根據(jù)現(xiàn)場分析和測試數(shù)據(jù)，接觸失效是連接器最主要的失效模式，占45.1%。接觸電阻的增大和觸點的瞬間斷開是這種故障形式的主要表現(xiàn)。接觸失效的主要原因是：接觸力的變化、摩擦磨損、材料表面質(zhì)量降低。根據(jù)電接觸原理，結(jié)合汽車連接器的材料、結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，分析上述失效機(jī)理：

1.接觸力的變化。連接件的配合是通過材料的變形實現(xiàn)的。一般陰極上有性能良好的彈性元件(即插座)，陽極上有剛性元件(即插針)。當(dāng)插針插入插座時，發(fā)生過盈配合，使插座上的彈性元件變形，產(chǎn)生正壓力，使觸頭保持接觸。因此，整個接觸對的可靠性取決于彈性元件的性能和所提供的接觸力的大小。隨著使用時間的增加，彈性元件的材料性能會發(fā)生變化。疲勞和應(yīng)力松弛會導(dǎo)致彈性元件失去其原有的彈性和塑性變形。在這些變化過程中，接觸力逐漸減小，導(dǎo)致連接器失效。同時，汽車發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的熱量引起的熱應(yīng)力會降低材料的強(qiáng)度和接觸壓力。汽車連接器材料在長期的高溫工作環(huán)境下會發(fā)生蠕變，伴隨著材料的應(yīng)力松弛甚至不同形式的斷裂，從而導(dǎo)致接觸壓力的波動。這對連接器可靠性非常有害。汽車行駛過程中，在路況的影響下不可避免地會發(fā)生顛簸，連接器觸點在這種外界“顛簸”激勵(具體來說就是振動和沖擊)的影響下會發(fā)生碰撞變形，從而可能引起觸點的接觸力發(fā)生變化，使連接器電阻產(chǎn)生較大波動。當(dāng)接觸力變化低于一定范圍時，會導(dǎo)致連接器瞬間失效。

2.摩擦和磨損汽車連接器的插頭和插座在使用過程中會相對移動。由于彈力的作用，這種運動總是伴隨著觸頭配合面之間的摩擦。材料表面的微凸起和凹陷在摩擦?xí)r會受到剪切力的作用，剪切力的大小也會隨著摩擦程度的增加而增加。當(dāng)剪切力達(dá)到一定極限時，表面上的凸點會被切掉，然后粘結(jié)在另一個表面上或散落在接觸界面外。粘結(jié)顆粒的硬度會隨著顆粒在接觸面之間的反復(fù)運動而逐漸增加，這些高硬度的顆粒會劃傷材料表面。長期磨損會增加接觸電阻，導(dǎo)致觸電故障，并縮短連接器的使用壽命。摩擦帶來的熱量會加速材料表面氧化物的生成形成薄膜，導(dǎo)致接觸電阻增大，接觸失效。摩擦通常發(fā)生在硬度低、強(qiáng)度極限小、表面粗糙的接觸中。

3.降低了材料的表面質(zhì)量。連接器接觸面需要鍍一層金屬，以提高材料的性能。汽油漬、道路灰塵、氣體等污染物散落在這個鍍層表面形成薄膜。分子極性和范德華力的存在會誘導(dǎo)涂層表面吸附氧化膜，如二氧化碳，氧化膜會吸附在銅材料表面。材料的化學(xué)反應(yīng)會使涂層金屬產(chǎn)生氧化膜。比如接觸面鍍錫時，如果接觸壓力不高，很容易產(chǎn)生厚而致密的氧化物。這些薄膜減少了電流通過的面積，導(dǎo)致接觸電阻增加和失效。高溫會加速這些薄膜的生長和吸附。鍍金或鍍銀可以在一定程度上阻止這些膜的形成和吸附。金的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在空氣中很難被氧化。但黃金價格昂貴，硬度低容易發(fā)生粘著磨損，無法保證接觸面質(zhì)量的100%穩(wěn)定性。與黃金相比，白銀的價格相對較低，銀的硬度比黃金高，粘著磨損程度較小。但銀對環(huán)境中的硫特別敏感，空氣只需要幾個ppb的硫就能腐蝕銀鍍層，導(dǎo)致接觸失效。在這些涂層的形成過程中，由于工藝不同，涂層表面不可避免地會出現(xiàn)許多微小的縫隙。環(huán)境中的電解質(zhì)溶液通過這些微小的縫隙滲透到基材中。由于基底材料的電極電位和涂層材料的電極電位之間的差異，在這些滲透的電解質(zhì)的作用下發(fā)生電化反應(yīng)，形成腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物從間隙向外延伸，導(dǎo)致接觸失效。

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審核編輯 黃昊宇