導(dǎo)電滑環(huán)接觸件鍍層工藝性能對比分析
導(dǎo)電滑環(huán)接觸件鍍層工藝性能對比分析
——滑環(huán)行業(yè)首個耐磨耐腐三級超硬金處理技術(shù)（ENAP）
導(dǎo)電滑環(huán)的接觸件結(jié)構(gòu)設(shè)計與處理工藝，是導(dǎo)電滑環(huán)最為核心的技術(shù)工藝，直接影響導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命、導(dǎo)電性能、穩(wěn)定性及可靠性，而耐磨性、耐腐蝕性則是關(guān)系到導(dǎo)電滑環(huán)接觸件穩(wěn)定性、可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)。比如，鍍銀的導(dǎo)電性是公認(rèn)最高的，但由于銀抗氧化性及耐磨性較低，在中國航天工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QJ450A，就明確規(guī)定了受摩擦的零件不允許鍍銀。
滑環(huán)行業(yè)接觸件的表面處理技術(shù)，大多以鎳打底，再用銀、金、貴金屬或它們的合金做表層為主，特點性能各有所長，如：鍍銀（Ep?Ag）、鍍鎳銀（Ep?NiAg）、鍍金（Ep?Au）、鍍鎳金（Ep?NiAu）、鍍鎳硬金（Ep?NiAuhd）等，也有一些高品質(zhì)要求的采用成本較高的化學(xué)鍍鎳鈀浸金技術(shù)（ENEPIG）。
在這些表面處理技術(shù)中，化學(xué)鍍鎳鈀浸金技術(shù)（ENEPIG）因具有較低的接觸電阻、導(dǎo)電性能良好、易于焊接、耐腐蝕性強(qiáng)的綜合性能，被認(rèn)為是目前應(yīng)用在PCB、連接器接觸件等電子電氣領(lǐng)域最理想的表面處理技術(shù)。但在滑環(huán)行業(yè)接觸件上應(yīng)用，它有一個致命的弱點，因為最外面的純金（或硬金）浸鍍膜層技術(shù)工藝極難在耐磨性、耐腐蝕性及延展性取得平衡，仍無法適應(yīng)導(dǎo)電滑環(huán)接觸件在長時間、高速、高溫、高導(dǎo)電率的摩擦要求。因此，它只適用于相對靜態(tài)的、非摩擦型的接觸件。
“工藝復(fù)雜，成本高，性價比差距不大”，這正是化學(xué)鍍鎳鈀浸金技術(shù)為什么十幾年來紅極了連接器領(lǐng)域，卻一直無法取代鍍鎳硬金技術(shù)（Ep?NiAuhd）在滑環(huán)市場的主導(dǎo)地位的重要原因。
隨著軍工、航天、航海等高端領(lǐng)域科技的飛速發(fā)展，現(xiàn)有的滑環(huán)接觸件表面處理技術(shù)已日漸難以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速、高壽命、高穩(wěn)定性的市場應(yīng)用需求。不少滑環(huán)廠家采取了添加潤滑油脂、增加鍍層厚度、二次表面拋光、降低刷絲壓力甚至降低轉(zhuǎn)速要求等的解決方案，卻都只是一時的權(quán)宜之計，需犧牲某些品質(zhì)性能，無法從根本上解決問題，還可能給導(dǎo)電滑環(huán)造成一些安全隱患，如《導(dǎo)電滑環(huán)使用潤滑油脂的安全隱患淺析》。
為了突破滑環(huán)行業(yè)接觸件的技術(shù)瓶頸，三千米連接通過對銠、鈀、金、銀、鈷、銥等多種稀貴金屬及其合金，相關(guān)的電鍍技術(shù)、工藝性能進(jìn)行了大量的研究實驗與分析，成功研發(fā)出導(dǎo)電滑環(huán)專用的耐磨耐腐三級超硬金處理技術(shù)，鍍覆了鎳、金、鈀三級金屬元素合金膜層（ENAP, Electroless Ni Au Pd），具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，耐高低溫、高濕、酸堿腐蝕，硬度高，能承受彎曲、延展和摩擦，而且電阻率與純金相當(dāng)。處理后導(dǎo)電滑環(huán)接觸件的強(qiáng)度、硬度、導(dǎo)電性均優(yōu)于連接器接觸件國際軍工標(biāo)準(zhǔn)（MIL），是目前滑環(huán)行業(yè)內(nèi)最穩(wěn)定可靠的鍍金表面處理技術(shù)。
首先， ENAP處理后導(dǎo)電滑環(huán)刷絲與銅環(huán)的表面硬度、耐磨性能極強(qiáng)。
表面硬度高達(dá)HV300-350，比常見的硬金硬度都要大，相當(dāng)于17-4PH不銹鋼——即馬氏體沉淀硬化不銹鋼（0Cr17Ni4Cu4Nb），常用于制造海上平臺、直升機(jī)甲板、 航天(渦輪機(jī)葉片)、 軸類、汽輪機(jī)部件等。
表面粗糙度達(dá)到了Ra 0.2-0.4μm，接觸面十分光滑，無需潤滑油脂，杜絕了潤滑油脂潛在的安全隱患；避免了刷絲的信號閃斷，波動電阻值也明顯下降，低至0.001Ω；大大減小了早期積粉的現(xiàn)象，有效延長了導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命周期。如15路軍工級導(dǎo)電滑環(huán)3KM-C205F1-1502 ，進(jìn)行小批量測試1000萬轉(zhuǎn)，接觸件的鍍層磨損量≤0.1μm，波動電阻值前后變化為0。
其次，ENAP化學(xué)性能十分穩(wěn)定，具有極好的耐腐蝕性。
鈀是世界上最稀有的貴金屬之一，地殼中的含量約為一億分之一，只有俄羅斯和南非等少數(shù)國家出產(chǎn)，每年總產(chǎn)量不到黃金的5‰。該鈀金合金是在鈀金中添加了一定比例的其它金屬元素，成品的熔點高于1500℃，降低了鈀金的原有的脆性，具有極強(qiáng)的延展性及導(dǎo)電性，能經(jīng)受多次熱沖擊，并確保在使用過程中絕不會發(fā)生龜裂；不溶于硝酸、硫酸及強(qiáng)堿溶液，避免了金表面容易被氯酸侵蝕的弊端，保障了滑動接觸元件在高溫、鹽霧、潮濕、酸堿性等環(huán)境中應(yīng)用的可靠性、穩(wěn)定性。
我們都知道，在電鍍的過程中銅與金、鎳與鈀之間會有接觸偶腐蝕發(fā)生，而ENAP三級超硬金處理技術(shù)十分巧妙地利用了金、鎳作為阻擋層，不但阻止了金與銅、鎳與鈀金之間的相互擴(kuò)散與穿透侵蝕，避免了化學(xué)鍍鎳浸金等技術(shù)工藝那樣，在鍍層之間會發(fā)生晶粒邊界腐蝕，還提高了硬金鍍層的結(jié)合力和減少孔隙率，大大提升了整個鍍層的牢靠性。正是基于這種科學(xué)的雙重保護(hù)層級關(guān)系，將其命名為“三級”超硬金處理技術(shù)，而不叫作“三層”。
“堅韌如鋼，平滑如鏡；外耐腐蝕，內(nèi)防侵蝕”這就是ENAP三級超硬金處理技術(shù)的獨特之處。它綜合性能雖好，但由于工藝成本極高，目前仍多用在軍品、航天、航海等高要求領(lǐng)域的導(dǎo)電滑環(huán)中。
不少導(dǎo)電滑環(huán)廠家都宣稱滑環(huán)信號環(huán)道與刷絲都是使用“金-金”處理工藝，很多客戶可能未能想到同樣 “金-金”的實際性能，卻是千差萬別。下面，就幾種常用的電鍍技術(shù)在導(dǎo)電滑環(huán)接觸件應(yīng)用的主要性能特點對比如下：
性能/工藝 | 鍍銀 | 鍍鎳銀 | 鍍金 | 鍍鎳金 | 鍍鎳硬金 | 化鍍鎳鈀浸金 | 三級超硬金 |
導(dǎo)電性 | 極高 | 高 | 高 | 高 | 高 | 高 | 高 |
耐磨性 | 低 | 低 | 極低 | 極低 | 高 | 中 | 極高 |
抗氧化性 | 極低 | 極低 | 極高 | 極高 | 高 | 極高 | 極高 |
耐酸腐蝕性 | 低 | 低 | 中高 | 中高 | 中高 | 中高 | 極高 |
耐堿腐蝕性 | 高 | 高 | 極高 | 極高 | 極高 | 極高 | 極高 |
硬度 | 低 | 低 | 極低 | 極低 | 高 | 中低 | 極高 |
延展性 | 極高 | 高 | 極高 | 高 | 中高 | 高 | 高 |
工藝成本 | 極低 | 低 | 高 | 高 | 中高 | 極高 | 極高 |
注：由于鍍層的材質(zhì)成分比例、厚薄、細(xì)化處理工序都會導(dǎo)致性能有較大差別，為了更直接對比與更好理解，將各項性能指標(biāo)從低到高，粗分為“極低、低、中低、中、中高、高、極高”的7個對比級別。
