IEC 68-2-49 試驗方法Kc之指引：觸點及連接物的二氧化硫試驗

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IEC68-2-49試驗方法Kc之指引：觸點及連接物的二氧化硫試驗IEC68-2-49GuidancetotestKc：Sulphurdioxidetestfor
contactsandconnections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，其中一部分由設計(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。

• 大氣中的二氧化硫

金屬在空氣中腐蝕主要是因為濕氣及污染物所引起。燃燒石化燃料為主要污染源之一。這些燃燒的產物中最主要的腐蝕成分為二氧化硫；另外尚有三氧化硫、氧化氮及氯化物，但濃度較低。
表1及表2顯示，在都市及工業區之大氣中的二氧化硫濃度一般在1～100ppb(10-9)範圍內，但局部地區之峰值可能達到1ppm(10-6)或更高。
在潮濕的空氣中，除了貴金屬及銀外均會被二氧化硫腐蝕，且對暫時性觸點的性能會有明顯地影響。在極端情況下，腐蝕之產物會累積並妨礙金屬對金屬的接觸，而導致觸點發生斷路(open-circuit)。

試驗目的及範圍

• 觸點及連接物的類型

因為本試驗法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。

• 對永久性連接務，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(preciousmetal)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二氧化硫的腐蝕。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

• 本試驗法之目的為研究：

貴金屬製成或具貴金屬塗層之觸點及連接物，暴露在受二氧化硫污染的氣體中時，對接觸電阻的影響。
捲縮式及纏繞式接點的有效性(effectiveness)。可靠性
本試驗法可作為元件或裝備的接收試驗，或用來比較不同材料、製程或設計。作為接收試驗時，在執行二氧化硫試驗前通常會先執行適當的老化試驗(例如機械耐久試驗或溫度循環)。性能優劣的主要判定準則為接觸電阻是否因暴露在二氧化硫氣體中而增加。

試驗參數

試驗之主要參數如下：

• 二氧化硫濃度
• 相對濕度
• 溫度
• 氣流速率
• 試驗時間
• 二氧化硫濃度

根據經驗，濃度建議採用25ppm。此濃度已足夠使試驗產生合理的加速且尚不至於使腐蝕機制發生改變。
確定試驗櫃中二氧化硫濃度維持穩定是相當重要的，因此試驗過程中須週期性檢查。任何測定二氧化硫濃度的方法均可用來量測濃度是否在規定之範圍內。

• 相對濕度

相對濕度小於70%時很少發生腐蝕，而超過80%時腐蝕產物的結構又可能發生相當程度的改變。當相對濕度為75%時，被腐蝕產品的本質與在實地自然發生的情形最接近。
確定試驗櫃中相對濕度維持穩定是相當重要的，因此試驗過程中須週期性檢查。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二氧化硫濃度維持一定，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

試件腐蝕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腐蝕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。

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，則腐蝕速率直接與腐蝕劑之濃度有關。
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。此類試件由於鄰近接觸表面的二氧化硫濃度比試件周圍氣體中的二氧化硫濃度還低，使得腐蝕速率受到限制。
因此，試驗對未保護的觸點及連接物產生之加速效果與經保護或封裝者比較相對較低。
IEC68-2-42建議之試驗嚴厲度分別為4天、10天及21天。其中21天試驗通常用來作為貴金屬製成或有貴金屬塗層之觸點的接收試驗。較短的4天及10天試驗則用來驗證新設計或比較不同材料之優劣。

產生試驗氣體的方法

IEC68-2-42中規定一製造試驗氣體的方法。此法是依必要成分(二氧化硫、水蒸氣及空氣)直接混合，然後送入試驗櫃中。在此，特別要注意的是混合物的均勻性。由於製作過程是將小量二氧化硫與大量空氣混合，因此需要一次以上的混合動作才能獲得均勻的混合物。在IEC68-2-42的附錄中有描述一適於製造試驗氣體之試驗裝置範例。

試驗結果評估

本試驗的主要性能判定準則是接觸電阻改變，其次是目視外觀。大部份金屬及合金在本試驗法中都會腐蝕，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。
量測接觸電阻的方法須在相關規範中述明。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二氧化硫氣體中的效應。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，及除二氧化硫以外的腐蝕成因。

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：某些地區二氧化硫濃度量測值
位置	二氧化硫濃度(10-9)
	平均值	峰值
NewYorkcityoffice	16	40
NewJerseychemicalplant	7	24
NewJerseyoilrefinery	161	1,295
LosAngelesoffice	0	0
Buffalofoundry	24	65
Alabamapapermill	14	40

　

表2：各地區二氧化硫污染資料
	單位	地區
		1	2	3	4
總觀測數	日、站	4,814	3,564	3,401	4,283
總平均濃度	ppb	26	35	46	53
月平均濃度，最大值	ppb	82	134	118	134
日平均濃度，最大值	ppb	349	212	269	254
時平均濃度，最大值	ppb	544	1,438	675	909
單一觀測站30分鐘濃度平均值達到0.3×10-6	正規化到一年的觀測數
－最大值		59	59	140	169
－平均值		16	27	63	104
－最小值		6	7	7	56
單一觀測站每日濃度值達到0.14×10-6	正規化到一年的觀測數
－最大值		4	14	8	19
－平均值		2	5	5	9
－最小值		0	1	1	5
冬天與夏天之濃度比		4.61	4.78	2.00	2.13
說明：1.資料來源由ISS(IstitutoSuperiorediSanita;ItalianHighInstituteforHealth)及ENI(EnteNazionaleIdrocarburi;ItalianNationalOrganizationforPetrol)於1973年2月至1975年1月在Marghera周圍地區所作調查。 2.調查相關細節 數個自動量測站分布在Marghera周圍300平方公里地區，此地區為義大利污染較嚴重地區之一。 量測站係設置在空地上。 取離地4米高之空氣連續分析其二氧化硫含量。分析方法採用庫倫計法(coulometricmethod)，其分析結果是以二氧化硫濃度表示。由於量測站損壞或是維修的緣故，在同一天中並非所有量測站都同時操作。因此表中第一行總觀測數之單位為(日、站)，且表中有些數據是正規化到一年的結果。正規化的公式如下：
	有關之總觀測數		×365
	總觀測數
觀測站依地區分組，分組之定義如下：－地區1：都市(如Venice) －地區2：混合，大部份為都市(如Mestre) －地區3：混合，大部份為工業區(如Marghera) －地區4：工業區(如Portomarghera)

其它详见：IEC68系列标准列表