最新连接器上镀镉层替代材料研究

来源:Woodhead销售中心 作者:pjp 发布时间:2011-10-28 14:44 点击:

金属表面精饰行业正经受着诸多因在装饰性或实用性电镀加工过程中使用了有害材料而受到监管当局的打击。这些环境保护法既针对商业行为,也针对政府部门管控的公共设施。此外,13423号行政令(加强联邦政府环境、能源及运输管理)和13514号行政令(在环境、能源及经济运行中联邦政府的领导地位)最近也已生效。这些行政令要求政府机构减少对有毒有害化学物品的购买和使用,并限制其排放量。

镉及六价铬是被美国国家环境保护局(EPA)及职业安全和健康管理局(OSHA)严厉禁止的有毒和致癌化学物质。另外,镉及铬的六价化合物是国防部(DoD)为执行13423号行政令要求而减少使用的三种有害材料之一。由于这些材料的毒性及致癌性,加之许多与此有关的监管行动,美国军用坦克自动化研究开发工程中心(TARDEC)一直致力于淘汰和减少镉及铬的六价化合物在地面交通工具及其相关系统中的使用。由合作技术公司(CTC)掌控的国家能源和环境保护中心(NDCEE)接受的任务就是支持坦克自动化研究开发工程中心(TARDEC)在此领域的活动。

具体来讲,目前在军用地面系统中所使用的电器连接设备上的保护外壳所使用的是镀镉层及镀铬转化涂层(CCCs)以提供额外的抗腐蚀保护。上述监管部门强调找到目前所使用的镀层工艺的替代工艺以减少环境安全的风险。

然而,取代镉的应用并不是一项轻而易举的任务。由于镉对所有元件所具有的诸多特性使得它多年来一直被用于电器连接设备的保护性镀层技术中。镉镀层对电器连接设备外壳的主要特性包括以下几点:

● 易于加工
● 易于修复
● 导电性
● 电磁兼容性(EMI)/ 电磁干扰(EMI)有效性
● 耐候性尤其是抗腐蚀性
● 电耦合
● 抑制藻类生长
● 低成本
● 润滑性(满足了已确立扭转力/ 拉伸力的要求)
● 抗电击
● 可焊接性
● 抗温度变化
● 抗震动

应用在镉镀层上的铬转化膜CCCs使其具有更多特性,其中最重要的特性如下:

● 增强抗腐蚀性
● 可涂覆性(满足了油漆对涂层粘附力的要求)
● 可涂色

正如上面所看到的,这种涂层方法所提供这些协同增效的优点使得要取代它极具挑战性。其独特保护性的一个典型例子就是镉及铬的六价化合物所赋予的抗腐蚀性能。镉涂层对电器连接设备上电耦可起到抗腐蚀作用,并且很少有几种金属在此种应用中能提供相同水平的保护作用。

腐蚀环境中锌及锌合金、铍、镁和铝合金一般都是最活跃的金属,因此,在实际应用中可以提供类似于镉的抗腐蚀作用。然而,铍比镉危害性更大,镁和净锌对许多工程应用来说都会被过快腐蚀掉。

其它有关镉应用于连接设备外壳所独有的特性的例子则与电的特性有关,确切说,就是电磁兼容性(EMC)和电磁干扰有效性(EMI)。对于电磁干扰有效性(EMC)来说,连接器耦合电阻必须保持至最小值(例如: 小于2.5毫欧),当受到突然增高的电流诱发时(例如闪电的袭击),较大的耦合电阻会导致电压升高(以及随后的故障)。镀镉的连接设备在其整个使用寿命中可以满足这种要求。(亦即镉的腐蚀物一般是非绝缘的)。其它的镀层,比如不导电的镍在初期也满足这个要求,但是由于腐蚀物所产生的电阻,时间长了就失去了有效的导电性。

镉的可行性替代材料

国防部(DoD)多年来一直对镉的替代材料感兴趣,以Brooman2,3,4, Gaydos5, Klingenberg3,4,6, Legg1,和Shahin7等为代表的其它公司在过去所进行的工作中已确认和开发出许多潜在的镉的替代材料。本文旨在总结这一领域中既已完成的工作并为今后选择最有前途的和可用于未来做进一步研究的合适的替代物提供一个基本原理。

在之前许多与镉的替代材料有关的研究及可用的合适的工艺技术资料的基础上,人们已发现大批前景较好的合适的镉替代材料。出于对这项计划的特殊关注,合适的替代材料被限制于商业化运作或近似商业化的工业技术中。它们包括:

● 高级材料
● 化学气象沉积法(CVD)的沉淀合金
● 熔盐沉积合金
● 离子液体沉积合金
● 电镀铝和合金
● 无电/化学镀镍
● 电镀锡合金
● 电镀锌钴合金
● 电镀锌镍合金
● 离子气相沉积(IVD)铝及铝合金
● 金属和陶瓷涂料填充物
● 溅射铝和合金

 

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