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コネクタの劣化メカニズムについては、引き続き検討し、議論していきたい。この記事では、貴金属接触システム、特に金メッキ界面における腐食が接触抵抗に与える影響に焦点を当てます。金めっき層の下のニッケル下層の重要性と金めっきコネクタの性能向上に対する利点について議論することが重要です。第1編では、接触界面の凹凸モデルを紹介したが、便宜のために第1編の図1と図2を振り返る。凹凸モデルの重要なポイントは、接触点が小さく、直径がマイクロメートル程度であり、界面接触領域に分布していること、および噛み合わせ時の変形によって生じる接触領域であることです。接触界面を通過する電流は凹凸のある接触点を通過しなければならないので、収縮抵抗と呼ばれる抵抗が発生する。収縮抵抗の大きさは、すべての凹凸接点が電気的に平行であるため、凹凸接点の数、大きさ、分布等に依存する。凹凸の接触界面の全てが金属対金属、例えば金対金または錫対錫である場合には、理想的な状況であっても収縮抵抗が存在する。凹凸界面のいずれかが腐食層や汚染物質で覆われていると、収縮抵抗が増加する。これは腐食がコネクタの劣化の大きな原因である理由です。腐食や汚染によって凹凸のある接触面または凹凸のある接点が失われると、接触界面抵抗が増加し、これはコネクタの故障を引き起こすのに十分である可能性がある。
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さて、金メッキコネクタの腐食について話しましょう。よく知られているように、金は貴金属であり、言い換えれば腐食しない金属である。この特性のため、黄金は宝飾品に広く使用されています。この特性はありますが、金めっきコネクタが腐食しにくいことを意味するわけではありません。コネクタは電気機械システムであり、コネクタは機械システムを通じて電気性能を提供します。機械システムの2つの分離システムは、嵌合と接触などが必要です。金メッキコネクタは、金メッキ表面と銅合金材料上のニッケル下層（接触面を最適化するため）などで構成されています。銅合金材料はコネクタの嵌合に必要な弾力性を提供する。システム中の腐食源は銅合金材料である。銅は酸素、硫黄、塩素などと化学反応を起こし、これはコネクタの応用環境でよく見られる現象です。したがって、腐食感受性に関しては、コネクタ設計において、銅腐食をどのように除去または減少させるかを解決し、腐食を形成する物質がコネクタ接触界面に配置されないようにする必要がある。これは理論的には簡単ですが、実践的には挑戦です。コネクタメーカーがコネクタを5ミクロンの金で完全にめっきすると、コネクタに腐食の問題はありません。しかしながら、コストの理由から、ほとんどのめっき層は0.25~0.75ミクロンであり、通常は接触界面のみでめっきされている。コスト因子を考慮すると、コネクタ材料として銅材を選択するのが一般的である。選択めっきやその他の製造プロセスにより、銅が露出したり、エッジ銅が露出したりする可能性があります。金メッキに欠陥がある場合、薄いメッキ層は潜在的な銅露出を引き起こす可能性があります。これらの腐食源に加えて、コネクタの接続使用期間中の金メッキ層の摩耗や、使用中の接触界面の外乱なども考慮する必要がある。これらの問題はすべて通常無視され、ニッケル下地層の金メッキコネクタは正しく評価する必要があります。
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コネクタ内部の問題は、まずめっき層の厚さに起因します。図2は、ニッケル下地層の有無で金メッキ表面の状況の変化を簡単に説明している。金メッキ中の欠陥は銅合金材料の露出につながります。めっき欠陥には、穴、傷、めっき前の汚染による不完全なめっきなどが含まれます。これらすべての欠陥の潜在性は、めっき層の厚さが減少するにつれて増加する。これらのめっき欠陥の存在を考慮すると、露出した銅合金は適用環境と反応し、形成された腐食生成物はめっき表面に入り込むことができる。簡単な例として、図2および図3に示す銅硫黄腐食製品が金属表面上で移動またはクリープすることを示す。図2は、腐食生成物が空孔部位の壁に沿って表面に移動することを示している。図3金メッキ銅合金表面の腐食移動リングの顕微鏡写真である。接触界面に図3に示す腐食生成物のループが含まれている場合、界面抵抗はある程度変化する可能性が高い。しかしながら、ニッケル下層の使用は腐食を抑制するとともに腐食クリープを低減することができる。ニッケルは非常に薄い不活性で不活性酸化物を形成し、不活性で不活性酸化物を形成します。実際、ニッケルは欠陥部位の下層をパッシベーション化しているので、表面に腐食物が移動しない。
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関連する厚さのニッケル底層には、拡散防止障壁としてのもう一つの利点がある。銅は金を通して容易に拡散し、拡散した銅が金メッキ表面に到達すると表面に腐食膜を形成し、金メッキ金属表面の接触を妨げる可能性がある。ニッケル下地層を含む銅の拡散速度ははるかに遅く、ニッケル下地層は通常、金めっき層よりも厚いため、金表面への銅の拡散速度は著しく低下する。拡散速度は温度が増加するにつれて増加するため、コネクタが高温のアプリケーション環境で使用されている場合、ニッケルの利点はより明らかになります。ニッケルのパッシベーションおよびマイグレーション抑制特性は、選択めっきにとっても有益である。銅合金材料が接触界面の選択的金メッキの前に全体的にニッケルメッキされた場合、表面およびエッジ腐食（および接触界面に関連する腐食クリープ）は最小限に抑えられる。これらの問題に加えて、摩耗によるめっきに対する潜在的な腐食効果もニッケル下層の特性によって影響される。前述したように、コネクタの組み合わせ使用期間中に機械的または熱膨張駆動力等による接触界面の微動が発生し、接触界面が損傷する。ニッケルは摩耗を減らす因子として2つの利点がある。1つ目の利点は、前述したニッケルのパッシベーションおよびマイグレーション抑制特性である。金の摩耗とニッケルの底層の露出は関連する腐食の弱体化を招くことはありません。暴露されたニッケルは接触抵抗の増加を引き起こす可能性があるが、この増加の大きさは腐食効果によるものよりはるかに小さい。第二の利点は、接触めっき層の耐摩耗性を向上させることである。摩耗の影響については後続の記事でより詳しく説明します。ここでは、ニッケル下層が接触めっき層の有効硬度を高めることが分かれば十分である。コネクタに使用されるゴールドメッキは一般的にハードゴールドと呼ばれ、硬度は約200ヌップです。ニッケル下地層の硬度は、一般的に400ヌープ以上である。したがって、表面硬度が高くなるにつれて、めっき層の有効硬度が高くなり、摩耗率が低下する傾向がある。コネクタの性能に対するニッケル下層の重要性を考慮すると、どのようなニッケル厚が必要ですか？金めっきコネクタの典型的なニッケル厚さは、1.25~4.0 μ mの範囲にあります。下限は要件を満たすのに十分な厚さを確保することであり、上限はコストや機械的要因などを考慮することである。コストの問題は、より多くのニッケルは、より多くのめっき時間と材料コストを意味するためです。機械的な考慮はもっと複雑です。ニッケルめっきの厚さが大きくなるにつれて、ニッケルの延性が低下し、めっき層の粗さが大きくなる傾向がある。延性の低下は、めっき層の割れを引き起こし、粗さが増加し、気孔度や摩耗性能が低下するなどの原因となる。要するに、金メッキコネクタシステムにおけるニッケル下層の重要性は強調しすぎない。ニッケルのパッシベーション特性は、接触材料銅表面の腐食生成物の形成と移動を遅らせる上で重要な意義を持っている。また、ニッケルは、接触界面の下地層金属の移動を防止する拡散防止バリアを提供する。ニッケルの硬度は、金メッキ接触システムの耐摩耗性の向上、耐用年数の向上、耐フリッティング摩耗などに非常に重要な意義を持っている。これらの利点を考慮すると、金めっきコネクタはニッケルめっき下地層を指定する必要があります。
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