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导电滑环接触件镀层工艺性能对比分析

导电滑环接触件镀层工艺性能对比分析

——滑环行业首个耐磨耐腐三级超硬金处理技术（ENAP）

导电滑环的接触件结构设计与处理工艺，是导电滑环最为核心的技术工艺，直接影响导电滑环的使用寿命、导电性能、稳定性及可靠性，而耐磨性、耐腐蚀性则是关系到导电滑环接触件稳定性、可靠性的关键指标。比如，镀银的导电性是公认最高的，但由于银抗氧化性及耐磨性较低，在中国航天工业行业标准QJ450A，就明确规定了受摩擦的零件不允许镀银。

滑环行业接触件的表面处理技术，大多以镍打底，再用银、金、贵金属或它们的合金做表层为主，特点性能各有所长，如：镀银（Ep•Ag）、镀镍银（Ep•NiAg）、镀金（Ep•Au）、镀镍金（Ep•NiAu）、镀镍硬金（Ep•NiAuhd）等，也有一些高品质要求的采用成本较高的化学镀镍钯浸金技术（ENEPIG）。

在这些表面处理技术中，化学镀镍钯浸金技术（ENEPIG）因具有较低的接触电阻、导电性能良好、易于焊接、耐腐蚀性强的综合性能，被认为是目前应用在PCB、连接器接触件等电子电气领域最理想的表面处理技术。但在滑环行业接触件上应用，它有一个致命的弱点，因为最外面的纯金（或硬金）浸镀膜层技术工艺极难在耐磨性、耐腐蚀性及延展性取得平衡，仍无法适应导电滑环接触件在长时间、高速、高温、高导电率的摩擦要求。因此，它只适用于相对静态的、非摩擦型的接触件。

“工艺复杂，成本高，性价比差距不大”，这正是化学镀镍钯浸金技术为什么十几年来红极了连接器领域，却一直无法取代镀镍硬金技术（Ep•NiAuhd）在滑环市场的主导地位的重要原因。

随着军工、航天、航海等高端领域科技的飞速发展，现有的滑环接触件表面处理技术已日渐难以适应高转速、高寿命、高稳定性的市场应用需求。不少滑环厂家采取了添加润滑油脂、增加镀层厚度、二次表面抛光、降低刷丝压力甚至降低转速要求等的解决方案，却都只是一时的权宜之计，需牺牲某些品质性能，无法从根本上解决问题，还可能给导电滑环造成一些安全隐患，如《导电滑环使用润滑油脂的安全隐患浅析》。

为了突破滑环行业接触件的技术瓶颈，三千米连接通过对铑、钯、金、银、钴、铱等多种稀贵金属及其合金，相关的电镀技术、工艺性能进行了大量的研究实验与分析，成功研发出导电滑环专用的耐磨耐腐三级超硬金处理技术，镀覆了镍、金、钯三级金属元素合金膜层（ENAP, Electroless Ni Au Pd），具有极高的化学稳定性，耐高低温、高湿、酸碱腐蚀，硬度高，能承受弯曲、延展和摩擦，而且电阻率与纯金相当。处理后导电滑环接触件的强度、硬度、导电性均优于连接器接触件国际军工标准（MIL），是目前滑环行业内最稳定可靠的镀金表面处理技术。

首先， ENAP处理后导电滑环刷丝与铜环的表面硬度、耐磨性能极强。

表面硬度高达HV300-350，比常见的硬金硬度都要大，相当于17-4PH不锈钢——即马氏体沉淀硬化不锈钢（0Cr17Ni4Cu4Nb），常用于制造海上平台、直升机甲板、 航天(涡轮机叶片)、 轴类、汽轮机部件等。

表面粗糙度达到了Ra 0.2-0.4μm，接触面十分光滑，无需润滑油脂，杜绝了润滑油脂潜在的安全隐患；避免了刷丝的信号闪断，波动电阻值也明显下降，低至0.001Ω；大大减小了早期积粉的现象，有效延长了导电滑环的使用寿命周期。如15路军工级导电滑环3KM-C205F1-1502 ，进行小批量测试1000万转，接触件的镀层磨损量≤0.1μm，波动电阻值前后变化为0。

其次，ENAP化学性能十分稳定，具有极好的耐腐蚀性。

钯是世界上最稀有的贵金属之一，地壳中的含量约为一亿分之一，只有俄罗斯和南非等少数国家出产，每年总产量不到黄金的5‰。该钯金合金是在钯金中添加了一定比例的其它金属元素，成品的熔点高于1500℃，降低了钯金的原有的脆性，具有极强的延展性及导电性，能经受多次热冲击，并确保在使用过程中绝不会发生龟裂；不溶于硝酸、硫酸及强碱溶液，避免了金表面容易被氯酸侵蚀的弊端，保障了滑动接触元件在高温、盐雾、潮湿、酸碱性等环境中应用的可靠性、稳定性。

我们都知道，在电镀的过程中铜与金、镍与钯之间会有接触偶腐蚀发生，而ENAP三级超硬金处理技术十分巧妙地利用了金、镍作为阻挡层，不但阻止了金与铜、镍与钯金之间的相互扩散与穿透侵蚀，避免了化学镀镍浸金等技术工艺那样，在镀层之间会发生晶粒边界腐蚀，还提高了硬金镀层的结合力和减少孔隙率，大大提升了整个镀层的牢靠性。正是基于这种科学的双重保护层级关系，将其命名为“三级”超硬金处理技术，而不叫作“三层”。

“坚韧如钢，平滑如镜；外耐腐蚀，内防侵蚀”这就是ENAP三级超硬金处理技术的独特之处。它综合性能虽好，但由于工艺成本极高，目前仍多用在军品、航天、航海等高要求领域的导电滑环中。

不少导电滑环厂家都宣称滑环信号环道与刷丝都是使用“金-金”处理工艺，很多客户可能未能想到同样 “金-金”的实际性能，却是千差万别。下面，就几种常用的电镀技术在导电滑环接触件应用的主要性能特点对比如下：

注：由于镀层的材质成分比例、厚薄、细化处理工序都会导致性能有较大差别，为了更直接对比与更好理解，将各项性能指标从低到高，粗分为“极低、低、中低、中、中高、高、极高”的7个对比级别。