Elektrifiering kräver tillförlitliga elektriska kontakter
Termoelement ≈ 1 mV ≈ 0 mA
Smartkort 1,8 V 30 mA
USB 5V 500 mA
Högspänningsbrytare 400 000 V 1 000 A
Det finns ett stort behov av alla typer av elektriska kontakter som ska kunna hantera allt i från väldigt låga till väldigt höga spänningar och strömmar både i AC och DC såväl som komplexa telekom-signaler. Kontakterna utsätts dessutom för olika yttre påfrestningar beroende på vilken miljö de används i.
J
önköping University anordnade tidigare i år ett webbinar med titeln ”Elektrifiering kräver tillförlitliga elektriska kontakter”. Professor Peter Leisner från JTH och Anders Skalsky, vd för Provexa Technology, berättade om olika problem och aspekter kring elektriska kontakter och tillhörande ytbehandlingar. Peter Leisner inledde webbinariet genom att beskriva de stora skillnaderna mellan olika typer av elektriska kontakter. Det finns kontakter som arbetar med mycket svaga spänningar och strömmar som till exempel termoelement vilka arbetar med spänningsskillnader runt 1 mV. Den andra ytterligheten är kraftöverföring som ska hantera spänningar på 400 000 V och ska klara strömmar på 1 000 A och därmed ställer helt andra krav på kontakter. Vilket typ av kontakt det är har också betydelse. En stationär kontakt som bara lösgörs i samband med service och underhåll är lättare att hitta bra lösningar till än glidande och växlande kontakter. Genom att studera kontaktytor i detalj ser man tydligare de problem som kan uppstå. På grund av ojämnheter i ytorna är den verkliga kontaktarean betydligt mindre än den nominella. Andra problem är närvaro är oxider på ytan samt olika typer av föroreningar. Det medför att kraften som de båda kontaktytorna pressas samman med har en avgörande betydelse. En viktig parameter är också den så kallade fritting-spänningen, som är den spänning som krävs för att bryta ner oxidskikt på kontaktytan. För många material är den spänningen i storleksordningen fem volt. Materialval för kontakter
är kritiskt både med avseende på egenskaper och kostnader. Ett exempel på det senare är när Lucent Technologies sparade över 100 miljoner dollar år 1995 genom att gå över från guld till en nyutvecklad beläggning baserad på palladium. Glädjen blev tyvärr kortvarig eftersom det kort därefter blev en kraftig prisuppgång på palladium samtidigt som priset för guld sjönk.
påverkan genom bland annat korrosion. Sammantaget innebär det att kraven på ytor för elektriska kontakter är stora. Anders gick igenom olika materialkombinationer och lyfte fram för- och nackdelar med olika alternativ. Han betonade även att material som kolfiber och grafen kan ge upphov till galvanisk korrosion i kombination med andra material. Dessutom är det viktigt att
28
5 µm
Ni
Ni
Cu
Cu
Cu
Sliding contact
Low voltage, signals
Low voltage, signals
Ag
Low voltage, signals Soldering, wirebonding
High voltage and current
Sn
High voltage
Higher voltage Few matings
Higher voltage
Common contact coatings
AuCo Ag
Au
AuCo
PdNi
Ni
NiP
Ni
Ni
Rh
Cu
Cu
Cu
Cu
Ni
Vanliga ytbehandlingar för elektriska kontakter vid olika tillämpningar.
Anders Skalsky och Provexa Technology driver olika projekt kring ytbehandling och elektrifiering. Problem som kunderna upplever i samband med elektriska kontakter är en komplex blandning av olika faktorer. Uppvärmning ger en termisk expansion och kan dessutom ge en förändrad mikrostruktur på materialet. Vibrationer kan innebära mekaniska påfrestningar och dessutom sker en kemisk
vara medveten om att förnickling inte är ett entydigt begrepp utan kan innebär skikt med varierande egenskaper. Det kan även gälla skikt som direkt efter ytbehandling har samma elektriska egenskaper men där det efter till exempel termisk påverkan förändras på helt olika sätt. Det är alltså viktigt att specificera val av ytbehandling på ett korrekt och tydligt sätt. TEXT: YTFORUM
