間化合物。過(guò)多的金屬間化合物不能提供可接受的接觸性能且對(duì)接觸的可焊接性能產(chǎn)生負(fù)面影響?！　　≡跓峤臅r(shí)候?qū)?huì)產(chǎn)生金屬間的厚度，為確保接觸表面是事實(shí)上是錫而非金屬間化合物，必須小心控制熱浸過(guò)程中金屬間化合物產(chǎn)生的厚度。 總結(jié)采用三種方法將會(huì)在接觸鍍層的性能上產(chǎn)生不同的特性。電鍍鍍層通常比噴鍍鍍層更硬而延展性更差，很接近鍛造材料的性能。熱浸鍍層僅限用于錫和錫合金。 接觸鍍層材料接觸鍍層將分兩類(lèi)進(jìn)行討論，貴金屬鍍層和普通金屬鍍層。貴金屬鍍層包括金和鈀及其合金材料。普通金屬鍍層包括錫和錫合金，銀和鎳。本節(jié)的討論從貴金屬鍍層開(kāi)始。　　貴金屬接觸鍍層是一種系統(tǒng)，其中每個(gè)組件執(zhí)行復(fù)雜的功能。為了理解對(duì)接觸鍍層的需求，必須理解組件間的相互作用?！　≠F金屬接觸鍍層包括涂在底層，通常是鎳表面的貴金屬表層。如上所述，貴金屬表層的作用是提供一(film free)金屬接觸界面以確保所需要的金屬接觸界面。鎳底層是用于防止貴金屬表層大量的潛在性結(jié)構(gòu)退化（potential degradation mechanisms），有些退化機(jī)理是源于接觸彈片的基材金屬，同時(shí)其它退化機(jī)理則是因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的影響。鎳底層的這些保護(hù)功能將在后節(jié)詳細(xì)討論。如前所述，最常用的貴金屬接觸鍍層材料是金、鈀或其合金?！　〗穑鹗且环N理想的接觸鍍層材料，它不但具有相當(dāng)優(yōu)良的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，而且?guī)缀踉谌魏苇h(huán)境中，都有良好的抗腐蝕性。因?yàn)檫@些特性，金在要求高可靠性電連接器的使用中經(jīng)常采用。但是金非常昂貴，因?yàn)樵撛蛞紤]可替換的材料。關(guān)于金的替換性材料將在以后討論?！　〗鸷辖穑鸷辖鸨３至思兘鸬脑S多特性同時(shí)其價(jià)格卻比純金低的多。金合金的運(yùn)用已得到了各種各樣的成功。成功的程度依賴(lài)于其熔合劑（alloying agent）的特性及電連接器預(yù)期的工作條件。合金處理將提高金的電阻系數(shù)及硬度和降低金的導(dǎo)熱性及抗腐蝕力。其總的效果（net effect）是電阻有微小的升高但在環(huán)境穩(wěn)定性方面卻有潛在的重要降低。金硬度的提高使接觸鍍層的耐久性有了提高，但是，金合金的性能在一定范圍的運(yùn)用上可以接受的，所以它們不斷地被利用。Western Electric 發(fā)明的金合金WE1，是一種69%金—25%銀—6%鉑的鑲嵌噴鍍鍍層。　　鈀．鈀也是一種貴金屬但是，除了硬度以外，其與上面所述的金的許多重要特性都不相同。與金相比，鈀有較高的電阻率，較低的導(dǎo)熱率，以及較差的抗腐蝕能力。除了活潑性，鈀還是聚合體形成的催化劑（catalyst），在有機(jī)水汽存在時(shí)，濃縮的有機(jī)水汽（organic vapors）通過(guò)摩擦運(yùn)動(dòng)集合在鈀表面。這樣的摩擦聚合體或棕色粉末（brown powder）會(huì)導(dǎo)致接觸阻抗增加。鈀的硬度比金要高，因此提高了鈀接觸鍍層的耐久性。鈀還有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)所以已大量用于電連接器，尤其是柱狀端子（post）。但是大多數(shù)情況，（a gold flash）。Whitley ，Wei 和 Krumbein對(duì)用金鈀鍍層代替金鍍層進(jìn)行了討論?！　♀Z合金．有兩種鈀合金運(yùn)用在電連接器上。第一，80%鈀—20%鎳的鈀鎳合金，一種可電鍍合金，通常其表面也要鍍一層薄金。第二，60%鈀—40%銀的鈀銀合金，它既用作接觸鍍層金屬也用作底層金屬，其表面通常也鍍一層薄純金，鈀銀合金是一種鑲嵌噴鍍材料?！　『辖鹛幚韺?duì)接觸阻抗的影響．合金通過(guò)兩種方式影響接觸阻抗。首先，它改變了接觸阻抗的初始值。其次更重要的是，它改變了環(huán)境中的穩(wěn)定性（environmental stability）。下面的數(shù)據(jù)說(shuō)明了這一點(diǎn)。軟金，硬金（金—），鈀，80%金—20%鈀金鈀合金及80%鈀—20%鎳的鈀鎳合金等接觸鍍層金屬在“可接受條件（asreceived）”下其接觸阻抗隨接觸壓力的變化數(shù)據(jù)（）以及加熱到250度在空氣中保持16小時(shí)后的變化數(shù)據(jù)（）?！　?。所有上述材料在接觸壓力作用下具有近似的接觸阻抗。該條件下這些材料的硬度、導(dǎo)電率及耐腐蝕性等方面差異都不明顯。在100克力作用下（典型的電連接器接觸壓力值）。盡管這些變化是很明顯的，但所有這些數(shù)值對(duì)大多數(shù)電信連接器的運(yùn)用而言都是可接受的。加熱后的數(shù)據(jù)（）則顯然不同?！　≤浗稹⒔疴Z合金及鈀幾乎不受溫度影響。這些材料幾乎不形成氧化物或者沒(méi)有形成氧化物的傾向。實(shí)際上，在溫度輻射降低硬度(H)和電阻系數(shù)(ρ)過(guò)程中由于退火（annealing），阻抗值只有輕微的下降。，將其重新整理為公式()： 　　Ｒc=kρ(H/Fn)1/2 　　　　　　　 （）　　但鈀鎳合金及硬金卻表現(xiàn)出與之不同的特性，接觸阻抗顯著增加。在這兩種情況下，接觸阻抗的增加是因?yàn)楸砻嫜趸さ男纬?。鈀鎳合金生成氧化物是因?yàn)楹辖鹬?0%的鎳。硬金中氧化物的生成則是由于鈷硬化劑。鈷很容易生成氧化物，甚至鈷的含量很低(%)，加熱到250度很快會(huì)生成氧化物。氧化物快速生成的機(jī)理是鈷元素在金中的擴(kuò)散。由于鈷原子隨機(jī)分布在金原子矩陣中，無(wú)論何時(shí)鈷原子到達(dá)表面，它很快就被氧化并附著在合金表面。%的名義含量值，鈷氧化膜即導(dǎo)致接觸阻抗的顯著升高。因?yàn)樵撛?，鈀合金很少用在溫度高于125度的環(huán)境中?！　∵@個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)清楚表明了貴金屬合金一個(gè)潛在的危險(xiǎn)。金鈀合金沒(méi)有出現(xiàn)大的影響，如將要說(shuō)明的，因?yàn)殁Z也是或相對(duì)而言也是一種貴金屬。但金鎳合金，因?yàn)殒噺?qiáng)烈的氧化傾向，是一種非常不同的情況。合金的成份—特別是基材金屬成份—在反應(yīng)性環(huán)境（reactive environments）中對(duì)接觸阻抗性能有很大的影響。合成貴金屬接觸鍍層．（on the order of in thickness）薄金層，及覆蓋的以降低在腐蝕性環(huán)境中合金表面活性的反應(yīng)性表面。在電連接器上，通常在鈀或鈀合金表面覆蓋一層薄金。金表面保持了金的貴金屬特性的優(yōu)點(diǎn)。鈀或鈀合金作為一種貴金屬底層材料，其提供了大部分鍍層的指定厚度。這些利用80%鈀—20%鎳的鈀鎳合金及60%鈀—40%銀的鈀銀合金的金屬底層，由于與金相比鈀或鈀合金的價(jià)格低廉，其在電連接器上運(yùn)用正在上升。．小結(jié)．總的來(lái)說(shuō)，對(duì)貴金屬接觸鍍層而言，有必要保持鍍層金屬的貴金屬特性以防止外來(lái)因素對(duì)鍍層的腐蝕。如孔隙腐蝕，暴露基材金屬邊緣或磨痕的腐蝕，以及腐蝕的蔓延等。鎳底層對(duì)減少這些腐蝕的可能性是很重要的。另外，鎳底層提高了貴金屬接觸鍍層的耐久性。注意到兩件式電連接器的接觸鍍層，尤其是印制電路板上用于配合卡邊緣電連接器的襯墊，應(yīng)具有相當(dāng)?shù)男阅堋?普通金屬鍍層　　普通金屬鍍層與貴金屬鍍層的區(qū)別在于它們的表面通常存在表面膜。既然建立并保持金屬接觸界面是電連接器設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo)，必須要考慮這些膜的存在。對(duì)普通金屬鍍層設(shè)計(jì)要求是保證配合時(shí)膜的移動(dòng)和阻止以后膜的形成，主要通過(guò)它們確保接觸界面的穩(wěn)定性。接觸正壓力與接觸幾何形狀，同電連接器配合時(shí)的插拔一樣，對(duì)含有膜的接觸表面也非常重要?！　⒂懻撊N普通金屬接觸鍍層：錫，銀和鎳。錫是最常用的普通金屬鍍層。銀鍍層有利于高電流接觸。鎳所知道的是限于作為高溫接觸鍍層。如前面所討論的，鎳作為貴金屬鍍層的底層非常重要?！　″a及錫鉛合金鍍層．本章中，詞‘錫’的運(yùn)用打算包括廣泛運(yùn)用在可分離接觸界面的93%錫—7%鉛合金。第二種合金，60%錫—40%鉛，主要用于焊接連接，本節(jié)將不作討論?！　∪绲诙滤懻摰模a作為可分離接觸界面的運(yùn)用源于錫表面大量氧化膜在電連接器配合時(shí)可能會(huì)移動(dòng)（displaced）。這種移動(dòng)是困為錫與錫氧化物的硬度相差很大?！　〉?，連接器的運(yùn)用過(guò)程中錫表面的再氧化是錫鍍層的主要退化機(jī)理。該機(jī)理，后面將要討論的，通常稱(chēng)作摩損腐蝕?！　°y接觸鍍層．銀因?yàn)楦蚝吐确磻?yīng)產(chǎn)生表面膜而被作為普通金屬。硫化膜如果不破裂能在銀接觸時(shí)產(chǎn)生二極管的功能效果。電話(huà)機(jī)收發(fā)過(guò)程中的繼電器運(yùn)用（relay applications in telephony）會(huì)受到這種影響而致使銀作為接觸鍍層的名聲很壞。但是應(yīng)該注意到，這些運(yùn)用都是低插拔或者無(wú)插拔（lowor nonwiping），從而使接觸界面對(duì)氧化膜非常敏感。電連接器配合時(shí)的插拔可減小這種敏感性?！　°y的另一個(gè)特性限制了它的使用。它能夠移到接觸表面致使接觸間或印制電路板的襯墊產(chǎn)間發(fā)生短路（shorts）。Krumbein對(duì)移動(dòng)過(guò)程提出了總的看法?！　”M管銀的兩個(gè)性質(zhì)，硫化物及移動(dòng)，限制了銀作為接觸鍍層的運(yùn)用，但是如上所述，這種問(wèn)題只是產(chǎn)生在繼電器（尤其是無(wú)插拔繼電器）而不是電連接器的運(yùn)用上。　　典型的銀鍍層厚度從3μm到8μm。通常，與相同厚度的金相比，銀相對(duì)軟一些（knoop 100），這也與它作為接觸鍍層的耐久性相對(duì)應(yīng)。銀表面的硫化膜也非常軟且容易破裂。注意到因?yàn)榱蚧锏男纬摄y不會(huì)經(jīng)受磨損腐蝕是很重要的。氯化物與普通化合物不同其移動(dòng)更加困難，因?yàn)槁然じ睬腋掣?。包括硫化物與氯化物的腐蝕物的混合型膜可在有些環(huán)境里形成，這些膜非常堅(jiān)固。但是在大多數(shù)條件下，銀表面膜通過(guò)配合時(shí)的摩擦容易破裂?！　°y具有優(yōu)良的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性及高電流時(shí)的抗冷焊力。這些特性使得銀成為優(yōu)良的高電流接觸的可選材料，在這些運(yùn)用中應(yīng)該考慮銀接觸鍍層。鎳接觸鍍層．鎳鍍層因其表面緊帖的堅(jiān)硬的氧化物而屬于普通金屬。鎳表面氧化物可以被破壞，但是需要很大壓力，因?yàn)殒囇趸锏暮穸染哂凶晕蚁拗铺匦裕ù蠹s為100納米），施加不到1伏的電壓即能電解。利用鎳的這種性能其可作為電極（battery contact material）。同錫相似，鎳也非常易受磨損腐蝕。