扁平连接器线束故障原因分析

肖银河，张 明，曾志卫，邓番林

（1.株洲中车时代电气股份有限公司，湖南株洲，412001；2.深圳市美信咨询有限公司，广东深圳，518108）

1 引言

用户反馈地铁SVG模块用扁平连接器线束（3M双绞扁平线诺凌扁平线插头）存在接触不良的现象，共9很故障品，故障发生在交付调试阶段，从出厂到用户现场存放1年左右，存放地点为乌鲁木齐。

2 理化检验与分析

2.1 电测试验

对现场返回的7根线束进行通电测试，使用万用表电阻档测量扁平线束两端对应管脚接触情况，通断测试接触不良记录见下表1，7根线束都有故障。每根线束有20根导体，共140根，其中通过测试发现41根不通电，通电测试发现接触不良的点位都是奇数位。

表1 故障线束电测结果

2.2 X－Ray分析

对故障品线束进行X－Ray分析，发现接触不良的线束连接器的接触片疑似断裂以及裂纹，如图1箭头所示。接触片中存在裂纹将引起电阻异常增大，而断裂将导致电路中形成断路，由此可知，接触片故障原因可能为连接器中的接触片存在异常导致。

图1 故障线束X－Ray观察图

2.3 低倍观察

对接触片进行低倍观察，如图2所示。奇数位接触片表面存在较多腐蚀痕迹，局部接触件折弯处可见裂缝以及完全断裂。偶数位基本无腐蚀痕迹，但部分接触片在折弯处表面有微裂纹。

图2 奇数位和偶数位接触片典型外观图片

2.4 表面分析

对4＃故障线束奇数位接触片进行微观形貌观察，如图3所示。断裂接触片表面可见明显腐蚀形貌，局部腐蚀较密集严重（图3a）。图3（b）为断裂故障接触片中断口微观形貌，断面粗糙，局部可见腐蚀产物堆积，微观形貌呈纤维状，存在沿晶形貌特征；图3c与图3d为故障接触片断口中未腐蚀基材与腐蚀处腐蚀物EDS能谱图，由图可知，接触片基材为Cu－Zn合金，腐蚀物含较高的O元素，并含有酸性腐蚀性元素S，结果见表2。腐蚀物中Zn元素含量原高于Cu，可能为基体发生脱锌腐蚀使其在表面富集导致。

表2 成分分析结果（W t.%）

图3 接触片微观形貌观察

2.5 金相分析

对断裂接触片用酒精超声波清洗后进行镶嵌研磨抛光腐蚀；接触片组织为α相＋β相，断口处截面金相组织经腐蚀后可见断口处存在脱锌现象，EDS可知边缘腐蚀处Zn含量较低。

表3 金相组织成分分析结果

2.6 酸雾模拟试验

为验证奇数位和偶数位腐蚀状态差异，对未腐蚀接触片进行加载电压的酸雾试验。偶数位接地，奇数位＋15VDC，酸雾浓度设置为1‰H2SO4，试验温度49℃，时间100h。试验后接触片表面形貌结果如图4所示，奇数位接触片表面可见明显腐蚀，偶数位未见明显异常，与失效现象高度一致。

图4 接触片断口金相显微组织

图5 酸雾测试后接触片形貌

3 分析与讨论

连接器线束出现故障，其失效主要表现为电阻增大以及断路异常。拆解后微观观察可见线束接触片存在断裂以及裂纹，断裂导致线束断路异常，裂纹导致电阻增大，与失效现象表现一致。失效接触片低倍观察发现表面存在较多腐蚀痕迹，且腐蚀均在奇数位，而偶数位基本无明显腐蚀痕迹，表明腐蚀出现数位上规律性与电路中电流方向具有较高的相关性。断裂接触片断口可见沿晶形貌，表面具有较多腐蚀物，具有应力腐蚀开裂特征。

接触片基材为黄铜，其具有良好力学性能、导电导热性能以及耐蚀性能［1］，黄铜的Zn含量与应力腐蚀敏感性密切相关，当Zn含量小于15% 时，应力腐蚀敏感度较低；但大于15%时，其脱锌腐蚀与应力腐蚀的敏感度较高［2－3］；接触片表面腐蚀物中Zn含量较高而Cu含量较少，表明断面发生的脱锌腐蚀，而Cu并未溶解。脱锌腐蚀以优先溶解机制为主进行反应，即脱锌首先在高Zn相开始，当周围高Zn相及晶界脱锌完成后，剩余的低Zn相将继续脱锌，留下疏松多孔的Cu［3～4］，这将降低接触片的强度。

黄铜的应力腐蚀开裂往往是和脱锌腐蚀联系在一起的，当黄铜构件存放于特殊的环境中时，其腐蚀速率与环境中的腐蚀性离子存在较大关系，内陆地区中，最主要的腐蚀性污染物质是，乌鲁木齐昼夜温差大，表面易集结水汽形成凝露、水膜，环境中的硫化物溶于表面水膜，为后续的电化学腐蚀提供了电解液条件。因此在潮湿的腐蚀环境中，构件就较易先发生脱锌腐蚀。黄铜接触片在冷加工后往往在弯折处等位置存在残余应力或者外加拉应力，为应力腐蚀开裂提供应力因素。由低倍观察可知，未腐蚀的偶数位接触篇表面存在明显裂纹。连接器接触片为表面镀镍黄铜，其表面镀层微裂纹使黄铜基材裸露，使黄铜与空气中的水汽、SO2、CO2等接触形成电解质，为应力腐蚀提供环境因素［8］。

由模拟试验可知，奇数位接触片表面可见明显腐蚀，偶数位未见明显异常，与失效现象高度一致。奇数位电子流出，加速了基材组织的氧化反应（M→Mn＋＋ne），使腐蚀速度大大加快，而偶数位电子流入，抑制基材中Zn的溶解，因此连接器中的电子流动方向的差异是造成奇数位偶数位接触片腐蚀状态差异的直接原因。

4 总结

（1）连接器线束接触片断裂属于应力腐蚀开裂。

（2）连接器中的电子流动方向是造成奇数位偶数位接触片腐蚀状态差异的直接原因。

（3）接触片弯折处存在残余应力、环境中的硫化物及昼夜温差造成的表面润湿使黄铜应力腐蚀开裂是接触片断裂造成线束故障的主要原因。镀镍黄铜表面微裂纹，使黄铜基材裸露于含硫化物的潮湿环境中，为应力腐蚀提供环境因素。