AgSnO2复合铆钉触点在服役过程中

AgSnO2/Cu复合铆钉触点在服役过程中的界面开裂王勇，徐永红，程世芳，章应，田茂江重庆川仪金属功能材料分公司重庆市电子电器功能材料工程技术研究中心重庆大学材料科学与工程学院主要内容1引言2Ag/SnO2相界相关开裂3AgSnO2电接触层/Cu基体界面开裂4结论1引言研究背景

AgSnO2触点性能优异，AgSnO2/Cu复合铆钉在继电器等领域应用广泛

AgSnO2个性化很强，复合铆钉在使用中仍然存在诸多问题开裂对铆钉的使用寿命产生恶劣影响研究目标系统认识导致铆钉触点开裂的原因，并提出对策从理解铆钉失效机理出发，改善材料和工艺设计，提高铆钉使用性能1引言研究现状电弧对触点的侵蚀损伤得到广泛研究已有研究报道了3种裂纹机制空穴裂纹：材料内部缺陷或使用中产生晶界（相界）滑移裂纹：界面选择性损伤热应力裂纹：电弧造成的高低温循环及热疲劳AgSnO2/Cu铆合界面对开裂研究很少

对裂纹剖面特征的观察和分析较少本研究小组发现裂纹主要分为两大类：AgSnO2层开裂、铆合面开裂1引言研究方法触点损伤表面与剖面结合观察

在剖面上观察裂纹周向及周围组织和成分本研究小组发现裂纹主要分为两大类：AgSnO2层开裂、铆合面开裂2Ag/SnO2相界相关开裂2.1

AgSnO2触点材料组织特征基本工艺：混粉、等静压成形、烧结、挤压、拉拔

组织特点：SnO2颗粒分布均匀，基本达到理论密度，无明显夹杂、偏析及孔隙等缺陷

2Ag/SnO2相界相关开裂2.2复合铆钉AgSnO2层的开裂从损伤表面来看，裂纹与空穴并无明确相关性。

数微米的小空穴显示张开特征，主要由气泡引起

大空穴开口处显示闭合趋势，主要与熔融Ag的流动有关触点表面裂纹气泡造成的小空穴触点表面的大空穴2Ag/SnO2相界相关开裂剖面观察更有利于揭示裂纹的发生和扩展路径，并正确分析其形成原因。垂直于触点表面的裂纹垂直于触点表面的裂纹材料高温熔融、流动形成的裂纹状缺陷2Ag/SnO2相界相关开裂裂纹产生和发展的主要原因是Ag与SnO2颗粒的界面分离，SnO2的微观偏聚也有促进作用。这些弱区也是裂纹转折和分枝的原因。

裂纹尾部，大量分支裂纹头部，沿界面扩展

界面分离，制样时颗粒脱落形成微孔谱图OAgSn132.691.4365.88233.736.1860.092Ag/SnO2相界相关开裂偏聚的添加剂很难真正有效地改善界面润湿性。如果高温下发生分离，其作用也会大大削弱。富Cu颗粒中Sn含量很低

富Sn颗粒中检测不到Cu谱图OAgSn119.2640.5640.18谱图OCuAgSn131.3645.0118.924.71227.1930.6337.844.35326.3334.1735.274.242Ag/SnO2相界相关开裂2.2复合铆钉AgSnO2层的开裂界面开裂原因

界面润湿性（尤其是高温下）未能得到有效改善。

膨胀系数差异导致的界面应力。

电弧对界面的选择性优先侵蚀。危害

减少有效接触面积，增加接触电阻

导致触点表面成分不均匀，加剧材料侵蚀

引起表面剥落3

AgSnO2电接触层/Cu基体界面开裂触点表面观察发现明显的电接触层大块缺失，或者出现很大的空洞。沿这些损伤部位做剖面分析，可以更清楚地认识其原因。电接触层大块缺失电接触层产生大空洞3

AgSnO2电接触层/Cu基体界面开裂铆合界面开裂可能导致触点层剥落。暴露的界面受电弧侵蚀，会粘附大量发生重熔的触点层材料。暴露的Cu表面会发生受高温氧化。复合铆钉界面开裂导致触点层剥落暴露出的界面区域局部放大谱图OCuAgSn110.4885.983.54217.4681.281.273100.0041.3298.6851.2595.373.383

AgSnO2电接触层/Cu基体界面开裂铆合界面的裂纹可能是界面自身开裂，也可能是触点层的裂纹扩展至界面后引起。两种裂纹会出现在同一触点中，裂纹尖端显示相似的界面扩展特征。复合铆钉触点的两种界面裂纹铆合面开裂触点层裂纹扩展3

AgSnO2电接触层/Cu基体界面开裂界面开裂后，裂纹还可继续向Cu基体内部扩展。氧沿着裂纹发生扩散，导致并未直接暴露的Cu发生氧化。触点层裂纹展到界面后，继续深入Cu基体裂纹尖端氧分布铜分布从裂纹扩散进入的氧导致铜氧化O的分布3

AgSnO2电接触层/Cu基体界面开裂界面开裂原因界面结合不良，裂纹直接产生于界面。触点层裂纹扩展至界面，并继续沿界面扩展。危害减小结合面积，Cu氧化，界面电阻持续增大，加速界面破坏。AgSnO2剥落，减少了触点的有效工作面积，妨碍触点有效接触，无法导通；电弧能量过于集中而产生动熔焊接触面温升过高而产生静熔焊。裂纹继续向Cu基体发展，导致基体破坏。4结论1）AgSnO2复合铆钉触点的裂纹分为两类，一类产生于AgSnO2触点层，另一类产生于AgSnO2/Cu界面；后者的危害更为显著。2）AgSnO2触点层裂纹主要产生于Ag与SnO2颗粒界面。AgSnO2/Cu界面裂纹既可以直接产生于界面，也可以由AgSnO2触点层的裂纹扩展至界面而形成。3）AgSnO2/Cu界面产生裂纹后，若裂纹沿界面持