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嘉峪檢測網 2021-12-10 23:26
引言
銀基合金由于具有優良的導電性和導熱性，良好的焊接性和耐蝕性等特點，被廣泛用作繼電器的電接觸材料。由于電磁繼電器在服役過程中受到強烈的沖擊和振動，因此繼電器上的簧片要求具有極高的可靠性。Ag-Mg-Ni合金具有高彈性和高抗蠕變性而被廣泛應用簧片材料，但簧片斷裂失效是經常遇到的問題，目前對于簧片相關的失效原因和失效機理尚無公開發表的文獻。
來自工信部電子五所分析中心的研究人員系統地分析了繼電器簧片的斷裂失效原因和材料的微觀組織，探討了斷裂失效的根本原因和沿晶斷裂失效的機理。相關論文以題為“Failure analysis of an Ag-Mg-Ni reed in a relay inaircraft applications”發表在工程技術領域頂刊《Engineering Failure Analysis》。
研究發現電磁繼電器中的簧片斷裂位置在簧片和固定片接觸的區域，為服役中的應力集中點?；善牧蠟锳g-0.17Mg-0.15Ni牌號，經過鑄造、軋制和內氧化制成。
圖1 (a) 繼電器的結構示意圖；(b) 失效簧片的整體形貌
1 化學成分
采用ICP-OES測試正常簧片和失效簧片的化學成分，兩個樣品的成分基本符合技術要求，失效簧片的Ni含量接近技術要求的上限。
表1簧片的化學成分結果(wt.%)
2. 斷口形貌
簧片的斷裂模式為沿晶斷裂，對裂紋源、裂紋擴展路徑和沿晶二次相進行表征，沿晶斷口中的顆粒相為Ni顆粒和Ni的氧化物。根據二次相的成分，斷口上較大的二次相顆?？赡苁荖i顆粒，而較小的可能是NiO顆粒。
圖2 簧片的斷口形貌
表2二次相的主要成分(at.%)
3. 微觀組織
3.1 截面的晶粒尺寸
失效簧片橫截面上的晶粒分布極不均勻，近表面的晶粒均勻細小(5-10μm)，心部存在異常大的晶粒(100-200μm)，根據晶粒尺寸的統計信息，失效品的大尺寸晶粒數量明顯多于未失效品。
圖3失效簧片的微觀組織
圖4 (a)和(b)未失效簧片的微觀組織; (c)和(d)未失效簧片和失效簧片的晶粒尺寸統計
3.2 二次相顆粒
失效簧片上二次相顆粒尺寸從幾微米到20微米不等，此外還觀察到一個異常大的顆粒，尺寸近50μm，顆粒含有92%的Ni和8%的O(at.%) ，表明合金組織存在嚴重的Ni偏析。值得注意的是，異常大的顆粒周圍存在微裂紋。
圖5 失效簧片中的二次相的微觀形貌
4. 顯微硬度
失效簧片橫截面的維氏硬度呈“V”字型，晶粒尺寸越大，硬度值越小，與微觀組織結果對應，但是整體硬度值低于技術要求。
圖6失效簧片的晶粒尺寸與硬度分布的關系
5. TEM表征
FIB樣品中可觀察到沿晶分布的大量納米顆粒，顆粒的尺寸從幾個納米到幾十納米不等，顆粒斷續分布在晶界上?；w上Mg和O分布均勻，有一些富Ni的小顆粒。
圖7 (a)和(b) FIB樣品的SEM圖片；(c)和(d)晶界處的納米析出相
圖8高角度暗場圖像和Ag、Mg、Ni和O元素分布
綜合以上分析，由于合金中嚴重的Ni偏析，使得微觀組織不均勻，且心部組織存在異常粗大的晶粒，導致簧片的整體力學性能低于技術要求。同時，Ni偏析形成大尺寸的Ni顆粒，促進了合金中微裂紋的產生。此外，晶界上分布的大量納米顆粒，使得晶界弱化，最終導致簧片發生沿晶斷裂。本研究對內氧化Ag基電接觸材料的微觀結構表征和失效分析具有重要的指導意義。
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