3组合开关中近远光灯开关可靠性试验
开关(产品)在首次试验中,工作到600次(触点分合1200次),发生不接通现象(失效)。拆解产品分析,发现开关静触点(阳极)有轻微凹坑并发黑,顶销零件熔化,测量静触点镀银层厚度只有2.8 μm,初步分析是镀银层不合格所影响,将银层厚度镀到要求后(即11 μm ),即进行第2次试验。
开关在第2次试验中,产品工作到6 280次(触点分合12 560次),再一次失效,发生不接通现象。拆解产品分析,现象与首次二样,只是程度比首次严重,且动触点具有凸起物并发黑。改善镀银层后,试验的耐久性次数虽比前次提高了近10倍,但离客户标准要求还是相差甚远。
进一步改善静触点的镀银层,将静触点的镀银改为复合镀银,复合镀银层厚度增加至20 μm,又进行第3次试验。第3次开关工作到63 880次(触点分合127 760次),同样发生不接通现象,拆解产品分析观察动、静触头,现象与第2次试验情况几乎一样。产品耐久性次数虽又提高了近10倍,但还是达不到客户标准要求。
4组合开关中近远光灯开关可靠性试验的失效机理
分析以上3次的试验过程,发现开关在工作过程中,特别是在触头的分断瞬间,有弧光产生,这说明触头在分离过程中,有弧光放电现象,使触点产生电磨损。
而电弧放电是属于气体放电的一种形式,其气体介质放电又有2种基本形式:一是非自持放电,放电是依靠外界游离因子(如紫外线、X射线、宇宙线等)来维持,一旦外界游离因子失去,放电即行停止,它是肉眼所不能观察到的;另一种是自持放电,即使外界游离因子失去,在高电场强度作用下,仍能维持放电,如辉光放电和弧光放电便是这一种。电弧的形成是触点间气体游离的结果,其游离的方式又可分为表面发射和空间游离,而这两种游离的方式,在实际中往往又是综合表现。对图2a直流电路来说,固定电极间气体放电的伏安特性曲线如图2b所示。
图2b中的DE段即为弧光放电区域,对直流电路来说,当被断开电路的电流以及开断后加在触点间隙上的电压,超过触点在工作环境中的极限燃弧参数,便可起弧。对上面所介绍的开关而言,由于触点的材质为银,而电路中的负载又为灯负载,银在空气中的极限燃弧电压(Uм)为12V,极限燃弧电流(Iм)为0.4 A,故触点在分断过程中,一定间隙内会产生电弧。
从上述开关触点试验中发现,触点在失效后,静触点(阳极)有凹坑产生,阴极上有凸起物,这说明开关触点在分断过程中有液桥产生。原因分析如下。
1)触点在开始断开时,此时全部电流只通过一个在微观上很小的区域,这时接触电阻增加、电流密度极大,可产生高温,而产生的高温又使触点金属熔化,因而在触点之间形成熔化的金属桥即液桥。根据试验证明,液桥上的温度分布是不对称的,一般是阳极温度高于阴极.液桥卜的最高温度点位于靠阳极的地方,而断裂点就发生在最高温度点的附近。