در دنیای پیچیده کانکتورهای الکتریکی، رطوبت دشمنی است که بی صدا اما مخرب عمل می کند. در حالی که خرابی های مکانیکی اغلب خود را از طریق آسیب فیزیکی یا سیگنال های متناوب اعلام می کنند.خوردگی الکتروشیمیاییبه صورت نامرئی پیشرفت می کند و کنتاکت های فلزی قابل اعتماد را به موانع{0}مقاومت بالا یا مدارهای باز کامل تبدیل می کند. درک اینکه چرا این پدیده در محیطهای مرطوب رشد میکند برای مهندسانی که سیستمهایی را برای کاربردهای بیرونی، دریایی، خودرو یا صنعتی طراحی میکنند ضروری است.
شیمی بنیادی خوردگی
خوردگی الکتروشیمیایی صرفاً زنگ زدگی نیست. این یک فرآیند گالوانیکی است که به چهار عنصر اساسی نیاز دارد: الفآند(جایی که فلز اکسید می شود)، الفکاتد(جایی که کاهش رخ می دهد)، aالکترولیت(یک محلول رسانای الکتریکی)، و الفمسیر فلزیاتصال آنها در یک اتصال دهنده، این عناصر اغلب در ساختار آن ذاتی هستند. کنتاکت ها خود به عنوان الکترود عمل می کنند، در حالی که رطوبت الکترولیت را هنگامی که بر روی سطوح متراکم می شود یا به داخل محفظه نفوذ می کند، تامین می کند.
وقتی دو فلز غیرمشابه-یا حتی فلزات یکسان با تغییرات جزئی در وضعیت سطح-در معرض الکترولیت قرار میگیرند، یک سلول گالوانیکی تشکیل میشود. فلز فعال تر به آند تبدیل می شود و الکترون ها را از دست می دهد و در یون های فلزی حل می شود. فلز کمتر فعال به عنوان کاتد عمل می کند، جایی که کاهش اکسیژن یا تکامل هیدروژن رخ می دهد. این جریان الکترون از طریق مسیر فلزی مدار را کامل می کند و باعث خوردگی مداوم می شود.
رطوبت به عنوان کاتالیزور
محیطهای مرطوب بهویژه خطرناک هستند، زیرا رطوبت بهعنوان محیطهای مرطوب عمل میکندالکترولیت بحرانی. آب خالص رسانای ضعیفی است، اما آب اتمسفر هرگز خالص نیست. دی اکسید کربن را جذب می کند و یک اسید کربنیک ضعیف تشکیل می دهد و آلاینده های موجود در هوا مانند دی اکسید گوگرد، کلریدهای اسپری دریا یا نمک جاده و آلاینده های صنعتی را حل می کند. این ناخالصی ها رطوبت متراکم شده را به یک الکترولیت بسیار رسانا تبدیل می کنند که قادر به حمایت از خوردگی شدید است.
مکانیسم زمانی شروع می شود که الففیلم نازک آبروی سطوح فلزی شکل می گیرد. این فیلم اجازه می دهد تا جریان یونی بین مکان های آندی و کاتدی در یک تماس یا بین تماس های مجاور مواد مختلف جریان یابد. میزان خوردگی به عوامل مختلفی بستگی دارد:
رطوبت نسبی:خوردگی به طور قابل توجهی بالاتر از رطوبت نسبی 60-70٪ شتاب می گیرد، آستانه ای که در آن لایه های آب جذب شده پیوسته می شوند.
دما:دماهای بالاتر سرعت واکنش و حلالیت گازهای خورنده را افزایش می دهد.
آلاینده ها:کلریدها به ویژه تهاجمی هستند، لایههای اکسید غیرفعال را میشکنند و خوردگی حفرهای را تسریع میکنند.
خوردگی شکاف و سلول های غلظت اکسیژن
اتصال دهنده ها به طور منحصر به فردی آسیب پذیر هستندخوردگی شکافزیرا طراحی آنها ذاتاً فضاهای تنگ ایجاد می کند: بین کنتاکت های جفت شده، زیر سیم های مهر و موم، و در رابط های مسکن. در این شکاف ها، انتشار اکسیژن محدود می شود. این دیفرانسیل باعث ایجاد یکسلول غلظت اکسیژنجایی که -ناحیه تخلیه شده اکسیژن (معمولاً قسمت داخلی شکاف) نسبت به قسمت بیرونی غنی از اکسیژن-آندی می شود. اختلاف پتانسیل حاصل باعث خوردگی می شود که می تواند به سرعت کنتاکت ها و پایانه ها را تخریب کند.
این پدیده توضیح می دهد که چرا حتی کانکتورهایی با آب بندی کلی عالی می توانند از کار بیفتند وقتی رطوبت راه خود را به شکاف کوچکی پیدا می کند. پس از شروع، محصولات خوردگی (اکسیدها، کلریدها، سولفاتها) حجم بیشتری نسبت به فلز اصلی اشغال میکنند و استرس مکانیکی ایجاد میکنند که میتواند پوستهها را ترک کند یا آببندیها را بیشتر به خطر بیاندازد.
زوج های گالوانیکی در کانکتورها
اتصال دهنده های مدرن اغلب چندین فلز را برای بهینه سازی عملکرد ترکیب می کنند: آلیاژهای مس برای رسانایی، آبکاری طلا یا قلع برای مقاومت در برابر تماس کم، و فلزات پایه مختلف برای محفظه ها و فنرها. هر فلزی دارای یک ویژگی متمایز استپتانسیل گالوانیکی. در شرایط خشک، این فلزات غیرمشابه بدون مشکل در کنار هم وجود دارند. در محیط های مرطوب با الکترولیت موجود، آنها زوج های گالوانیکی را تشکیل می دهند که در آن فلز کمتر نجیب ترجیحاً خورده می شود.
به عنوان مثال، یک کنتاکت قلع-جفت شده با یک کنتاکت روکش طلا-در یک محیط مرطوب، تفاوت پتانسیل قابل توجهی ایجاد میکند. قلع که فعال تر است، تبدیل به آند قربانی می شود و به سرعت خورده می شود- پدیده ای به نامخوردگی گالوانیکی. به طور مشابه، مس در معرض در انتهای سیم یا محلهای آبکاری آسیبدیده میتواند به عنوان آند موضعی عمل کند و منجر به شکست زودرس شود.
جلوگیری از خوردگی الکتروشیمیایی
پیشگیری از خوردگی موثر در محیطهای مرطوب نیازمند یک رویکرد چند لایه است:
آب بندی و کپسوله سازی:کانکتورهای دارای رتبه{0} IP بالا (IP67، IP68) از نفوذ رطوبت جلوگیری میکنند. ترکیبات گلدانی می توانند تماس های داخلی را محصور کنند و مسیر الکترولیت را به طور کامل حذف کنند.
انتخاب آبکاری:آبکاری های نجیب مانند طلا روی نیکل مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی ایجاد می کنند. برای کاربردهایی که طلا غیر عملی است، می توان از قلع یا نقره ضخیم با بازدارنده های خوردگی مناسب استفاده کرد.
خزش و پاکسازی:افزایش فاصله بین کنتاکت ها خطر نشت جریان یونی را در سطوح کاهش می دهد.
سازگاری مواد:به حداقل رساندن اختلاف پتانسیل گالوانیکی با انتخاب فلزات با پتانسیل الکتروشیمیایی مشابه.
کنترل محیطی:در کاربردهای حیاتی، استفاده از پوشش های منسجم یا نگهداری محفظه های مهر و موم شده با مواد خشک کننده می تواند رطوبت را به طور کامل از بین ببرد.
نتیجه گیری
خوردگی الکتروشیمیایی در اتصال دهنده ها مربوط به اگر نیست، بلکه زمانی است که-به خصوص در محیط های مرطوب. این یک نتیجه قابل پیش بینی از الکتروشیمی پایه است که توسط رطوبت، آلاینده ها و ترکیبات ذاتی مواد لازم برای عملکرد اتصال دهنده شتاب می گیرد. برای مهندسان، درک این مکانیسم ها خوردگی را از یک شکست غیرقابل پیش بینی به یک خطر قابل کنترل تبدیل می کند. با انتخاب کانکتورهایی با آب بندی مناسب، آبکاری، و سازگاری با مواد، و با در نظر گرفتن محیط عملیاتی کامل، عملکرد بلندمدت قابل اعتماد-حتی در جایی که رطوبت بی امان است قابل دستیابی است.
