摘要：电连接器应用过程中如果出现了耦合失效的问题会导致连接器的应用过程受到严重的影响，对生产工艺整体带来负面影响，因而对其进行研究至关重要。
关键词：电连接器;耦合失效;可靠性研究
1前言
电连接器如果应用过程中出现耦合失效的话会导致生产工艺难以进行，而这对生产过程整体来说都是影响极大的，因而文章对其失效机理进行针对性的研究，希望可以给有关从业人员以帮助。
2相关研究现状
回顾电连接器可靠性研究的发展历程，可追溯到上世纪50、60年代，国外像美国、苏联、日本、法国和德国等国家相继开展了电连接器的可靠性研究。尤其是美国通过系统地研究提出了一系列有关电连接器的规范及标准，如电连接器试验方法的军用标准（MIL-STD-1344A），军用电子设备可靠性预计手册（MIL-HDBK-217F）等。20世纪80、90年代以来，针对电连接器可靠性问题的研究主要围绕其接触件的电接触失效展开，研究者致力于电连接器接触可靠性模型的研究，并以模型为基础定量评估它们在不同环境应力下的失效机制。随后欧美、日本等国家又开展了电连接器可靠性加速试验研究，从失效机理层面研究了电连接器接触电阻的变化所产生的影响。经过数十年的发展，国外电连接器的可靠性水平已经取得了长足进步，得到了很大提高。
3失效机理
电连接器是一种基础的机电元件，主要用于实现电信号的传输、控制及电子与电气设备间的电连接，广泛应用在航空、航天、电子、通信等领域。电连接器可靠性水平的高低对系统的安全运行有重要的影响。电连接器的可靠接触是靠接触件插针与插孔间稳定的接触力实现的。插孔是弹性元件，在长期受到接触力和热应力的作用下，其弹性形变会不断转化为塑性形变，从而使接触力降低，接触电阻增大，接触性能蜕化。因此，热疲劳对电连接器可靠性的影响不容忽视。国内外学者关于温度对电连接器可靠性的影响研究主要包括三个方面：仿真研究。Santosh等利用耦合多物理场模型和多尺度正弦粗糙表面（MARS）有限元分析模型分析了不同表面光洁度和不同材料的电连接器的结构、电气和热性能口;Liao等研究发现，无论是在固定高温条件下或一定时间周期后的热循环过载条件下，CPU插槽连接器端子的接触力仍然满足相关的最低要求，且接触力的变化与接触电阻关联度不高;Rebecca等用ABAQUS建模，研究了单个连接器接触件在恒定温度和热循环条件下的微动磨损机理。试验验证或评估，靳哲峰等分别研究了电连接器在恒定热应力、振动应力及综合应力下的可靠性，建立了相应的可靠性模型，并对不同工作环境下电连接器的失效机理进行了分析;Lficke等对插入式连接器的接触电阻和剩余弹簧力进行测量，以此评估应力松弛对铍铜接触片插人式连接器性能的影响;Essone—Obame等采用了一种非侵入式的激光技术观测了同一连接器内不同刚度弹簧的线性偏移并讨论了热循环条件下连接器老化与弹簧刚度间的依赖关系。材料性能蜕化机理研究。著名学者Duhame研究发现，诱发材料失效的主要原因是材料内部所受热应力不均匀，并推导了热应力计算公式，但并没有将热应力与热疲劳联系在一起;Manson和Coffin相继提出了著名的Coffin.Manson公式，指出材料的塑性变形对其疲劳寿命有很大的影响。我国学者也对一些金属材料热疲劳问题进行了大量的研究。但研究并未涉及工况下具体产品的性能蜕化。在实际使用环境条件中，不同形式的热应力如高温、低温及热冲击等引发的电连接器的失效模式各不相同。交变热应力会导致连接器的插孔产生热疲劳现象，从而影响其接触可靠性，最终引发失效。本文主要通过热疲劳试验来研究温差及温度变化率对航空电连接器性能蜕化的影响规律，并由微观组织演变来分析其失效机理。
4可靠性研究
金属材料宏观性能的改变通常源于其微观组织的变化。本文试图从微观组织构成及演变的角度对热疲劳试验后连接器性能蜕化机理进行推理分析。本文所选的电连接器试品接触件的材料是铜一锌二元合金（即黄铜），随锌固溶于铜中含量的增加，固态下可以出现a、卢、y三种相。通常把a相区、“+卢相区和JB相区的合金分别称为a黄铜、理+卢黄铜和口黄铜。本文研究的电连接器接触件铜材是H59黄铜，属于d+口黄铜，a相占比较大。a相是锌在铜中的固溶体，属于面心立方晶格结构;口相是以化合物CuZn为基的可变固溶体，为体心立方晶格结构，极易腐蚀，在明场下颜色较深、易变黄或变里。试品插孔存在两种相（即两种组织），其中浅色部分是a相，成卵石状;黑色部分是口相。Ol相在JB相析出时首先在卢相的晶界大量出现，a相构成的连续基体对材料的变形有促进作用。由对比分析可知，随着热疲劳试验中温差范围或温度变化率的增加，a相在JB相晶界析出现象更为明显，插孔材料的晶粒尺寸也有所增大。由此可以推断，热疲劳试验后，插孔中晶粒尺寸增大，插孔的强度、硬度、塑性、韧性均会有所下降，即综合力学性能下降;仅相中zn的析出也会使合金的强度降低，栾晶的产生也说明插孔在经受热疲劳试验后已经发生了塑性变形。由微观组织演变机理可知，交变热应力作用下，超过接触件材料的弹性极限后，晶体中生层片间会产生相对滑移，即晶体的一部分沿着一定的晶面（滑移面）和一定的晶向（滑移方向）相对于晶体的另一部分作相对移动。大量的片层之间的滑动积累就构成了宏观上的塑性变形"6。试验样品插孔的滑移线扫描电镜中可以看出，热疲劳试验后，插孔的微观组织出现了滑移：温差范围增加后，晶粒中滑移线密度明显增大;相同温差条件下，温度变化率增加，滑移线密度明显增大，而且滑移方向增多，使滑移呈区域化趋势较为明显。由材料热力学理论可知，温度变化率增大导致了位错运动速率增加，并使许多位错源同时起作用，增加位错密度和滑移系数目，导致滑移方向差异化程度增强，材料塑性变形减弱。
5结束语
电连接器在应用的过程中可能会出现的耦合失效问题在生产工艺中有着极为严重的负面影响，因而需要深刻理解其失效的原理，针对性的采取措施。
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（作者单位：沈阳兴华航空电器有限责任公司）
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