继电器推动球磨损问题的分析与探讨

佀明森，林日明

(贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，550009)

1 引言

电磁继电器作为一种可以实现自动控制功能的元器件，被广泛应用于航空、航天、船舶、兵器以及电子系统等领域，是国防装备、先进工业和民用设备的控制系统、通讯系统和遥控系统中不可或缺的基础元器件之一[1-2]。但是，电子元器件在使用过程中的可靠性问题已成为导致武器装备单机失效的其中一个主要原因，电磁继电器的失效问题在所有电子元器件中又占据了很高的比例，是电子元器件失效的重灾区[2]。推动球磨损问题就是电磁继电器众多失效问题中的一项，但是由于造成电磁继电器推动球磨损问题产品的原因复杂且多样，目前并没有一种真正可行措施可以彻底避免电磁继电器在使用过程中出现推动球磨损问题，只能通过过程分析逐一找出导致其磨损的原因，从而建立推动球磨损问题失效原因库，使得后续生产和使用中在一定程度上避免推动球磨损问题的产生。

2 失效问题概述

我公司某小型晶体罩系列密封电磁继电器(简称A继电器)在进行补充筛选后终检测试时，发现其中1只产品的一组常闭点接触电阻偏大，随后对产品进行了拆壳分析，发现产品内部推动球存在磨损，磨损形成的部分粉末掉落在该常闭触点接触部位，造成该组常闭触点接触电阻偏大。随后对比该批次继电器补充筛选试验中初测、终测数据，将该接触电阻变化量较大的2只继电器也分别进行拆壳检查，2只产品均存在不同程度的推动球磨损。磨损形貌图见图1所示。

图1 A继电器推动球磨损形貌图

3 问题分析

3.1 产品生产过程复查

我公司A继电器推动球的推动杆表面进行了镀银，镀银采用的工艺是电镀氰化铜—电镀氰化银。其中，镀铜为碱性镀铜，溶液中含有(10～15)g/L的氢氧化钠，推动球主要成分中SiO2为酸性氧化物，碱性溶液中OH-离子可以与SiO2发生微弱的反应：SiO2+2OH-= SiO32-+H2O，造成玻璃球表层发生一定程度的腐蚀，从而导致推动球表层硬度、强度降低。推动杆镀银时间为(10～15)min，该工艺成熟稳定，正常情况对推动球表面状态影响很小。

经复查，问题批A继电器产品的推动杆组合(推动球烧结在推动杆组合上)在电镀后专检时，发现一定比例的推动杆镀层存在发花现象(如图2所示)。因此，要求本批推动杆组合进行退镀返工，退镀溶液为酸性溶液，不会对推动球造成腐蚀。但是，该批次推动杆组合在返工后提交检验员检验时，发现部分推动杆镀层存在外观不良现象，经分析为推动杆退镀过程中镀银层没有完全退净，随后就进行了二次镀银，因此对该批推动杆再次进行了退镀返工。由于该批次推动杆组合进行了两次退镀返工，二次返工后又再一次进行电镀，前后共经历了三次碱性镀铜，造成推动球在镀铜溶液中累积浸泡时间过长，溶液中氢氧根对推动球表层形成一定程度的腐蚀，造成推动球表面硬度、强度相对下降，表层局部区域变疏松，后续在A继电器经历振动、运行试验过程中，推动球受动簧片接触反力作用和微动摩擦影响，造成推动球与动簧片接触部位发生磨损。

图2 A继电器推动杆镀层发花与正常镀层外观对比

A继电器整个生产过程、生产标准均一致，因此对比不存在退镀返工情况的推动杆组合批次，发现不存在退镀返工情况的推动杆组合生产交付的A继电器无推动球磨损问题发生。因此，我们可以判定，该问题批次产品推动球磨损问题产生的原因是由上述分析的原因导致。

3.3 机理分析

推动球成分中的SiO2以硅氧四面体[SiO4] 的结构组元形成不规则的连接网络，成为玻璃的骨架，使推动球具有很高的强度、硬度。失效A继电器推动杆组合在电镀过程中进行过两次返工，经历了三次碱性镀铜，推动球在碱性镀铜溶液中累积浸泡时间过长，碱性溶液对推动球表层材料影响加大，碱性溶液中的OH-能够破坏硅氧骨架(≡Si-O-Si≡),使Si-O键断裂，网络解体产生≡Si-O-群，其反应为：≡Si-O-Si≡+OH-→≡Si-O-+ HO-Si≡，使SiO2溶解在碱液中，硅氧骨架遭到破坏，受腐蚀区域的推动球表层变疏松，其表面硬度、强度相对下降。在继电器振动、运行试验过程中，推动球受动簧片接触反力作用和微动摩擦影响，推动球受腐蚀后的疏松层受到外力作用，特别是在长时间的激励振动过程中，推动球与动簧片接触点处产生急剧高温，温度升高时玻璃的分子间结合强度下降，硬度也会下降，最终造成玻璃球表层材料逐渐溃散、剥落，形成初期的磨损。

推动球磨损出现后，磨损形成的磨粒(玻璃粉)堆积在接触部位及周边，初期磨粒棱角较尖锐，在一定程度上加剧了推动球磨损。早期磨损阶段，形成的玻璃粉较少，玻璃粉掉落到常闭触点的概率也相对较小，未对常闭触点接触电阻造成明显的影响，所以在出厂测试、补充筛选初测时，常闭触点接触电阻能够满足规范要求，在出厂后经历了补充筛选试验，产品进行了高、低温运行，随着推动球受动簧片作用力，推动球磨损的程度逐渐加剧，形成的玻璃粉量逐步增多。而后逐渐堆积在推动球与动簧片接触部位玻璃粉，受到推动球拍打动簧片时的振动，可掉落到常闭触点接触部位，造成常闭触点接触电阻增大甚至超差。

4 结语

造成推动球磨损的原因复杂且多样，本文对某款晶体罩系列密封电磁继电器在装配过程中出现的推动球磨损问题，进行了实际分析与理论探讨，定位出造成推动球磨损的其中一个原因，为推动球磨损失效问题的研究提供了一个可行性方向，希望后续对相关从业人员具有一定的借鉴意义。