Korozja styków złącz elektrycznych

Wprowadzenie

Korozja styków złącz elektrycznych to zjawisko, które redukuje niezawodność urządzeń elektrycznych. Zastosowane materiały pokryć, warunki środowiskowe oraz parametry pracy mają kluczowy wpływ na rozwój korozji. Skutkiem tego zjawiska są różnego rodzaju naloty na powierzchniach styków, takie jak warstwy tlenków, siarczków oraz chlorków. Te związki chemiczne mają wysoką rezystancję, co uniemożliwia przewodzenie prądu elektrycznego.

Niniejszy artykuł omawia najczęściej spotykane rodzaje korozji styków złącz elektrycznych.

Co to jest korozja?

Korozja to "proces niszczenia (degradacji) materiałów w wyniku reakcji chemicznych lub elektrochemicznych przebiegających na granicy zetknięcia z otaczającym je środowiskiem"[1]. Zjawisko korozji może być oparte o różne mechanizmy: chemiczne, elektrochemiczne, mechaniczne (tarcie), mikrobiologiczne, itd.

Rodzaje korozji złącz

Korozja chemiczna

Ten rodzaj korozji dotyczy procesów niszczenia powierzchni metali w środowiskach, w których nie ma przewodności jonowej (brak wilgotnego środowiska elektrolitu). Przykładowo, obecność siarki w powietrzu powoduje powstawanie siarczku srebra na powierzchni srebrnych styków, co może wpływać na sygnały elektryczne o małym napięciu. Dlatego srebrzone styki nie są dobrym pomysłem w złączach do transmisji danych lub sygnałów analogowych o małej amplitudzie.

Korozja elektrochemiczna (ogólna)

Powierzchnia metalów nie jest idealnie jednorodna, występują różne domieszki innych pierwiastków, wtrącenia itp. Metale mają mikrostrukturę ziarnistą (krystaliczną). Granice ziaren w stosunku do wnętrza tych ziaren mają inny poziom energii. Jeżeli taka ziarnista powierzchnia zostanie pokryta elektrolitem (np. wodą zawierającą chlorki), to powstaje "mikro-ogniwo", rozpoczynając proces korozji elektrochemicznej. Działania minimalizujące korozję elektrochemiczną w złączach elektrycznych obejmują:

• Dobór adekwatnego pokrycia styków złącz.
• Redukcję wnikania wilgoci poprzez stosowanie szczelnych obudów, hermetyzacja żywicą itp.
• Minimalizację zanieczyszczeń jonowych w trakcie procesu lutowania. Przykładowo unikamy zabrudzenia styków przez topnik.

Korozja wżerowa

To korozja elektrochemiczna występująca tylko w pewnych miejscach złącza, gdzie uprzednio wystąpiły inne zjawiska powodujące lokalną nieciągłość powłoki ochronnej. Typowo są to: wtrącenia niemetaliczne (np. siarczki), pęknięcia materiału w obszarze gięcia wyprowadzenia, przetarcia pokrycia, nadmierna porowatość powłoki ochronnej, itp. Działania minimalizujące obejmują:

• Dobór adekwatnego pokrycia styków złącz do danej aplikacji (materiał pokrycia, grubość pokrycia, underplate).
• Montaż złącz z zachowaniem odpowiedniej ostrożności, aby nie uszkodzić kontaktów.
• Minimalizację wpływu wilgoci i zanieczyszczeń jonowych z procesów montażu.

Korozja galwaniczna

Specyficznym rodzajem korozji elektrochemicznej jest korozja galwaniczna "stykowa". Ogniwo galwaniczne powstaje wtedy, kiedy dwa różne metale (o różnym potencjale elektrochemicznym) mają ze sobą kontakt w środowisku elektrolitu[2]. W złączach elektrycznych ten rodzaj korozji powstaje, gdy kontakty złącza męskiego i żeńskiego mają różne pokrycie. Im większa różnica potencjałów łączonych metali, tym szybciej przebiega korozja galwaniczna. Dlatego nie należy łączyć ze sobą styków złącz o różnym pokryciu.

Korozja tarciowa

Korozja tarciowa (ang. Fretting corrosion) to rodzaj korozji mechanicznej, która może wystąpić w złączach pokrytych cyną. Polega na nawarstwieniu się tlenków cyny w obszarze styku, które tworzą barierę uniemożliwiającą przepływ sygnałów elektrycznych o niskim napięciu. Powstawanie tlenków cyny związane jest z mikro-ruchem styków (drgania, zmiana temperatury otoczenia) i niewielką siłą nacisku kontaktów na siebie. Działania redukujące ryzyko korozji tarciowej obejmują:

• Zmianę materiału pokrycia na inny niż cyna.
• Dobór złącz o dużej sile nacisku styków.
• Pokrycie strefy kontaktu specjalnym olejem redukującym wnikanie tlenu, co zmniejsza ilość tlenków cyny.

Migracja elektrochemiczna

Migracja elektrochemiczna (ang. Electro-Chemical Migration, ECM) to zjawisko, często potocznie określane jako korozja, które może wystąpić między odizolowanymi elektrycznie sąsiednimi kontaktami złącza. Warunkiem powstania tego zjawiska jest pojawienie się elektrolitu (wilgoci i jonów) oraz oczywiście napięcia elektrycznego. Więcej informacji na ten temat znajdziesz w artykule: Dendryty i korozja w elektronice.

Podsumowanie

Korozja styków złącz to zjawisko, które znacząco redukuje niezawodność urządzeń. Właściwy dobór styków złącz, materiałów pokrycia oraz odpowiednia ochrona przed wpływem środowiska zewnętrznego to kluczowe aspekty, które należy rozważyć w czasie projektowania niezawodnych systemów elektrycznych i elektronicznych.