Серебрить или золотить электрические контакты?

Гальваническое покрытие контактов является одним из наиболее важных процессов, используемых сегодня в современном производстве. Благодаря Интернету вещей (IoT) подключается все больше устройств, обеспечивающих мгновенный доступ к информации и данным. Однако эффективность и надежность любого электрического устройства в значительной степени зависит от качества соединений и, в частности, от покрытия, используемого на разъеме или контакте. Правильно выбранный металл покрытия является ключом к обеспечению надежной работы устройства, в то время как неправильный выбор может негативно повлиять на производительность, полезность и долговечность электрического компонента.
Когда дело доходит до выбора гальванопокрытия, в первую очередь рассматривают два самых распространенных вида - серебрение и золочение, которые обеспечивают высоконадежные и проводящие электрические соединения. Однако у них есть свои преимущества и недостатки. и серебрение, и золочение, придают медным контактам высокую проводимость и устойчивость к коррозии, но серебро со временем образует сульфидное соединение (тускнеет), а золото является намного более дорогостоящим вариантом.
В этой статье мы обсудим разницу между посеребренными и позолоченными контактами и разъемами и то, когда одно покрытие может быть предпочтительнее другого.

Преимущества гальванического золочения контактов

Золото - это благородный (нереактивный) металл, который может повысить производительность контактов в различных электрических соединениях. Преимущества использования золочения при производстве контактов включают:

Превосходная коррозионная стойкость

По сравнению с другими металлами, устойчивость гальванического покрытия золотом к окислению или коррозии чрезвычайно высока. В ситуациях, когда контакты разъема могут подвергаться воздействию агрессивных веществ, золочение, выполненное гальваническим способом, может служить эффективным барьером от окисления и коррозии. В результате, покрытые золотом разъемы являются отличным выбором для агрессивных сред применения, где контакты подвергаются вредному воздействию.
Позолоченные разъемы применяют в условиях повышенной влажности и частых изменений температур, а также при воздействии агрессивных солей или кислот. В последнем случае может потребоваться более толстое или даже двойное золотое покрытие, чтобы обеспечить достаточное перекрытие возможных пор, тем самым формируя эффективный барьер для коррозии.

Высокая электропроводность

Помимо серебра и меди, золото является третьим по электропроводности металлом в мире. Однако на позолоченной поверхности не образуются оксиды или другие соединения, поэтому она сохраняет свою высокую проводимость даже при повышенных температурах или воздействии агрессивных сред. Высокая проводимость золотого слоя обеспечивает стабильный ток даже при очень низких напряжениях, что делает гальваническое золочение приоритетным покрытием для контактов электронных устройств, где милливольты передают миллиамперы.

Высокая износостойкость

Гальваническое золото может быть легировано небольшим количеством никеля или кобальта для повышения твердости от 90 HK (чистый металл) до 200 HK. Это "закаленное "покрытие обычно называют твердым. При нанесении покрытия достаточной толщины (> 50 мкм) на никелевый подслой твердое золочение может обеспечить долговечное покрытие для многократных циклов подключения контакта. Оно не подвержено истиранию благодаря своей естественной смазывающей способности.

Пластичность

Поскольку золото является очень ковким металлом, оно подходит и для гибких контактов, и для пружин. Пластичность нанесенного золотого покрытия увеличивает количество циклов работы контакта. Однако для гибких позолоченных электрических разъемов или пружин требуется подходящий материал в качестве подслоя под основное покрытие. Обычно рекомендуется использовать химический никель, например из сульфаматного электролита.

Хорошая паяемость

Гальваническое золочение отлично подходит для формирования надежных паяных соединений и обеспечивает постоянное и равномерное обезжиривание при использовании только мягкого канифольного флюса без кислотной активации. Золочением можно покрыть практически любой металл, включая клеммы или контакты из нержавеющей стали, чтобы обеспечить последующее соединение с помощью пайки. Как правило, для формирования надежного паяемого позолоченного контакта требуется лишь тонкий слой мягкого золота толщиной 0,25 мкм.
При пайке позолоченных поверхностей, гальваническое покрытие диффундирует в паяное соединение с помощью механизма, называемого полупроводниковой диффузией. Из-за этого явления следует соблюдать пропорции содержания золота в паяемом соединении, его вес не должен превышать 3% от общей массы соединения, иначе это может вызвать охрупчивание внутри самого соединения. Как правило, для соблюдения этого баланса достаточно произвести золочение толщиной до 1 мкм.

Немагнитность

И наконец, золото не является магнитным металлом. Это приносит пользу в ситуациях, когда электромагнитные поля могут создавать помехи. Например, гальванически позолоченные контакты могут быть пригодны для разъемов, используемых в медицинском оборудовании, таком как, например, сканеры магнитно-резонансной томографии (MRI).

Промышленное применение покрытых золотом разъемов и контактов

В большинстве электронных устройств, которыми мы пользуемся каждый день, используются контакты или клеммы с нанесенным гальваническим способом золотым покрытием. В дополнение к привлекательному внешнему виду, гальваническое золочение обладает несколькими ключевыми свойствами, которые делают его незаменимым процессом обработки изделий во многих отраслях промышленности.
Золото выполняет важную функцию по поддержанию эффективной работы электронных компонентов и устройств в течение длительного времени. Его можно найти в сотовых телефонах, настольных компьютерах и ноутбуках. На каждые 10 000 смартфонов приходится около 300 гр золота, а в 10 000 компьютерах содержится примерно 7,5 кг.

Преимущества серебрения контактов

Подобно золоту, серебро является драгоценным металлом, который обеспечивает высокую токопроводящую поверхность, образуя эффективный барьер для коррозии. Основное преимущество гальванического серебрения заключается в том, что оно дешевле золочения, что обеспечивает более широкий диапазон применения и возможность нанесения покрытий большей толщины, чем в случае с золотом. Основным недостатком серебрения, выполненного гальваническим способом, является то, что оно с серой, присутствующей в атмосфере, образует соединение сульфида серебра, который со временем может повлиять на электропроводность осажденного покрытия.

Высочайшая электрическая и теплопроводность

Из-за своей высокой электропроводимости серебро является идеальным металлом для гальванических покрытий в сфере передачи электроэнергии высокой мощности. Из-за более низкой стоимости, серебрение медных или алюминиевых шин большого размера не является чрезмерно дорогостоящим мероприятием и обеспечивает очень надежное покрытие, которое противостоит окислению и обеспечивает низкое контактное сопротивление.
Помимо электричества, покрытые серебром поверхности также являются отличными проводниками тепла, что позволяет изделиям, пропускающим большое количество энергии, естественным образом регулировать температуру, предотвращая окисление основного металла.

Защита от коррозии

Как и золото, серебро является драгоценным металлом, который может создавать эффективный барьер для коррозии. Из-за более низкой стоимости, серебрение можно выполнять до большой толщины. Покрытие 25 мкм , образует практически беспористый барьер для коррозии. Нанесение серебра поверх электролитического или химического никелевого подслоя, еще больше повышает общую защиту от коррозии.
При нанесении покрытия на медные или алюминиевые шины серебро образует эффективный барьер, предотвращающий образование соединений или оксидов в исходных материалах. Это устраняет увеличение контактного сопротивления или термических перегревов в проводнике с течением времени.

Превосходная смазывающая способность

Серебро - это натуральная металлическая смазка, которая обеспечивает превосходную смазывающую способность даже при экстремальных температурах. Гальваническое серебрение это отличный выбор для покрытия таких изделий, как высокотемпературные резьбовые или скользящие контакты, где истирание может быть проблемой. Серебрение часто используется для покрытия нержавеющей стали и других жаропрочных сплавов для предотвращения заедания движущихся или резьбовых деталей в турбинных двигателях или турбонагнетателях, где температура может превышать 700 °С.
Покрытия серебром обеспечивают превосходную смазывающую способность при скольжении переключателей контактов, включая накладки предохранителей или штыревые разъемы, а также разъемы высокого давления. Использование никелевой подложки может дополнительно повысить смазывающую способность и износостойкость серебряного гальванического покрытия контакта или разъема.

Промышленное применение покрытых серебром контактов

В промышленных условиях превосходные электрические, тепловые и смазывающие свойства гальванического серебрения обычно используются при коммутации электропитания. Благодаря своей относительно низкой стоимости и хорошей проводимости, отличной смазывающей способности и коррозионной стойкости серебрение подходит для широкого спектра промышленных изделий. Гальваническое покрытие серебром имеет больше применений, чем покрытие любым другим драгоценным металлом. Во многом это связано с низкой стоимостью серебрения по сравнению с другими драгоценными металлами, такими как золото, платина, палладий или родий.
Гальваническое серебрение широко используется в различных отраслях промышленности и в широком спектре электротехнических изделий, включая:

• Передачу и распределение электроэнергии -
  шинопроводы, реле, токообменники, выступы предохранители, штыревые разъемы, разъемы питания, разъединители
• Электромобили -
  стационарные и подвижные разъемы, реле, силовые инверторы, шинопроводы, контакты и гнезда зарядных разъемов
• Электроника -
  клеммные контакты и гнезда, паяльные площадки, наконечники питания
• Подшипники и трансмиссия -
  упорные шайбы и высокотемпературные подшипники, коррозионностойкие крепежные детали и контргайки для турбинных двигателей и турбокомпрессоров

Рост производства в таких сферах, как электромобили и электроника, делает будущий спрос на гальваническое серебрение очень высоким. Прогнозируется, что спрос на покрытие серебром продолжит экспоненциально расти в ближайшие годы.

На какие металлы производится серебрение и золочение

Перед серебрением и золочением на деталь обычно наносится подслой из другого металла, для обеспечения повышенной коррозионной стойкости, создания структурной основы для последующего покрытия драгоценными металлами, улучшиения общей проводимости и предотвращения диффузии таких элементов, как цинк, из подложки в конечный слой драгоценного металла. Ниже представлены покрытия, используемых в качестве подслоя перед серебрением или золочением:

• Меднение
  Нанесение медного подслоя является превосходным решением для эффективной герметизации металла изделия, увеличения адгезии, электропроводности и защиты от коррозии. Медь также является очень пластичной, что делает меднение подходящим покрытием для пружинных или обжимных разъемов. Медное покрытие, в качестве подслоя перед серебрением и золочением, может быть нанесено на изделия из большинства, используемых в гальванической обработке, металлов.
• Электролитическое никелирование
  При гальваническом серебрении и золочении изделий из меди и медных сплавы, такие как латунь или бронза, элементы металла детали, такие как медь и цинк, со временем могут мигрировать в золотое и серебряное покрытие, образуя промежуточный эвтектический слой. Этот слой снижает адгезию, проводимость и паяемость нанесенного слоя серебра или золота. Электролитическая никелевая подложка образует эффективный диффузионный барьер между деталью и покрытием из драгметалла.
  Кроме того, электролитическое никелирование обеспечивает прочную структурную основу для последующего гальванического серебрения или золочения, повышает износостойкость и обеспечивает барьер для коррозии. Некоторые виды никелирования, такие как сульфаматный никель, обеспечивают хорошую пластичность и могут использоваться для пружинных или обжимных контактов. Наконец, электролитический никель имеет очень высокую температуру плавления, что делает его лучшим выбором покрытия для применения при высоких температурах.
• Химический никель
  Химическое никелирование повторяет многие из вышеперечисленных преимуществ электролитического никелирования, включая диффузионный барьер, структурную основу и повышенную коррозионную стойкость. Однако дополнительным преимуществом химического никеля является исключительная равномерность нанесенного слоя, и поэтому им можно покрывать сложные детали без негативного влияния на допуски размеров.
  Химическое никелевое покрытие также обладает повышенной смазывающей способностью и твердостью по сравнению с традиционным электролитическим никелем, а химический никель с высоким содержанием фосфора является немагнитным металлом, но в то же время имеет пониженную, относительно чистого никеля, температуру плавления и поэтому его не следует использовать при экстремально высоких температурах. Кроме этого, химникель имеет низкую пластичность и поэтому не рекомендуется для подслоя перед серебрением и золочением гибких и обжимных контактов.

Подведем итог

Выбор подходящего покрытия для разъемов и контактов является ключевой частью производства надежного изделия, который может повлиять на его качество, производительность, долговечность и стоимость. Серебрение и золочение являются высококачественными покрытиями из драгоценных металлов, но они обладают разными уникальными преимуществами и недостатками, которые следует учитывать, прежде чем выбрать конкретное гальванопокрытие.
Приведенная выше информация представлена в качестве общего руководства при рассмотрении вопроса о выборе между серебрением и золочением для покрытия контактов и разъемов. Существует множество дополнительных соображений, специфичных для каждой детали, которые выходят за рамки данной статьи.