繼電器推動球磨損問題的分析與探討

佀明森，林日明

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

電磁繼電器作為一種可以實現自動控制功能的元器件，被廣泛應用于航空、航天、船舶、兵器以及電子系統等領域，是國防裝備、先進工業和民用設備的控制系統、通訊系統和遙控系統中不可或缺的基礎元器件之一[1-2]。但是，電子元器件在使用過程中的可靠性問題已成為導致武器裝備單機失效的其中一個主要原因，電磁繼電器的失效問題在所有電子元器件中又占據了很高的比例，是電子元器件失效的重災區[2]。推動球磨損問題就是電磁繼電器眾多失效問題中的一項，但是由于造成電磁繼電器推動球磨損問題產品的原因復雜且多樣，目前并沒有一種真正可行措施可以徹底避免電磁繼電器在使用過程中出現推動球磨損問題，只能通過過程分析逐一找出導致其磨損的原因，從而建立推動球磨損問題失效原因庫，使得后續生產和使用中在一定程度上避免推動球磨損問題的產生。

2 失效問題概述

我公司某小型晶體罩系列密封電磁繼電器(簡稱A繼電器)在進行補充篩選后終檢測試時，發現其中1只產品的一組常閉點接觸電阻偏大，隨后對產品進行了拆殼分析，發現產品內部推動球存在磨損，磨損形成的部分粉末掉落在該常閉觸點接觸部位，造成該組常閉觸點接觸電阻偏大。隨后對比該批次繼電器補充篩選試驗中初測、終測數據，將該接觸電阻變化量較大的2只繼電器也分別進行拆殼檢查，2只產品均存在不同程度的推動球磨損。磨損形貌圖見圖1所示。

圖1 A繼電器推動球磨損形貌圖

3 問題分析

3.1 產品生產過程復查

我公司A繼電器推動球的推動桿表面進行了鍍銀，鍍銀采用的工藝是電鍍氰化銅—電鍍氰化銀。其中，鍍銅為堿性鍍銅，溶液中含有(10～15)g/L的氫氧化鈉，推動球主要成分中SiO2為酸性氧化物，堿性溶液中OH-離子可以與SiO2發生微弱的反應：SiO2+2OH-= SiO32-+H2O，造成玻璃球表層發生一定程度的腐蝕，從而導致推動球表層硬度、強度降低。推動桿鍍銀時間為(10～15)min，該工藝成熟穩定，正常情況對推動球表面狀態影響很小。

經復查，問題批A繼電器產品的推動桿組合(推動球燒結在推動桿組合上)在電鍍后專檢時，發現一定比例的推動桿鍍層存在發花現象(如圖2所示)。因此，要求本批推動桿組合進行退鍍返工，退鍍溶液為酸性溶液，不會對推動球造成腐蝕。但是，該批次推動桿組合在返工后提交檢驗員檢驗時，發現部分推動桿鍍層存在外觀不良現象，經分析為推動桿退鍍過程中鍍銀層沒有完全退凈，隨后就進行了二次鍍銀，因此對該批推動桿再次進行了退鍍返工。由于該批次推動桿組合進行了兩次退鍍返工，二次返工后又再一次進行電鍍，前后共經歷了三次堿性鍍銅，造成推動球在鍍銅溶液中累積浸泡時間過長，溶液中氫氧根對推動球表層形成一定程度的腐蝕，造成推動球表面硬度、強度相對下降，表層局部區域變疏松，后續在A繼電器經歷振動、運行試驗過程中，推動球受動簧片接觸反力作用和微動摩擦影響，造成推動球與動簧片接觸部位發生磨損。

圖2 A繼電器推動桿鍍層發花與正常鍍層外觀對比

A繼電器整個生產過程、生產標準均一致，因此對比不存在退鍍返工情況的推動桿組合批次，發現不存在退鍍返工情況的推動桿組合生產交付的A繼電器無推動球磨損問題發生。因此，我們可以判定，該問題批次產品推動球磨損問題產生的原因是由上述分析的原因導致。

3.3 機理分析

推動球成分中的SiO2以硅氧四面體[SiO4] 的結構組元形成不規則的連接網絡，成為玻璃的骨架，使推動球具有很高的強度、硬度。失效A繼電器推動桿組合在電鍍過程中進行過兩次返工，經歷了三次堿性鍍銅，推動球在堿性鍍銅溶液中累積浸泡時間過長，堿性溶液對推動球表層材料影響加大，堿性溶液中的OH-能夠破壞硅氧骨架(≡Si-O-Si≡),使Si-O鍵斷裂，網絡解體產生≡Si-O-群，其反應為：≡Si-O-Si≡+OH-→≡Si-O-+ HO-Si≡，使SiO2溶解在堿液中，硅氧骨架遭到破壞，受腐蝕區域的推動球表層變疏松，其表面硬度、強度相對下降。在繼電器振動、運行試驗過程中，推動球受動簧片接觸反力作用和微動摩擦影響，推動球受腐蝕后的疏松層受到外力作用，特別是在長時間的激勵振動過程中，推動球與動簧片接觸點處產生急劇高溫，溫度升高時玻璃的分子間結合強度下降，硬度也會下降，最終造成玻璃球表層材料逐漸潰散、剝落，形成初期的磨損。

推動球磨損出現后，磨損形成的磨粒(玻璃粉)堆積在接觸部位及周邊，初期磨粒棱角較尖銳，在一定程度上加劇了推動球磨損。早期磨損階段，形成的玻璃粉較少，玻璃粉掉落到常閉觸點的概率也相對較小，未對常閉觸點接觸電阻造成明顯的影響，所以在出廠測試、補充篩選初測時，常閉觸點接觸電阻能夠滿足規范要求，在出廠后經歷了補充篩選試驗，產品進行了高、低溫運行，隨著推動球受動簧片作用力，推動球磨損的程度逐漸加劇，形成的玻璃粉量逐步增多。而后逐漸堆積在推動球與動簧片接觸部位玻璃粉，受到推動球拍打動簧片時的振動，可掉落到常閉觸點接觸部位，造成常閉觸點接觸電阻增大甚至超差。

4 結語

造成推動球磨損的原因復雜且多樣，本文對某款晶體罩系列密封電磁繼電器在裝配過程中出現的推動球磨損問題，進行了實際分析與理論探討，定位出造成推動球磨損的其中一個原因，為推動球磨損失效問題的研究提供了一個可行性方向，希望后續對相關從業人員具有一定的借鑒意義。