IEC 68-2-46 試驗方法Kd之指引：觸點及連接物的硫化氫試驗

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IEC68-2-46試驗方法Kd之指引：觸點及連接物的硫化氫試驗IEC68-2-46GuidancetotestKd：Hydrogensulphidetestforcontacts
andconnections前言

觸點(contacts)及連接物(connections)的性能在其使用壽命中是否令人滿意，需靠許多參數而定，其中一部份由設計(型態、材料、受力等)決定，其他則和工作環境有關。關於環境的影響，特別需要注意的是大氣中的微量污染物。
在許多環境中存在的微量硫化氫很容易使銀與它的一些合金產生變色(tarnishing)，此種變色產物的顏色是昏暗的且含有大量b型硫化銀。
可分離式電氣連接物若使用上述金屬為接觸材料，則可能產生接觸電阻與接觸雜訊增加的後果。

• 大氣中的硫化氫

硫化氫係植物(vegetation)、土壤、死水(stagnantwater)及動物排泄物中的硫酸鹽(sulphate)經細菌分解後演變而來。在大氣中，它很容易被氧化成二氧化硫且經雨水帶至地面。在某些好氧性(aerobic)土壤中，特定的細菌將二氧化硫轉換成硫酸鹽。當腐敗的有機物產生厭氧性條件時，硫還原菌(sulphatereducingbacteria)轉換硫酸鹽成硫化氫完成整個循環，此為大氣中硫的主要來源，亦為空氣中普遍的污染物。
當二氧化硫未經雨水沖洗時會在大氣中累積，在市區燃燒石化燃料亦使二氧化硫進入大氣中，其含量可能是硫化氫的10倍到1000倍，此為造成腐蝕的主要原因。以相同濃度比較，硫化氫的腐蝕性較二氧化硫強，特別是對銀及銅而言(參考IEC68-2-42試驗方法Kc:觸點及連接物的二氧化硫試驗)。
雖然硫循環主要來自硫化氫的自然轉變過程，但工業生產亦提供一部份來源。煉油廠、化工廠及瓦斯工廠均是可能的來源。一般文獻記載，大氣中之濃度為1ppb～30ppb(partsin109byvolume)。但在很多地區，其峰值超過此值，且接近污染源處其濃度更高。表1為硫化氫濃度量測值的統計分布。表2則列出某些地區硫化氫濃度量測值。這種濃度位準已足夠使銀自然產生變色。
除非高濃度與高濕度，二氧化硫對銀的效應不大，且實際上很少發現其造成產品變色。兩種最常見的有機硫污染物：甲硫醇(methylmercaptan)及二硫化碳(carbondisulphide)完全不會使銀變色。而一些有機硫的衍生物如硫磺氣雖會使銀變色，但在環境中僅存在少數地區。

試驗目的及範圍

• 觸點及連接物的類型

因為本試驗特別適用於特定類型的觸點及連接物(熔接、焊接者除外)，所以有必要對這些類型的觸點及連接物作一簡短的描述。
觸點及連接物可以分為永久性的(permanent)及暫時性的(temporary)二類，均係利用外力使金屬表面結合。
對永久性連接物，外力通常大到引起金屬永久變形，且可能發生局部熔接現象。此類連接物在其壽命中不進行通路/斷路切換。永久性連接物的例子有捲縮式(crimp)及纏繞式(wrap)接點。
至於暫時性連接物，使金屬接觸的外力相對較小，且設計成可在其壽命中進行非常多次的通路/斷路切換。暫時性連接物的例子有接頭、開關及繼電器。暫時性連接物中與他物進行接觸的金屬區域在某些情況下被視為觸點。
觸點及暫時性連接物中的接觸區域係根據使用狀況由各種金屬製成。除貴金屬(preciousmetals)外，大部份金屬均會在大氣中腐蝕。接觸材料腐蝕會導致接觸電阻增加。因為大量使用貴金屬成本太高，所以通常會使用貴金屬合金或在接觸材料的基材上加上貴金屬或其合金的塗層。
永久性接點在正常狀況下不使用貴金屬，所以外表面必會遭到硫化氫的腐蝕。但正常設計之捲縮式及纏繞式接點，由於冷焊(coldweld)及高壓的緣故，在接觸表面並不會發生腐蝕。然而，製造不良或因溫度循環而變弱的接點，腐蝕性氣體會穿透到接觸區域而導致接觸電阻增加。

試驗目的

本試驗法用來評估銀及其合金產生變色的影響。雖然對含銀合金觸點之元件僅完成有限試驗，但對銀而言，大部份已經由實驗室及實地試驗所確認。
當相同的變色試驗應用於不同接觸材料的試件時，試驗條件可依不同加速需求提高，但需豐富的經驗及實驗以便評估試驗結果。銀及鈀的接觸合金可用來說明試驗是否適合及何處須注意。

當試驗含有銀合金及銀與其他金屬一同使用的觸點及連接物時，本試驗法對銀與貴金屬合用所得結果較含大量基材的銀合金所得結果符合實際。下面有幾個情況可當作例子：

• 金質觸點大都不受本試驗法影響。
• 在銀上包覆金材的觸點或緊靠銀材旁邊的金質觸點，會因硫化銀潛變(creeping)而受影響。此二者之效應與實況相符。
• 由於形成硫化銅，所以銅及高百分比含銅的合金(如磷青銅或黃銅)在本試驗法中會嚴重變色。然而，因為氧化物之形成會抑制硫化物成長，所以此形態之變色在實際上並不顯著。因此，如果變色行為須模擬自然發生情形時，本試驗法並不適用。

試驗參數

本試驗法主要對象是由銀及銀的合金製成之觸點及連接物，其失效與否係依據接觸電阻來研判。因此，試驗條件必須使試件產生一變色層，且其對接觸電阻的影響須與自然生成之變色層相似。同時，試驗條件亦須加速變色層的成長。但很不幸地，這兩個需求是互相衝突的，因為快速生成的變色層與自然生成者相較，質地較軟且黏著性較低。因此，在利用提高濃度、濕度以加速試驗及模擬實際接觸電阻行為之間必須作一妥協。
目前試驗係在與實際接觸電阻行為不違背之前提下使用最高硫化氫濃度與相對濕度。

試驗之主要參數如下：

• 硫化氫濃度
• 相對濕度
• 溫度
• 氣流速率
• 試驗時間
• 照明
• 硫化氫濃度

對銀的經驗顯示，超過15ppm後硫化氫附著物變得較軟而與實際不符。事實上，變色的速率對硫化氫濃度並不十分敏感。所以使用較高的濃度並沒有什麼好處。

而濃度太低會由於裝備產生吸附作用(adsorption)以及試件周圍局部空氣速率的影響而產生執行困難。對某些類型試件而言亦會使得加速作用太低。

• 相對濕度

變色反應對微小的濕度改變是相當敏感的。經驗顯示，相對濕度低於70%時較少發生腐蝕，而相對濕度大於85%時，變色速率快速增加，但變色產生之附著物與實際狀況所發生者相比一點也不具代表性。一般認為在相對濕度85%時會發生毛細管凝結(capillarycondensation)現象，可觀察到如倒立鐵釘狀之硫化銀生成。由於這個緣故，相對濕度在整個試驗過程中必須依規定小心控制。任何精度足夠且可依規定之容差提供相對濕度量測的方式，均可用來做試驗之量測方法，乾濕球方法已被證實可行。

• 溫度

溫度超過30℃時腐蝕機制有改變的趨勢，但較低的溫度又會造成試驗時間太長。所以25±2℃是最適當的折衷方案。試驗中溫度須精密控制以使相對濕度保持在規定容差內。

• 氣流速率

試驗箱內須以連續氣流使硫化氫濃度維持一定，且氣體在經試驗箱內吸附表面吸收後不可有空洞現象。利用移動試件或是攪動試驗箱內空氣，使通過試件的氣流相對速率控制在規定範圍內是有必要的。這是要避免空氣中的穩定氣阱(pocket)造成試驗箱內局部空洞現象。試驗過程中必須小心的處理以確保在箱內試件周圍產生氣流，且確定試驗箱不會過度擁塞。這些措施都是為了要確保試驗過程中試件承受均勻的試驗條件。

• 試驗時間

試件變色及觸點退化情形與試驗時間並不是成比例增加，但試件暴露在試驗氣體中因而變色及觸點退化情形仍隨暴露時間增加而增大。因此，不同嚴厲度的試驗可利用延長暴露時間來達成，詳如第5節說明及圖1所示。

• 照明

照明良好時，銀的變色速率較快。所以試驗中對照明須做規定。此照明位準可經由使用丙烯酸樹脂(acrylicresin)製造之試驗箱達成(可避免陽光直射但有一般自然光或人工照明)。

試驗條件需要精密控制以確保試驗結果的重複性。其中特別重要的是相對濕度及溫度。試驗過程中須連續或經常性的監測，以確保試驗參數維持不變。

試驗嚴厲度

原則上要在試驗條件中附加一個唯一的加速因子是不可能的。因為加速的產生會依試件結構、材料及其使用條件不同而異。在此所給之指引是依據到目前為止所得經驗而訂，隨著試驗發展而累積經驗將使本指引更趨完整。當評估試驗結果或在特別情況下選擇試驗時間時，須做下面的考量。
假如接觸表面未保護或封裝且暴露在循環氣體中，則增加空氣中的硫化氫濃度對變色速率的影響相對較小。將濃度由0.01ppm(自然發生)提高至15ppm(試驗濃度)可使變色速率最多提高10倍。圖1為同型試件在上述條件的實驗室試驗與實地試驗比較結果。很明顯的，這些試件以目前試驗法所得的加速情形與一些嚴厲的實地環境相比顯得較低。特別要注意的是圖1為對材料所得試驗結果。實際觸點的加速因子還要看是那一種型態的觸點而定。
大部份試件內部的觸點，正常狀況下均會因元件或組件結構而受到部份保護。所以當自然發生的硫化氫濃度極低時，因為鄰近接觸表面的硫化氫濃度比試件周圍氣體中的硫化氫濃度還低，使得變色速率受到限制。
由於試驗氣體濃度較高的緣故，接觸面做部份保護或封裝的效果並不大。
如前述，對含未保護觸點的試件，本試驗法加速效果相對較低，因為此類試件在僅含少許硫化氫的實際大氣中就會快速變色。然而對有部份保護觸點的試件加速效果就大了，因為此種試件在實地環境中變色速率較低。

試驗結果評估

本試驗法的主要性能判定準則是接觸電阻改變，其次是目視外觀。大部分金屬及合金在本試驗法中都會變色及腐蝕，其性能依接觸電阻的改變來判定。
當試驗捲縮式或纏繞式永久連接物時，量測接點電阻的改變，如果接觸電阻明顯變大，表示此接點沒有氣密，為一不良接點。
當試驗暫時性連接物時，觸點可暴露在接通或未接通條件。接通的觸點須在暴露期間結束且未經攪亂前量測，未接通的觸點則必須接通一次後量測。
本試驗的主要對象為承載小電流低電壓的觸點，因此須使用低電壓、電流(最大20mV/50mA)的量測方法以免破壞已經產生的腐蝕膜。

注意事項

本試驗法提供一加速方法以評估觸點及連接物在含硫化氫氣體中的效應。當做為比較試驗時特別有用。試驗值與使用壽命的關係受許多因子影響且僅能依據試驗與實地行為比較所得經驗做大略估計。
因此，本試驗法對執行過的觸點及連接物並無法確定其在自然大氣條件下的預期使用壽命。本試驗法不適合作為一般性的腐蝕試驗，即無法預測元件在大氣中的腐蝕行為，及除硫化氫以外的腐蝕成因。
另一方面，本試驗法在檢查生產批量與相似元件之行為比較時是相當有用的。

表1：硫化氫濃度量測值之統計分布例(匹茲堡之奧克蘭地區)
範圍(ppb)	樣本數
<5	2974
5～9	122
10～19	33
20～29	6
>30	3

其它详见：IEC68系列标准列表