Im Bereich der elektrischen Kontaktmaterialien wirkt sich die Leistung der Kontaktpunkte direkt auf die Stabilität und Lebensdauer elektrischer Niederspannungsprodukte aus. Insbesondere bei kritischen Komponenten wie Relais und Schaltern bestimmt der Betriebszustand von Bimetall-Silberkontakten und verschiedenen Verbundkontakten die allgemeine Leitfähigkeitszuverlässigkeit und elektrische Leistung des Geräts. In den letzten Jahren hat die Industrie mit der Entwicklung von Produkten hin zu höheren Frequenzen, höheren Belastungen und Miniaturisierung höhere Anforderungen an die Oberflächenqualität und Kontaktstabilität von Bimetall-Silberkontakten gestellt. Unter diesen Anforderungen ist das Problem der chemischen Kupferadhäsion nach und nach zu einer der größten versteckten Gefahren für die Qualität geworden.
Aus technischer Sicht verwenden elektrische Kontakte typischerweise eine Silber--Kupfer-Verbundstruktur, d. h. eine auf Silber- basierende Arbeitsschicht kombiniert mit einer auf Kupfer- basierenden leitfähigen Schicht. Diese Arten von Bimetall-Kontaktnieten vereinen hervorragende Leitfähigkeit mit Kostenvorteilen und werden häufig in Bimetall-Nieten für Relais und verschiedenen Schalter-Silberkontaktstrukturen verwendet. Bei der Nachbearbeitung und Reinigung kommt es jedoch bei manchen Produkten zu großflächigen, sichtbaren Kupferanhaftungen, die die Leistung der elektrischen Kontaktpunkte stark beeinträchtigen.
Es ist wichtig klarzustellen, dass die Kupferadhäsion in zwei Arten unterteilt werden kann: Zum einen handelt es sich um Spurenkupferadhäsion, die durch mechanischen Abrieb verursacht wird, wobei extrem kleine Partikel nur unter einem Hochleistungsmikroskop sichtbar sind und nur begrenzte Auswirkungen auf die Leistung haben; Das andere ist die chemische Kupferadhäsion, auf die sich dieser Artikel konzentriert. Sie deckt einen großen Bereich, sogar die gesamte Arbeitsfläche, ab und kann unter einem Mikroskop mit geringer Leistung deutlich beobachtet werden. Dieses Phänomen hat erhebliche Auswirkungen auf die Leistung von elektrischen Präzisionskontakten und äußert sich insbesondere in abnormalen Schwankungen des Kontaktwiderstands.
Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass chemische Kupferadhäsion einen weitaus größeren Einfluss auf den Kontaktwiderstand hat als mechanischer Abrieb. Unter den gleichen Testbedingungen zeigen elektronische Bimetallkontakte mit chemischer Kupferhaftung einen deutlichen Anstieg des Kontaktwiderstands, der in einem weiten Bereich schwankt. Diese Instabilität ist ein inakzeptabler Risikofaktor für Anwendungen mit hoher -Zuverlässigkeit, wie z. B. elektrische Schleifkontakte.
Damit sich eine chemische Kupferadhäsion bilden kann, müssen drei Schlüsselbedingungen erfüllt sein: erstens das Vorhandensein reduzierbarer Kupferionen im System; zweitens das Vorhandensein einer Metallkombination mit einem signifikanten Potentialunterschied (wie Silber und Eisen); und drittens die Bildung eines elektrischen Kontaktpfades zwischen den beiden Metallen. Sobald diese drei Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, kann ein vollständiger galvanischer Zellkreis gebildet werden, der eine schnelle Reduktion und Ablagerung von Kupferionen auslöst.
Darüber hinaus variiert die Auswirkung der chemischen Kupferadhäsion je nach Art elektrischer Kontakte. Bei festen Silberkontakten, die eine hohe Kontaktstabilität erfordern, verändert die Kupferabdeckung die Leitfähigkeit der Kontaktschnittstelle erheblich. Bei dynamischen Kontaktstrukturen wie Schleifringkontakten oder elektrischen Federkontakten kann dies den Verschleiß und Kontaktausfall noch verstärken.
Aus materialtechnischer Sicht korreliert dieses Phänomen zwar nicht stark mit bestimmten Materialsystemen auf Silber--Basis, es ist jedoch wahrscheinlicher, dass es bei bimetallischen Silberkontakten auftritt. Dies liegt daran, dass ihre Struktur von Natur aus eine Kupferschicht enthält, die unter bestimmten Bedingungen leichter lokalisierte elektrochemische Umgebungen schafft. Daher ist die Kontrolle des Oberflächenbehandlungsprozesses bei der Konstruktion und Herstellung von Bimetall-Nietkontakten von entscheidender Bedeutung.
Um dieses Problem anzugehen, sollte sich die Prozessoptimierung darauf konzentrieren, die Bedingungen für die Bildung galvanischer Zellen zu stören. Erstens sollten metallische Verunreinigungen in der Produktionsumgebung streng kontrolliert werden, um einen direkten Kontakt zwischen reaktiven Metallen wie Eisen und Bimetallnieten zu verhindern. Zweitens sollten Reinigungs- und Säurewaschprozesse optimiert werden, um die Restkonzentration an Kupferionen in der Lösung zu reduzieren. Drittens sollten während der Nachbearbeitung verschiedene Metallkomponenten getrennt gehalten werden, um die Möglichkeit eines versehentlichen elektrischen Kontakts zu minimieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Problem der chemischen Kupferadhäsion in elektrischen Silberkontakten im Wesentlichen ein typischer elektrochemischer Korrosions- und Ablagerungsprozess ist. Seine Auswirkungen gehen über bloße optische Mängel hinaus und wirken sich direkt auf den Kontaktwiderstand und die Produktzuverlässigkeit aus. Ein tieferes Verständnis seines Mechanismus kann klare Hinweise zur Prozessoptimierung von Bimetall-Nietkontakten und verwandten Produkten liefern.
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