接觸電阻形成及降阻

接觸

電阻

及

降阻

一

.

接觸電阻

1。1接觸電阻的物理本質：

電流透過導電斑點產生收縮效應引起的金屬電阻增量（收縮電阻）與表面膜電阻之和。

1。2導電斑點

在顯微鏡下觀察接觸件的表面，儘管接觸面十分光滑，則仍能觀察到5-10微米的凸起部分。接觸面並不是整個面的接觸，而是散佈在接觸面上一些點的接觸。實際接觸面可分為兩部分；一是真正金屬與金屬直接接觸部分。即金屬間無過渡電阻的接觸微點，亦稱接觸斑點，它是由接觸壓力或熱作用破壞介面膜後形成的。

為了區別在實際接觸的小面積上有導電和不導電的部分，把發生實際接觸的小面積稱為“接觸斑點”。其中形成金屬接觸的面積，即實際傳導電流的面積稱為“導電斑點”。

1。3收縮電阻

接觸面表面粗糙，導體之間實際接觸面積只是名義接觸面積的一小部分，

電流線

透過導電斑點時收縮變形，路程加長，電阻增加。收縮電阻與導電斑點的大小、形狀、數目、分佈有關。

1。4膜層電阻

1。4。1膜層電阻：接觸面在空氣中可能迅速形成一層導電效能很差的氧化膜及其他汙染物附著於表面，使電阻增大，這部分電阻稱為膜層電阻。

a。氧化膜在大氣中不存在真正潔淨的金屬表面，即使很潔淨的金屬表面，一旦暴露在大氣中，便會很快生成幾微米的初期氧化膜層。例如銅只要2-3分鐘，鎳約30分鐘，鋁僅需2-3秒鐘，其表面便可形成厚度約2微米的氧化膜層。

b。汙染膜可分為較堅實的薄膜層和較鬆散的薄膜層的雜質汙染層。

較堅實的薄膜層是由物理吸附及化學吸附所形成的汙染膜，對金屬表面主要是化學吸附，它是在物理吸附後伴隨電子遷移而產生的。

接觸表面較鬆散的表膜是由於塵埃、松香、油汙等在接點表面機械附著沉積形成的，這層表膜由於帶有微粒物質極易嵌藏在接觸表面的微觀凹坑處，使接觸面積縮小，接觸電阻增大，且極不穩定。

1，4，2接觸面腐蝕

電接觸所處的外界環境也會對電接觸產生影響。其中腐蝕會嚴重影響電接觸的接觸電阻，從而影響電接觸的可靠性。影響電接觸可靠性的腐蝕或汙染形式可分為三種：孔隙腐蝕、蠕變腐蝕和失澤。

a。孔隙腐蝕：空氣汙染物和基體金屬之間透過鍍層表面的孔隙和其他薄弱環節發生的化學或電化學反應。反應形成的絕緣膜和腐蝕產物會導致接觸不穩定、加速摩擦、接觸電阻增加等現象，最終導致電接觸失效。

b。蠕變腐蝕：銅等基體金屬與金等貴金屬鍍層粘接後會發生蠕變腐蝕反應。

c。失澤：有些金屬生成硫化物的趨勢超過生成氧化物的趨勢，靠近鍍層附近的氣態含硫類物質會在這些金屬的表面發生化學反應，併產生擴散現象，從而導致金屬失澤，失澤也會對電接觸的可靠性產生影響。

1。5接觸電阻逐漸增大的原因：

導體金屬接觸面一般長期允許執行的溫度都比較低，接觸面的金屬雖然不與周圍介質直接接觸，但周圍介質中的氧等活性氣體會從接觸點周圍逐漸侵入，並與金屬接觸面起化學作用，形成金屬氧化物，附著在金屬表面上形成表面膜電阻，使得有效接觸面積減小，接觸電阻值升高，接觸面溫度上升。同時，溫度越高，活性氣體活動力越強，會更深地侵入到金屬接觸面內部，引發更嚴重的腐蝕。

不同金屬的兩接觸面接觸時，往往能夠發生這種腐蝕，例如銅、鋁導體直接連線，兩金屬面間在空氣中的水分、二氧化碳及其他雜質作用下極易形成電解液，從而形成以鋁為負極，銅為正極的電池，使鋁、銅產生電化學腐蝕，造成銅、鋁連線處的接觸電阻增加，高溫下腐蝕就會加劇，產生惡性迴圈，使連線質量進一步惡化，最後導致接觸點溫度過高，甚至會發生冒煙、燒燬等事故。

1。6有效接觸

二

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接觸面

的物理接觸過程

2，1兩實際接觸面接觸過程：

兩表面開始接觸時，只有很少的實際接觸點，實際接觸面積非常小，單位實際接觸面積受到的力非常大；起始接觸點先產生彈性變形，然後向塑性變形過渡；當點的實際接觸面增大，兩金屬間空隙部分相互靠近，繼續產生新的實際接觸點；最後，當總的實際接觸面積擴大到支援力與外力平衡時接觸過程結束。

2。2接觸壓力對收縮電阻的影響

a．當接觸壓力增加時，兩接觸表面相互移近，接觸斑點數隨之增加，從而使真實的接觸面積增加，而使收縮電阻降低。

b。當接觸壓力增加時，一些接觸斑點的變形從彈性變形變成塑性變形，而使接觸表面發生永久變平，從而使收縮電阻減少。

c。大接觸壓力時造成的接觸斑點的永久變平和粘結使得當接觸壓力減小時，接觸電阻的增加非常緩慢。

d。導體的接觸形式大體分為點接觸，線接觸和麵接觸，這幾種接觸形式對接觸電阻的影響是不相同的。點接觸時對接觸電阻的影響主要是收縮電阻大，而面接觸時對接觸電阻的影響則是膜電阻，線電阻介於兩者之間。因而，接觸電阻的大小不僅取決於收縮電阻，還有膜電阻的影響。而接觸壓力對接觸電阻的影響是十分重要的，沒有足夠的壓力，只靠加大接觸面，並不能使接觸電阻有明顯的下降。增加接觸壓力，可以增加接觸點的有效接觸面積，同時，當接觸點的壓強超過一定值時，可以使觸點的材料產生塑性變形，表面膜被壓碎出現裂縫，增大了金屬的接觸面，使接觸電阻迅速下降，因此，加大接觸壓力，使收縮電阻和膜電阻都減小，總的接觸電阻將減小。

三

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影響接觸

電阻的

因素

主要受接材料、壓力、表面狀態、使用電壓和電流等因素影響。

3。1接觸件材料電聯結器技術條件對不同材質製作的同規格插配接觸件，規定了不同的接觸電阻考核指標。如小圓形快速分離耐環境電聯結器總規範GJB101-86規定，直徑為1mm的插配接觸件接觸電阻，銅合金≤5mΩ，鐵合金≤15mΩ。

3。2壓力是指彼此接觸的表面產生並垂直於接觸表面的力。隨正壓力增加，接觸微點數量及面積也逐漸增加，同時接觸微點從彈性變形過渡到塑性變形。由於收縮電阻逐漸減小，而使接觸電阻降低。

3。3使用電壓達到一定閾值，會使接觸件膜層被擊穿，而使接觸電阻迅速下降。但由於熱效應加速了膜層附近區域的化學反應，對膜層有一定的修復作用。於是阻值呈現非線性。在閾值電壓附近，電壓降的微小波動會引起電流可能二十倍或幾十倍範圍內變化。

3。4當電流超過一定值時，接觸件介面微小點處產生的焦耳熱作用而使金屬軟化或熔化，會對收縮電阻產生影響，降低接觸電阻。

四.

接觸

面

發熱原理

金屬導體接觸面發熱的實質為電流透過等效的接觸電阻而產生熱量，即電阻損耗性發熱。假設環境溫度保持在一個相對恆定的溫度，如接觸面接觸電阻產生的熱量與散發的熱量平衡，接觸面電阻就會維持在一個穩定的溫度；但接頭在環境侵蝕的作用下接觸電阻值升高，則發熱量變大，接觸面溫度就越高。

五

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接觸

面

發熱處理

5。1加大接觸面壓力。接觸面的壓力大小。接觸壓力對收縮電阻值和表面膜電阻值的影響最大，接觸壓力的增加使接觸點的有效接觸面積增大，即接觸點數增加，從而使收縮電阻減小。當接觸面的接觸壓力超過其材質的屈服強度時，就會產生塑性變形，表面膜會被破壞而出現裂縫，增加了接觸面積，也會使得收縮電阻因表面膜電阻的減小而下降，從而使接觸電阻大大下降。

實際檢修作業中，部分檢修人員在對導體接頭螺栓的緊固力上存在一定的誤區，認為連線導體的螺栓擰得越緊越好；其實不然，當螺母的壓力達到某個臨界壓力值時，材料的強度差，再繼續增加不當的壓力，將會造成接觸面部分變形隆起，反而使接觸面積減少，接觸電阻快速增大。

5。2錫熔焊

錫焊技術採用以錫為主的錫合金材料作焊料，在一定溫度下焊錫熔化，接觸面與錫原子之間互相吸收、擴散、分離，構成浸潤的分子層。接觸面都有很多微小的凹凸間隙，熔熔狀態的錫焊料藉助於毛細管吸力沿焊件外表擴散，構成焊料與焊件的浸潤，使接觸面可靠地粘合在一起，從而具有良好的導電效能。不同的錫鉛比例焊錫的熔點溫度不同，一般為180~230℃。

焊劑（錫膏），是一種在受熱後能對金屬外表起清潔及維護作用的材料。空氣中的金屬外表很容易生成氧化膜，這種氧化膜能阻止焊錫對焊接金屬的浸潤作用。焊劑是一種均勻的錫、鉛、銀合金粉、助焊劑、以及溶劑的混合物。在焊接時可以形成合金性連線。

焊劑（錫膏）成分

鹵化物：去除銅面氧化物（活化劑）：活化錫鉛表面（活化劑）。

胺類：活化銀表面（活化劑）。

有機酸：高溫除汙（活化劑）。

氯化物：活化劑。

溶劑：溶解固化物、活性劑。

潤溼劑：便於殘渣清洗

酚類：防氧化劑，防錫粉氧化。

表面活劑：降低焊劑的表面張力，增加焊劑對焊粉和焊件的親潤性。

六．

接觸面

安裝

注意事項

3。1對導體的接觸面需用砂布或鋼絲刷進行打磨處理，去除接觸面上的毛刺、油汙和氧化膜，處理後接觸面應平整；利用乾淨的棉紗澆上酒精，把接觸面擦拭乾淨，再均勻塗抹一層薄薄的導電膏。

3。2在測試高壓導電迴路接觸面的接觸電阻值時，要用大電流通流測試，可一定程度上把接觸面內微觀上點與點之間的表面膜擊穿，較為接近模擬的實際工作狀況，同時也能減少導體接觸面的接觸電阻值。

3，3接觸面塗導電膏，若把萬用表兩端接在一條由導電膏組成的內，會發現導電膏其實不是良導體，它是利用了隧道效應而導電的原理。導電膏並不是塗抹得越多越好，太多反而會在執行一段時間後增加接觸面的接觸電阻。導電膏的塗抹厚度應保持在0。15~0。20mm。

3。4接觸面塗中性凡士林。其作用為把接觸表面上微小的坑坑窪窪的空間用中性凡士林填充，減少導體接觸面與空氣的接觸，中性凡士林只能塗薄薄的一層，其厚度與導電膏厚度相當即可，目前很少採用該方法。

五

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接觸

電阻的測量

實際測量接觸電阻時，常使用毫歐計。

接觸電阻檢驗目的是確定電流流經接觸件的接觸表面的電觸點時產生的電阻。如果有大電流透過高阻觸點時，就可能產生過分的能量消耗，並使觸點產生危險的過熱現象。

4.

導體接觸面的接觸電阻

值

4。1直流部分接觸電阻要求在10μQ以內。

4。2交流部分接觸電阻要求在30μQ以內。

4。3電器的觸點、插點接觸電阻在10-20mΩ以下。有的開關則要求在100-500uΩ以下。

4。4電氣裝置允許溫度