為什么斷路器和接觸器的端子會變色？

日常工作中，經(jīng)常遇到客戶反饋斷路器、大電流接觸器的端子，在現(xiàn)場使用或儲存一段時間后會出現(xiàn)變黃變暗的現(xiàn)象，如圖1所示 ，左邊為全新光亮的端子，右邊為變黃發(fā)暗的端子?？蛻粝胫?a target="_blank">產(chǎn)品運(yùn)行時會不會有隱患，該如何解釋這種現(xiàn)象。

圖1 全新光亮端子（左）和發(fā)黃變暗端子（右）

為了解答這些疑問，我們首先得從低壓電器端子的鍍層說起，在GB 14048.1-2012低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第1部分：總則的表2 端子的溫升極限中，可以看到對于斷路器、隔離開關(guān)、接觸器等低壓電器端子的表面處理方式，可以選擇鍍銀、鍍錫、鍍鎳或裸銅，而且不同鍍層對應(yīng)的溫升極限允許值也不一樣。例如鍍銀端子的溫升極限允許值是70K，鍍錫端子65K，裸銅端子60K。

金屬材料在空氣中由于電化學(xué)腐蝕作用，在表面會形成各種金屬氧化膜（如氧化膜、硫化膜）。如果是在潮濕的空氣中，在電解質(zhì)的作用下，不同金屬間發(fā)生的電化學(xué)腐蝕也會在接觸面形成銹蝕物，這些氧化膜和銹蝕物都是造成搭接面接觸電阻增大的原因。

對于斷路器、接觸器等低壓電器產(chǎn)品來說，金屬的氧化物是主要成分，金屬氧化物多半是半導(dǎo)體，其電阻率很高，導(dǎo)致接觸電阻增加、搭接面溫升上升。常見的幾種金屬氧化物的電阻率見下表4.3。

從上表中我們可以看到，氧化銀的電阻率相對于其他金屬氧化層低很多，所以在不含硫的環(huán)境中銅端子鍍銀可以保證很低的接觸電阻。銅在溫度400℃以內(nèi)會生成氧化亞銅，其電阻率很高，如果是純銅，在環(huán)溫20℃的時候其電阻率只有0.0175*10^(-6) Ω.m。所以對于裸銅端子或裸銅排，在與銅母排搭接前最好擦拭光亮，以清除表面的氧化層。

由于裸銅容易隨時間和溫度的增加發(fā)生顯著的劣變，所以對于低壓斷路器、接觸器等產(chǎn)品的接線端子，為了保證更低的接觸電阻和保證接觸電阻的穩(wěn)定性，一般采用銅端子鍍銀、鍍錫或鍍鎳的方式。

在GB/T 25840-2010規(guī)定電氣設(shè)備部件(特別是接線端子)允許溫升的導(dǎo)則中，舉例說明了裸銅、鍍鎳銅、鍍錫銅和鍍銀銅連接在接觸壓力10N和暴露在周圍空氣中1000h后的接觸電阻值，結(jié)果如下表3：

表3 銅與銅鍍層的接觸電阻對比

從表3中可看出，銅鍍錫或銅鍍銀優(yōu)點(diǎn)明顯，銅鍍鎳更適用于銅鍍銀無法適用的環(huán)境（比如含硫氣體多的場合）。

銅鍍鎳適合于腐蝕氣體或高溫中的連接，經(jīng)常用于發(fā)電站或鐵路運(yùn)輸設(shè)施。對于銅鍍鎳，如果溫升保持在規(guī)定極限內(nèi)，其接觸電阻和觸頭壽命與銀觸頭相當(dāng)，但是由于鎳的氧化層很硬，所以銅鍍鎳的螺釘緊固力矩值要提高。

銅鍍錫和鋁鍍錫是優(yōu)先用于低壓的材料。錫的硬度低，具有低的接觸電阻，但它不能用于經(jīng)常斷開和接通的觸頭，這樣會損害錫鍍層。當(dāng)錫的溫度超過105℃應(yīng)特別注意，特別是當(dāng)鍍錫觸頭與鍍銀觸頭配對時，因?yàn)樵诖藴囟戎蠒霈F(xiàn)蠕變現(xiàn)象。

銀是優(yōu)良的鍍層材料，除了在含硫環(huán)境不推薦使用外，在其他場合使用時其老化速度緩慢，接觸電阻穩(wěn)定性高。銀在空氣中也不易氧化，但當(dāng)大氣中有臭氧存在時，銀的表面會生成氧化銀，但其電阻率很低，氧化銀易于清除，并且在200℃時會分解，對接觸導(dǎo)電沒有什么影響。

但如果鍍銀端子暴露在含有硫化氫H2S的環(huán)境中，或即使H2S和SO2的含量極低的大氣中，其表面容易生成硫化銀Ag2S絕緣暗膜（見下表4），硫化銀電阻率很大，室溫下為10^5~10^10Ω.m，幾乎相當(dāng)于絕緣體，導(dǎo)電性能很差，容易引起導(dǎo)通不可靠和連接處過熱故障，所以在含硫環(huán)境中一般不使用鍍銀的端子，而是采用鍍錫或鍍鎳端子。

表4 Ag在大氣、臭氧、H2S和亞硫氣體環(huán)境的氧化硫化

硫化銀Ag2S的的生成速度取決于環(huán)境的溫度、涅度、含硫氣體的濃度等因素。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明溫度越高、濕度越大、含硫氣體濃度越高，生成的硫化銀厚度越厚，顏色也越深。

污水處理廠、火電廠等含硫氣體多的場合，如果端子或銅排采用鍍銀工藝，長時間后端子或銅排表面會看到明顯的變色。

鍍銀端子表面的顏色深淺其實(shí)與硫化銀Ag2S厚度有關(guān)，通過表5可以大致看出二者之間的關(guān)系，所以文章開頭端子顏色發(fā)黃的真實(shí)原因是：端子的表面鍍銀，銀層與空氣的含硫氣體（即使是微量）長時間作用形成暗黃色的硫化銀。

鍍銀端子硫化變色之后會影響產(chǎn)品正常使用么？其實(shí)分兩種情況，第一種情況，如果因?yàn)殚L期儲存導(dǎo)致端子表面形成了硫化層，那么在端子與銅排搭接之前，需要用擦銀布擦拭端子表面的氧化層和硫化層，再與銅排搭接，以保證低的接觸電阻，避免溫升過高。

第二種情況，全新的鍍銀端子與母排搭接完，在現(xiàn)場運(yùn)行一段時間后，出現(xiàn)發(fā)黃變暗的現(xiàn)象，此時不用擔(dān)心搭接面存在硫化氧化，因?yàn)橐坏┞菟ňo固到位，實(shí)際上銅排與端子的搭接面上無硫化氧化痕跡，所以不用擔(dān)心接觸電阻上升導(dǎo)致端子過熱。雖然端子與銅排搭接的外側(cè)已經(jīng)變色，但是搭接面仍然保持原有的光亮，且無過熱的跡象。

如果在現(xiàn)場看到斷路器、接觸器的端子運(yùn)行很長一段時間后顏色幾乎沒有改變，需要首先確認(rèn)下端子是不是鍍錫或鍍鎳，因?yàn)楹髢烧叩念伾珟缀醪粫淖儭?/p>

可能有人會問，鍍銀端子在不含硫的環(huán)境中雖然可以保持更低的接觸電阻，但在含硫環(huán)境或日常大氣中的外觀表現(xiàn)不如鍍鎳和鍍錫，況且鍍銀的成本還高，為何端子不直接采用鍍錫和鍍鎳呢？這樣既省成本又避免變色帶來的麻煩，但事實(shí)真的是你想象的那樣嗎？