關于汽車線束端子鍍層選型淺析

王郁森， 石紅偉， 張明亞

（1.浙江吉潤汽車有限公司； 2.吉利汽車研究院（寧波） 有限公司，浙江 寧波 315000）

1 引言

整車線束插接件內(nèi)電流傳輸?shù)木€束端子一般用高品質(zhì)的銅合金沖壓而成， 端子一部分要與塑料殼體起到緊固作用， 另一部分要與對配端子形成電性能連接， 銅合金雖具有良好的機械性能， 但在電導性能方面表現(xiàn)卻差強人意；而一般具有良好電導性能的材料在機械性能表現(xiàn)一般， 例如錫、 金、 銀等。 因此， 鍍層對于使端子同時兼具可接受的電導性及機械性能是極其必要的。

2 鍍層的類型

由于端子的功能不盡相同， 使用環(huán)境不同 （高溫、 熱循環(huán)、 潮濕、 沖擊、 振動、 灰塵等）， 所以選取的端子鍍層也各種各樣， 通常通過最大持續(xù)溫度、 鍍層厚度、 成本、對配端適合的鍍層選用不同鍍層的端子來滿足電器功能的穩(wěn)定性。 鍍層的不同類型見表1。

表1 鍍層的不同類型

3 鍍層的比較

3.1 鍍錫端子

鍍錫一般有良好的環(huán)境穩(wěn)定性和較低的成本， 所以應用較為廣泛， 應用不同方面的鍍錫層較多， 暗錫、 亮錫、熱沾錫等。 與其他鍍層比較， 耐磨性較差， 要少于10個插接匹配循環(huán)， 而且接觸性能會隨時間溫度降低， 一般用在低于125℃環(huán)境工況。 鍍錫端子設計時， 需考慮高接觸力及微小位移才能保證接觸的穩(wěn)定性。

3.2 鍍銀端子

鍍銀一般具有良好的點接觸性能， 可用在150℃持續(xù)使用工況， 成本較貴， 在硫及氯存在的空氣中易于生銹， 比鍍錫硬， 其電阻系數(shù)略高于或相當于錫， 潛在的電子遷移現(xiàn)象易導致插接件存在潛在風險。

3.3 鍍金端子

鍍金端子擁有良好的接觸性能與環(huán)境穩(wěn)定性， 持續(xù)溫度可超過125℃， 且具有優(yōu)異的耐摩擦性能。 硬金的硬度較錫和銀都硬， 且耐摩擦性優(yōu)異， 但其成本較高， 且并不是每個端子都需要鍍金， 接觸力較低會導致鍍錫層出現(xiàn)磨損時， 可改用鍍金端子。 鍍層的不同類型對比見表2。 不同鍍層之間的使用關系見表3。

表2 鍍層的不同類型對比

表3 不同鍍層之間的使用關系

4 端子鍍層應用的意義

既可以減少端子材料表面的腐蝕， 也可以改善插入力狀態(tài)。

4.1 減少摩擦力，降低插入力

影響端子間摩擦系數(shù)的主要因素包括： 材料、 表面粗糙度、 表面處理。 當端子材料一定時， 端子間的摩擦系數(shù)是固定的， 相對粗糙度較大， 當端子的表面通過鍍層處理后， 鍍層材料、 鍍層厚度、 鍍層光潔度等對摩擦系數(shù)都有積極的影響。

4.2 防止端子鍍層破壞后氧化銹蝕

連接器在10次插拔的有效次數(shù)內(nèi)， 端子間通過過盈配合相互作用， 在有接觸壓力時， 公母端子間相對位移， 在運動過程中會將端子表面的鍍層破環(huán)或有輕微劃痕導致鍍層厚度不均甚至裸露， 產(chǎn)生機械結(jié)構(gòu)的改變、 擦傷、 粘連、磨屑、 材料轉(zhuǎn)移等， 同時還伴隨有熱量產(chǎn)生。 插拔次數(shù)越多， 端子表面的刮劃痕跡越明顯， 在長時間工作及外界環(huán)境的作用下， 使端子極易失效。 主要是由于接觸面微小的相對運動產(chǎn)生的氧化腐蝕， 通常是10～100μm的相對運動；劇烈運動可能導致接觸面之間傷害性磨損， 輕微振動可能導致摩擦腐蝕， 熱沖擊及環(huán)境影響加速該過程。 端子相對位移導致端子磨損如圖1所示。

圖1 端子相對位移導致端子磨損

一般此類問題， 插接件運動后問題消失或更換設備（傳感器、 處理器等） 可以使問題暫時性消失， 但長期使用后故障仍會再現(xiàn)。

5 端子鍍層失效的案例

以吉利某車型電動助力轉(zhuǎn)向器偶發(fā)性無助力故障為例，對市場上服務站故障車進行調(diào)研， 大都發(fā)生在南方雨水較多地區(qū)， 對安徽服務站車輛進行排查： ①對目前的車輛進行檢查， 發(fā)現(xiàn)通過重新點火后， 故障消除， 故障偶發(fā)； ②故障未偶發(fā)性故障， 車輛通過服務站30～50km路試， 故障無法再次出現(xiàn)； ③客戶再次使用一段時間后， 反饋故障再次出現(xiàn)， 更換轉(zhuǎn)向器后故障消除， 確定電動轉(zhuǎn)向器本身出現(xiàn)助力故障， 故障凍結(jié)幀有唯一DTC代碼。 經(jīng)過實物分析，助力偶發(fā)不工作故障驗證結(jié)果見表4。

表4 助力偶發(fā)不工作故障驗證結(jié)論

從產(chǎn)品設計及性能試驗角度， 發(fā)現(xiàn)特定的振動耐久試驗條件 （在78.5Hz振動） 下， Pin針腳鍍錫材料出現(xiàn)氧化和摩損； 傳感器和ECU之間發(fā)生連接中斷或接觸電阻高的情況， 持續(xù)32ms以上時， 偶發(fā)性無助力故障就會出現(xiàn)， 當連接再次恢復時， 故障消除， 造成偶發(fā)性無助力。

6 結(jié)語

端子增加鍍層既可以減少端子材料表面的腐蝕， 又可以改善插入力狀態(tài)， 但鍍層為保證功能性及經(jīng)濟性的最大化實現(xiàn)， 主要參考以下使用條件： 可以耐受端子的實際溫度工況； 環(huán)保、 無腐蝕性； 具有化學穩(wěn)定性； 保證端子接觸； 減少摩擦力的磨損絕緣； 低成本。 隨著整車的電器環(huán)境越來越復雜， 新能源時代的到來， 只有對零部件的制造技術不斷探索， 才能滿足新功能的快速迭代。