銅線腐蝕斷裂開(kāi)路失效分析典型案例

電磁閥內(nèi)線圈是電磁閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的關(guān)鍵部件，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛且重要。

本文以某電磁閥內(nèi)線圈斷路失效為例，通過(guò)失效確認(rèn)、化學(xué)溶解、物理拆解等測(cè)試方法，分析其失效原因與機(jī)理。

測(cè)試分析

1 失效確認(rèn)

由表1可知，NG1和NG2拆解前為開(kāi)路，OK件阻值約為36Ω。

2 化學(xué)溶解

將NG1與OK1用溶劑侵泡，將外層尼龍去除后測(cè)阻值，表2為化學(xué)溶解前后電阻值。由表可知，NG1溶解前為開(kāi)路，溶解后顯示高阻值，這可能與化學(xué)溶解將斷面絕緣物質(zhì)清理干凈有關(guān)。

圖1為對(duì)溶解后的線路進(jìn)行電阻測(cè)量。由表3可知，NG1異常位置位于繞線內(nèi)，排除電極與銅線接線容易引起的不良。

圖1. 線路測(cè)量示意圖

如圖2，拆開(kāi)線圈時(shí)發(fā)現(xiàn)銅線易折斷，低倍圖下觀察可見(jiàn)銅線漆包線破壞，基材裸露，裸露處可見(jiàn)明顯的腐蝕疏松特征。

圖2. NG1異常位置低倍圖

由圖3可知，銅線發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，橫截面積減小。

圖3. 化學(xué)溶解NG1微觀與能譜圖

由圖4可知，異常處銅基材疏松，為明顯腐蝕特征。腐蝕降低橫截面積，疏松顆粒間表面接觸，顯著增加電阻。

圖4. NG1金相微觀圖

3 物理拆解

對(duì)其他位置斷線斷口進(jìn)行觀察，斷口表面可見(jiàn)藍(lán)/綠色結(jié)晶物，將結(jié)晶物從銅線上取下后進(jìn)行能譜分析，發(fā)現(xiàn)存在Br元素，結(jié)晶產(chǎn)物疑似為CuBr元素有關(guān)的晶體。

圖5. 斷線斷口微觀與能譜圖

4 Br來(lái)源

經(jīng)過(guò)對(duì)透明殼體與藍(lán)色殼體能譜圖分析，殼體內(nèi)可見(jiàn)填充物，其主要元素為Si/Ca/Al/Mg。

由紅外光譜可知，銅線表面油脂為飽和烴類(lèi)油，外殼為尼龍66。

對(duì)外殼進(jìn)行XRF測(cè)試可知，NG1與OK1均檢測(cè)到Br及Sb元素。Br與Sb元素是溴系阻燃劑的特征成分，其中Sb元素是以溴系阻燃劑的協(xié)效劑在塑膠阻燃體系中應(yīng)用。

聚酰胺樹(shù)脂（PA）的鹵-銻阻燃體系中，通常鹵化物的加入量為10-15%，銻化物的加入量為4-6%時(shí)，才具有良好的阻燃效果。其中溴含量偏低，推測(cè)其并不是以阻燃劑加入在樹(shù)脂中，而是以雜質(zhì)元素的形式存在。

由以上分析可知：

銅線發(fā)生腐蝕，腐蝕將導(dǎo)致銅線截面積減小，接觸電阻顯著增加，嚴(yán)重者發(fā)生斷裂開(kāi)路。

斷裂位置存在Br元素，生成綠色的結(jié)晶鹽從顏色看可能為堿式溴化銅物質(zhì)。

檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在藍(lán)色與透明殼體內(nèi)存在微量常見(jiàn)的阻燃劑Br、Sb，推測(cè)可能為回收料混入形成雜質(zhì)元素，造粒時(shí)經(jīng)過(guò)高溫處理，Br以離子分解析出。

銅線發(fā)生腐蝕，除Br離子外，還要有空氣、水等離子電解質(zhì)的載體。銅基材與含Br離子的電解質(zhì)接觸，其表面漆包線需要發(fā)生破裂，這也是腐蝕位置僅局部發(fā)生的原因。當(dāng)銅線處表面形成一層含Br離子電解液膜時(shí)，銅發(fā)生電化學(xué)溶解，形成Cu+，生成高阻抗腐蝕產(chǎn)物。

總結(jié)：

銅線發(fā)生Br腐蝕是電磁閥內(nèi)線圈斷路的主要原因，漆線局部損傷加快失效。

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