接触电阻及降阻
一.接触电阻
1.1接触电阻的物理本质:
电流通过导电斑点产生收缩效应引起的金属电阻增量(收缩电阻)与表面膜电阻之和。
1.2导电斑点
在显微镜下观察接触件的表面，尽管接触面十分光滑，则仍能观察到5-10微米的凸起部分。接触面并不是整个面的接触，而是散布在接触面上一些点的接触。实际接触面可分为两部分；一是真正金属与金属直接接触部分。即金属间无过渡电阻的接触微点，亦称接触斑点，它是由接触压力或热作用破坏界面膜后形成的。
为了区别在实际接触的小面积上有导电和不导电的部分，把发生实际接触的小面积称为“接触斑点”。其中形成金属接触的面积，即实际传导电流的面积称为“导电斑点”。
1.3收缩电阻
接触面表面粗糙,导体之间实际接触面积只是名义接触面积的一小部分，电流线通过导电斑点时收缩变形,路程加长,电阻增加。收缩电阻与导电斑点的大小、形状、数目、分布有关。
1.4膜层电阻
1.4.1膜层电阻：接触面在空气中可能迅速形成一层导电性能很差的氧化膜及其他污染物附着于表面，使电阻增大，这部分电阻称为膜层电阻。
a.氧化膜在大气中不存在真正洁净的金属表面，即使很洁净的金属表面，一旦暴露在大气中，便会很快生成几微米的初期氧化膜层。例如铜只要2-3分钟，镍约30分钟，铝仅需2-3秒钟，其表面便可形成厚度约2微米的氧化膜层。
b.污染膜可分为较坚实的薄膜层和较松散的薄膜层的杂质污染层。
较坚实的薄膜层是由物理吸附及化学吸附所形成的污染膜，对金属表面主要是化学吸附，它是在物理吸附后伴随电子迁移而产生的。
接触表面较松散的表膜是由于尘埃、松香、油污等在接点表面机械附着沉积形成的，这层表膜由于带有微粒物质极易嵌藏在接触表面的微观凹坑处，使接触面积缩小，接触电阻增大，且极不稳定。
1,4,2接触面腐蚀
电接触所处的外界环境也会对电接触产生影响。其中腐蚀会严重影响电接触的接触电阻,从而影响电接触的可靠性。影响电接触可靠性的腐蚀或污染形式可分为三种:孔隙腐蚀、蠕变腐蚀和失泽。
a.孔隙腐蚀:空气污染物和基体金属之间通过镀层表面的孔隙和其他薄弱环节发生的化学或电化学反应。反应形成的绝缘膜和腐蚀产物会导致接触不稳定、加速摩擦、接触电阻增加等现象,最终导致电接触失效。
b.蠕变腐蚀:铜等基体金属与金等贵金属镀层粘接后会发生蠕变腐蚀反应。
c.失泽:有些金属生成硫化物的趋势超过生成氧化物的趋势,靠近镀层附近的气态含硫类物质会在这些金属的表面发生化学反应,并产生扩散现象,从而导致金属失泽,失泽也会对电接触的可靠性产生影响。
1.5接触电阻逐渐增大的原因:
导体金属接触面一般长期允许运行的温度都比较低,接触面的金属虽然不与周围介质直接接触,但周围介质中的氧等活性气体会从接触点周围逐渐侵入,并与金属接触面起化学作用,形成金属氧化物,附着在金属表面上形成表面膜电阻,使得有效接触面积减小,接触电阻值升高,接触面温度上升。同时,温度越高,活性气体活动力越强,会更深地侵入到金属接触面内部,引发更严重的腐蚀。
不同金属的两接触面接触时,往往能够发生这种腐蚀,例如铜、铝导体直接连接,两金属面间在空气中的水分、二氧化碳及其他杂质作用下极易形成电解液,从而形成以铝为负极,铜为正极的电池,使铝、铜产生电化学腐蚀,造成铜、铝连接处的接触电阻增加,高温下腐蚀就会加剧,产生恶性循环,使连接质量进一步恶化,最后导致接触点温度过高,甚至会发生冒烟、烧毁等事故。
1.6有效接触
二.接触面的物理接触过程
2,1两实际接触面接触过程:
两表面开始接触时,只有很少的实际接触点,实际接触面积非常小,单位实际接触面积受到的力非常大；起始接触点先产生弹性变形,然后向塑性变形过渡；当点的实际接触面增大,两金属间空隙部分相互靠近,继续产生新的实际接触点；最后,当总的实际接触面积扩大到支持力与外力平衡时接触过程结束。
2.2接触压力对收缩电阻的影响
a．当接触压力增加时,两接触表面相互移近,接触斑点数随之增加,从而使真实的接触面积增加,而使收缩电阻降低。
b.当接触压力增加时,一些接触斑点的变形从弹性变形变成塑性变形,而使接触表面发生永久变平,从而使收缩电阻减少。
c.大接触压力时造成的接触斑点的永久变平和粘结使得当接触压力减小时,接触电阻的增加非常缓慢。
d.导体的接触形式大体分为点接触，线接触和面接触，这几种接触形式对接触电阻的影响是不相同的。点接触时对接触电阻的影响主要是收缩电阻大，而面接触时对接触电阻的影响则是膜电阻，线电阻介于两者之间。因而，接触电阻的大小不仅取决于收缩电阻，还有膜电阻的影响。而接触压力对接触电阻的影响是十分重要的，没有足够的压力，只靠加大接触面，并不能使接触电阻有明显的下降。增加接触压力，可以增加接触点的有效接触面积，同时，当接触点的压强超过一定值时，可以使触点的材料产生塑性变形，表面膜被压碎出现裂缝，增大了金属的接触面，使接触电阻迅速下降，因此，加大接触压力，使收缩电阻和膜电阻都减小，总的接触电阻将减小。
三.影响接触电阻的因素
主要受接材料、压力、表面状态、使用电压和电流等因素影响。
3.1接触件材料电连接器技术条件对不同材质制作的同规格插配接触件，规定了不同的接触电阻考核指标。如小圆形快速分离耐环境电连接器总规范GJB-86规定，直径为1mm的插配接触件接触电阻，铜合金≤5mΩ,铁合金≤15mΩ。
3.2压力是指彼此接触的表面产生并垂直于接触表面的力。随正压力增加，接触微点数量及面积也逐渐增加，同时接触微点从弹性变形过渡到塑性变形。由于收缩电阻逐渐减小，而使接触电阻降低。
3.3使用电压达到一定阈值，会使接触件膜层被击穿，而使接触电阻迅速下降。但由于热效应加速了膜层附近区域的化学反应，对膜层有一定的修复作用。于是阻值呈现非线性。在阈值电压附近，电压降的微小波动会引起电流可能二十倍或几十倍范围内变化。
3.4当电流超过一定值时，接触件界面微小点处产生的焦耳热作用而使金属软化或熔化，会对收缩电阻产生影响，降低接触电阻。
四.接触面发热原理
金属导体接触面发热的实质为电流通过等效的接触电阻而产生热量,即电阻损耗性发热。假设环境温度保持在一个相对恒定的温度,如接触面接触电阻产生的热量与散发的热量平衡,接触面电阻就会维持在一个稳定的温度;但接头在环境侵蚀的作用下接触电阻值升高,则发热量变大,接触面温度就越高。
五.接触面发热处理
5.1加大接触面压力。接触面的压力大小。接触压力对收缩电阻值和表面膜电阻值的影响最大,接触压力的增加使接触点的有效接触面积增大,即接触点数增加,从而使收缩电阻减小。当接触面的接触压力超过其材质的屈服强度时,就会产生塑性变形,表面膜会被破坏而出现裂缝,增加了接触面积,也会使得收缩电阻因表面膜电阻的减小而下降,从而使接触电阻大大下降。
实际检修作业中，部分检修人员在对导体接头螺栓的紧固力上存在一定的误区，认为连接导体的螺栓拧得越紧越好；其实不然，当螺母的压力达到某个临界压力值时，材料的强度差，再继续增加不当的压力，将会造成接触面部分变形隆起，反而使接触面积减少，接触电阻快速增大。
5.2锡熔焊
锡焊技术采用以锡为主的锡合金材料作焊料,在一定温度下焊锡熔化,接触面与锡原子之间互相吸收、扩散、分离,构成浸润的分子层。接触面都有很多微小的凹凸间隙,熔熔状态的锡焊料借助于毛细管吸力沿焊件外表扩散,构成焊料与焊件的浸润,使接触面可靠地粘合在一起,从而具有良好的导电性能。不同的锡铅比例焊锡的熔点温度不同,一般为~℃.
焊剂(锡膏),是一种在受热后能对金属外表起清洁及维护作用的材料。空气中的金属外表很容易生成氧化膜,这种氧化膜能阻止焊锡对焊接金属的浸润作用。焊剂是一种均匀的锡、铅、银合金粉、助焊剂、以及溶剂的混合物。在焊接时可以形成合金性连接。
焊剂(锡膏)成分
卤化物:去除铜面氧化物(活化剂):活化锡铅表面(活化剂)。
胺类:活化银表面(活化剂)。
有机酸:高温除污(活化剂)。
氯化物:活化剂。
溶剂:溶解固化物、活性剂。
润湿剂:便于残渣清洗
酚类：防氧化剂，防锡粉氧化。
表面活剂:降低焊剂的表面张力,增加焊剂对焊粉和焊件的亲润性。
六．接触面安装注意事项
3.1对导体的接触面需用砂布或钢丝刷进行打磨处理,去除接触面上的毛刺、油污和氧化膜,处理后接触面应平整；利用干净的棉纱浇上酒精,把接触面擦拭干净,再均匀涂抹一层薄薄的导电膏。
3.2在测试高压导电回路接触面的接触电阻值时,要用大电流通流测试,可一定程度上把接触面内微观上点与点之间的表面膜击穿,较为接近模拟的实际工作状况,同时也能减少导体接触面的接触电阻值。
3,3接触面涂导电膏,若把万用表两端接在一条由导电膏组成的内,会发现导电膏其实不是良导体,它是利用了隧道效应而导电的原理。导电膏并不是涂抹得越多越好,太多反而会在运行一段时间后增加接触面的接触电阻。导电膏的涂抹厚度应保持在0.15~0.20mm。
3.4接触面涂中性凡士林。其作用为把接触表面上微小的坑坑洼洼的空间用中性凡士林填充,减少导体接触面与空气的接触,中性凡士林只能涂薄薄的一层,其厚度与导电膏厚度相当即可,目前很少采用该方法。
五.接触电阻的测量
实际测量接触电阻时，常使用毫欧计。
接触电阻检验目的是确定电流流经接触件的接触表面的电触点时产生的电阻。如果有大电流通过高阻触点时，就可能产生过分的能量消耗，并使触点产生危险的过热现象。
4.导体接触面的接触电阻值
4.1直流部分接触电阻要求在10μQ以内。
4.2交流部分接触电阻要求在30μQ以内。
4.3电器的触点、插点接触电阻在10-20mΩ以下。有的开关则要求在-uΩ以下。
4.4电气设备允许温度
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