试析银触点表面质量对开关温升的影响因素与解决对策

试析银触点表面质量对开关温升的影响因素与解决对策

1姚永锋2魏庆红3刘占中

 浙江福达合金材料科技有限公司 浙江省温州市     325000

摘要：开关性能的核心评估之一是其温度上升情况，这不仅关乎其运作的可靠度，还涉及到整体的安全水平。在众多组成要素中，银触点的电阻扮演决定性角色，对温度的升高有显著影响。银触点电阻的大小受到多种因素的影响，涵盖了接触模式、施加的接触力量以及触点材料本身的属性。不容忽视的是，触点表面的品质同样是影响电阻大小的关键点。本文将针对开关接触电阻和温升的影响因素展开详细分析，提出相应的解决对策，以供参考。

关键词：开关银触点；表面质量；接触电阻；温升

前言：在开关的设计和材料选择敲定之后，如接触的形状、所施加的压力、以及材料的基本特征等参数便已固定。尽管如此，银触点的表面状况仍旧可能会由于制造流程、打包手段及存储与运输的条件等各种因素而受到影响。如果在开关使用期间，银触点的表面质量较差，那么触点之间的接触电阻将会增加。随着接触电阻的增大，触点部位会产生更大的热量，引起温升，进而可能导致触点熔焊或粘连，严重情况下甚至会使开关整体失效。

1产品标准对开关寿前温升、寿命试验的要求

根据国家规范GB/T 16915.1-2014，条款第15.3明确指出，为了确保产品的防潮性能，必须在特定的环境条件下进行测试，即将产品置于一个温度控制在40摄氏度左右和湿度介于91%至95%之间的潮湿环境中，持续48小时。第17条规定，无论是在产品的使用寿命之初还是寿命末期，其温度的上升幅度都不能超过45开尔文。第18条和第19条着重强调开关的通断能力及其在正常使用条件下（即进行寿命试验时）的性能表现。开关的寿命试验，要求在完成这些测试后，开关的温度升高不得超过45开尔文[1]。

2. 银触点表面质量对接触电阻的影响

开关中，接触电阻是由几个关键因素共同构成的。这个电阻包括集中电阻、膜层电阻和导体电阻三部分，合计表示为R=Rc+Rf+Rj。其中，集中电阻Rc源于开关触点的机械加工瑕疵，这导致电流偏向那些小而密集的接触区域流动，形成电流的显著收缩，这一现象产生的电阻被称作接触电阻。其出现主要是因为在加工、运输或存储阶段，银触点可能会遭受化学腐蚀或受到尘埃的污染。这导致它们的表面被一层电导性较差的物质覆盖，包括研磨粒子、抛光剂、灰尘或其他无机与有机残留物，从而增加了接触处的电阻。而导体内部的电阻则是导线自身电阻的反映。

尽管裸眼可能观察到的银触点表面看起来非常平滑，微观下却能看到大小在5到10微米范围的微小凸起。这意味着银触点间的接触实际上是这些微小凸起点之间的接触，而非整个表面的接触，使得有效的接触面积远小于预期的平面接触面积。这个有效接触面积还受到接触点之间的压力和银触点表面抛光状况的影响。实际上，在自然状态下银触点的表面难以保持绝对清洁，哪怕经过良好的密封和抛光，一旦暴露于空气中，表面便会快速形成氧化层，并吸附各种气体和粉尘，形成薄膜，导致表面再次变得不平整和污染。银触点的表层质量对其接触电阻的影响显著[2]。

2.1银触点表面状态对接触电阻的影响

影响银触点表面品质的因素主要涵盖了表面的粗糙程度（Ra）与其平整度（Rp）两个核心指标。表面粗糙度Ra描述的是由加工过程中产生的微小的高低不平—这种精细的纹理变化肉眼很难捕捉到。就银触点而言，这意味着在开关动作过程中，真正发生接触的只是这些微观凸起之间的极小部分，而非整个触点表面。随着银触点表面的粗糙度降低，这些表面变得更加光滑，接触区域相应地扩增，从而有效减少电阻[3]。

另一方面，表面平整度Rp主要是由于银触点制造过程中模具的微小不平整或处理不当而引起的。这些微小的不平会在生产过程中造成变形，从而影响触点表面的平坦度。比起表面粗糙度Ra，表面平坦度Rp对开关接触电阻的影响更为显著。因此，在银触点的制造过程中，对模具质量的控制尤为关键，正确的模具管理不仅关乎最终产品的电气性能，也直接影响到产品的可靠性和耐用性。生产银点的公司必须将重点放在质量监控上，尤其是要在模具的维护和管理方面下大力气。

2.2银触点表面异物对接触电阻的影响

银触点作为开关的核心组成，其表面质量对开关的性能有着直接且深远的影响。即便是极细微的杂质，也能导致接触电阻显著升高，而在情形更加恶劣的情况下，杂质甚至会导致接触完全失败。银触点表面的异物可能来源于多个环节，这包括但不限于：热处理及表面处理阶段银触点可能与化学添加剂发生反应而受到污染；在制造过程中，触点表面可能会被合金或铜屑、油渍等污染物覆盖；组装阶段，可能会由于物料配合不当或润滑油的使用而导致污染；在包装和储存的环节中，银触点可能受到空气中尘埃或其他外界材料的污染，给开关制造商带来了使用上的挑战。他们常常面临着因表面污染物而导致接触电阻升高的问题，这种情况不仅降低了开关的性能，如使其在使用一段时间后温度异常升高，还可能在极端情况下造成塑料部件熔化，极大缩短了开关的寿命。在处理高电流情况时，选用适当厚度的银触点尤为关键，比如在LED灯启动时电流较大的情况下，若银层因侵蚀而露出下面的铜层，开关故障几乎是不可避免的。铜的接触电阻较高，与电弧作用下形成的铜盐或铜氧化物相结合时，会大幅增加接触电阻。此外，在制造过程中，如果银层表面附有铜屑，也会促使电弧形成铜盐，进一步增加接触电阻，这些因素都严重影响了银触点的性能和可靠性。

采用超声波清洗技术，可以有效地减少银触点上接触电阻增加的问题。这个方法非常有效地去除了银触点表面上的铜屑和其它粘附物质，包括那些难以察觉的表面薄膜，从而有助于降低接触电阻。同时，确保银触点得到适当的保护也非常关键。当银触点暴露在外界环境，尤其是恶劣的条件下时，会吸收空气中的粉尘、水蒸气和盐等有害物质，这些因素加速了银触点的腐蚀过程并且显著增加了接触电阻。在这样的情况下，表面异物污染对于接触电阻的影响远胜过表面粗糙度，引发的接触电阻波动更剧烈且不稳定。

2.3银触点表面膜对接触电阻的影响

银触点的性能，特别是其接触电阻的水平，受到表面膜的直接影响。根据膜层的成因、化学组成以及触点的制作流程等因素，这些表面膜可被归纳为三主要类别。首先，无机表面膜类型是银触点表面的常见现象。这是当银触点表面的成分与周围空气中的杂质进行化学反应时形成的，结果产生一层均匀覆盖的无机类型膜层，这可能包括氧化物、氯化物、硫化物等。这种类型的膜将在电气性能方面造成不利影响，尤其是在接触电阻的增加上。其次，有机膜则是另一种影响银触点性能的因素。与无机膜相比，这类膜主要由有机材料构成，其形成机制可能涉及到空气污染、制造过程使用的材料或处理不当等问题，导致表面积聚有机污染物，从而影响接触点的电导性。第三种被称为微粒污染膜，这种膜主要由微小的颗粒物质组成，这些颗粒可能是尘埃、金属粒子等，它们在银触点表面形成薄膜，同样显著影响接触点的电气性能。

3.银触点表面质量的管理措施

3.1银触点生产过程的管控

首先，在选择银触点模具的材料及其加工精度时，必须严格把关，同时，对模具进行定期的维修与保养，确保其始终保持最佳状态，这对塑造触点的细腻度至关重要。其次，生产银触点的工作环境应当保持极致的清洁度，力求达到无尘的标准，从而减少任何可能的污染风险。在生产过程中，及时地回收并彻底清除产生的加工残渣，包括银触点的加工屑，对避免银触点表面污染同样重要。最后，从制造起始至最终包装入库的每一个环节，都应实施严格的质量控制措施。通过真空包装的方式，可以有效隔绝外界环境，包括湿气、尘埃等对银触点造成污染的因素，进而确保其在长期存储过程中的品质稳定性。

3.2触头铆接及开关组装过程的管控

在整个开关的组装过程之中，一定要实行严格的人体防护措施。要尽可能避免银触点等关键导电部件与人体皮肤或其他可能导致污染的物质直接接触，从而保护银触点的表面不受污染，确保其导电性能不受影响。在后续的包装和储存步骤中，极力推荐使用真空包装的方法。此外，在开关的结构设计与实际装配上，也需确保上下银触点能够紧密且均匀地接触。通过调整接触压力至最佳状态，既能保障良好的电气连接，又能避免由于压力过大或不均匀而导致的损伤或功能不良。

结语：银触点在开关构件中扮演着至关重要的角色，其表面的质量状况对开关的触电性能有着决定性的影响。如果银触点的表面处理不当，将直接导致接触电阻的增加，进而引发过热现象，这不仅会降低开关的安全性能，这些因素还会显著减少其使用周期。在生产阶段，所选择的模具质量、操作环境，以及包装和运输的方法等多个方面，对银触点表面的质量都有着直接的影响。

参考文献：

[1]章卫军,张希伟,罗特苗,陈兵,罗斌彬,柴奇凯.基于银触点焊接的开关触头元件设计[J].日用电器,2022,(05):68-72+107.

[2]李林.低压断路器触点电气寿命试验及预测研究[D].西安理工大学,2021.

[3]万海元,何均匀.电器开关主要故障原因分析及改善方案[J].日用电器,2021,(06):74-78.