吳小明，劉 宏，吳銀豐，劉倩源

(廣州天至環(huán)?？萍加邢薰荆瑥V東廣州 510300)

一種水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑的研制

吳小明，劉 宏，吳銀豐，劉倩源

(廣州天至環(huán)?？萍加邢薰荆瑥V東廣州 510300)

研發(fā)了一種新型環(huán)保的SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑，由脂肪醇、植酸和天然磷脂等物質(zhì)復(fù)配而成，通過(guò)化學(xué)鍵和氫鍵及電荷作用在電接觸元器件表面形成致密的多分子層保護(hù)膜，提供潤(rùn)滑功能的同時(shí)保護(hù)元器件免受腐蝕。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SF1007可顯著提高電接觸元器件的耐插拔性和耐蝕性，延長(zhǎng)使用壽命，并且SF1007不會(huì)影響電接觸元器件的導(dǎo)電性。

電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑;耐磨性;耐蝕性

引 言

近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的日新月異以及高科技電子產(chǎn)業(yè)的相繼問(wèn)世，電子產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈。電子元器件作為電子產(chǎn)品的最基本單元，其性能的優(yōu)劣直接決定著電子產(chǎn)品品質(zhì)的高低。不僅要求在一般環(huán)境條件下有高的精度、高穩(wěn)定性和可靠性，而且還要求在惡劣環(huán)境條件下也要保持高精度、高穩(wěn)定性和可靠性。

電子元器件一般選用錫及錫合金、金及金合金及銀等作為電接觸的金屬鍍層。但由于工藝水平所限，金屬鍍層不可避免的出現(xiàn)結(jié)晶缺陷及表面微孔。這些存在凸起、凹陷及微孔的缺陷型金屬結(jié)晶面，增加了鍍層表面的摩擦系數(shù)，使電子元器件插拔使用時(shí)受到的磨損增大，耐插拔性降低，縮短了電子產(chǎn)品的使用壽命。

在一定氣候條件下(溫度及相對(duì)濕度)，大氣環(huán)境中的有害介質(zhì)(如 SO2、H2S、CO2、Cl2及 NxOy)和塵埃、微顆粒物等可以導(dǎo)致金屬鍍層發(fā)生化學(xué)腐蝕，主要表現(xiàn)為氧化腐蝕或硫化腐蝕［1］?；瘜W(xué)腐蝕使金屬鍍層表面變暗發(fā)黑，電阻增大，電接觸不良，甚至造成電器故障。由于氣候環(huán)境存在差異，腐蝕速率也會(huì)有很大差別［2］。當(dāng)大氣濕度相對(duì)較大時(shí)，電子元器件與腐蝕介質(zhì)往往因形成微電池而發(fā)生電化學(xué)作用引起的腐蝕，其腐蝕速率更快，造成的危害也更嚴(yán)重［3］。

為了修復(fù)金屬鍍層結(jié)晶缺陷及有效抗蝕，通常對(duì)電子元器件表面噴涂或浸涂油性潤(rùn)滑保護(hù)劑。但由于其污染環(huán)境、存在較大安全隱患，與金屬間的附著力差、易吸附塵埃類(lèi)物質(zhì)加速腐蝕，使其應(yīng)用受到限制。本文介紹的新型SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑為環(huán)境友好型，可以有效地修復(fù)電子元器件金屬鍍層的結(jié)晶缺陷，提供潤(rùn)滑功能的同時(shí)防止有害氣體及腐蝕性介質(zhì)侵入，是取代油性潤(rùn)滑保護(hù)劑的理想材料。

1 水溶性潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理

SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑由脂肪醇、植酸和天然磷脂等物質(zhì)復(fù)配而成。脂肪醇與植酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成多脂肪醇植酸酯，該酯與鍍層金屬作用，在電接觸元器件表面形成具有5～10個(gè)分子層的光滑疏水保護(hù)薄膜。該保護(hù)膜為半硬性膜，不易吸附塵類(lèi)物質(zhì)，當(dāng)發(fā)生摩擦?xí)r，分子錯(cuò)位程度小，緩沖作用極佳，具有變形回復(fù)性，因此，賦予了鍍層優(yōu)異的潤(rùn)滑性能。雖然形成的膜δ僅為10～20nm，但SF1007與金屬表面主要通過(guò)化學(xué)鍵合作用成膜，膜內(nèi)分子間則通過(guò)電荷與氫鍵進(jìn)一步作用，一般而言，化學(xué)鍵的鍵能可達(dá)到100kJ/mol數(shù)量級(jí)，氫鍵的能量約在 10 ～40kJ/mol［4］，因此，SF1007 形成的保護(hù)膜非常致密牢固。同時(shí)SF1007組分中功能物質(zhì)的活性官能團(tuán)通過(guò)螯合作用與鍍層微孔及凹凸點(diǎn)部位的結(jié)晶缺陷結(jié)合，消除鍍層金屬的反應(yīng)活性，這些作用可以有效地避免腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。

2 性能評(píng)價(jià)

2.1 潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)

為評(píng)價(jià)SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑的潤(rùn)滑性能，實(shí)驗(yàn)采用油性潤(rùn)滑劑和SF1007水溶性潤(rùn)滑劑分別對(duì)印制電路板(PCB)金手指進(jìn)行潤(rùn)滑處理，測(cè)定各自處理后的平均插拔力并進(jìn)行比較。處理工藝、測(cè)試方法如下:

選取鍍金層δ≥0.30μm平面型結(jié)構(gòu)的PCB金手指，采用油性潤(rùn)滑劑和SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑分別對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑處理，同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照組，每組三個(gè)平行。潤(rùn)滑處理工藝，在常溫下將PCB金手指浸于潤(rùn)滑保護(hù)劑中30s，然后取出水洗，100℃烘干。平均插拔力測(cè)試方法參照GB/T5095.1-1997標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 耐插拔性能評(píng)價(jià)

電接觸元器件未浸涂電接觸潤(rùn)滑劑時(shí)，工作狀態(tài)下電接觸表面通常處于干摩擦狀態(tài)，非常容易磨損，耐插拔性極差，嚴(yán)重影響電子產(chǎn)品的使用壽命。因此，改善電氣元件的耐插拔性是評(píng)價(jià)電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑一項(xiàng)重要指標(biāo)。

選取鍍金后的金手指采用SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑進(jìn)行潤(rùn)滑處理，同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照組。將經(jīng)潤(rùn)滑處理的金手指和未進(jìn)行潤(rùn)滑處理的對(duì)照組進(jìn)行人工插拔100次試驗(yàn)，插拔100次后對(duì)金手指進(jìn)行顯微放大拍照，根據(jù)圖片顯示的擦痕尺寸確定。以人工插拔100次后金手指擦痕的深度和寬度對(duì)SF1007的耐插拔性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3 耐腐蝕性能評(píng)價(jià)

采用人工加速腐蝕的試驗(yàn)方法快速表征金屬鍍層的耐腐蝕性能［5］。由于中性鹽霧試驗(yàn)是較早定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的方法，被很多行業(yè)所引用，目前已成為評(píng)價(jià)鍍層防腐蝕性能的常用方法。本文采用中性鹽霧試驗(yàn)以評(píng)價(jià)SF1007的耐腐蝕性能。

將人工插拔100次試驗(yàn)后的金手指進(jìn)行中性鹽霧試驗(yàn)，試驗(yàn)周期為48h。試驗(yàn)方法按GB/T10125-1997［6］《人造氣氛腐蝕試驗(yàn)-鹽霧試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行;試驗(yàn)結(jié)果按GB/T6461-2002［7］《金屬基體上金屬和其他無(wú)機(jī)覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后的試樣和試件的評(píng)級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。同時(shí)設(shè)置對(duì)照組，包括未潤(rùn)滑未插拔組和潤(rùn)滑處理未插拔組。

2.4 電學(xué)性能評(píng)價(jià)

為考察SF1007對(duì)電接觸元器件導(dǎo)電性能的影響，試驗(yàn)選用鍍金層δ為0.25～0.76μm的PCB金手指，采取SF1007對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑處理后，隨機(jī)選取A、B、C、D 及 E 位點(diǎn)，采用微阻計(jì)(GOM-801H，蘇州固偉電子)進(jìn)行微阻測(cè)試。同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照組，所測(cè)位點(diǎn)與經(jīng)潤(rùn)滑處理的金手指相同。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 水溶性潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑性能

試驗(yàn)通過(guò)測(cè)試經(jīng)SF1007處理后PCB金手指的平均插拔力評(píng)價(jià)其潤(rùn)滑性能，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 SF1007的潤(rùn)滑性能評(píng)價(jià)

由表1可知，PCB金手指經(jīng)SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑處理后，摩擦系數(shù)較潤(rùn)滑處理前大幅下降，下降率為90%;PCB金手指經(jīng)SF1007水溶性潤(rùn)滑保護(hù)劑處理后，測(cè)得的平均插拔力與油性潤(rùn)滑劑處理效果相當(dāng)。結(jié)果表明，SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑在不污染環(huán)境、不危害人類(lèi)健康的前提下具有優(yōu)良的潤(rùn)滑功能，并且達(dá)到了油性潤(rùn)滑技術(shù)的效果。

3.2 水溶性潤(rùn)滑劑的耐插拔性能

PCB金手指采用SF1007潤(rùn)滑處理后，人工插拔100次測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 SF1007的耐插拔性能評(píng)價(jià)

由表2可知，經(jīng)SF1007潤(rùn)滑處理的金手指經(jīng)人工插拔100次后，擦痕平均深度和平均寬度較空白對(duì)照均有明顯下降，表明金手指經(jīng)SF1007處理后，受到的插拔磨損顯著降低，耐插拔性顯著提高。

3.3 水溶性潤(rùn)滑劑的耐腐蝕性能

SF1007的耐腐蝕性能評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 SF1007的耐腐蝕性能評(píng)價(jià)

由表3可知，未作潤(rùn)滑的金手指插拔100次后經(jīng)鹽霧試驗(yàn)48h暴露，較未插拔、鍍層未被人工磨損的處理組腐蝕嚴(yán)重，表明金手指的耐腐蝕性能與鍍層的磨損情況有關(guān)，鍍層受損越嚴(yán)重，其耐蝕性能越差。而經(jīng)SF1007潤(rùn)滑處理的金手指插拔和未插拔的鹽霧加速腐蝕現(xiàn)象則不明顯，表明鍍層的磨損程度影響其耐蝕性能。經(jīng)SF1007潤(rùn)滑處理和未經(jīng)潤(rùn)滑處理的金手指同樣人工插拔100次后，后者更容易受到鹽霧的腐蝕，進(jìn)一步表明SF1007具有優(yōu)異的潤(rùn)滑功能，可以為鍍層提供高效的潤(rùn)滑保護(hù)，能夠降低插拔摩擦作用對(duì)電子元器件的損害，并提高其耐蝕性能，從而延長(zhǎng)電子產(chǎn)品的使用壽命。

3.4 水溶性潤(rùn)滑劑的電學(xué)性能

SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑通過(guò)化學(xué)鍵合作用與金屬鍍層成膜，膜層δ僅為10～20nm，引起的電壓降可以忽略不計(jì)，同時(shí)膜層分子間的間隙遠(yuǎn)大于電子的微粒尺寸。根據(jù)電子導(dǎo)電隧道理論，在電場(chǎng)作用下電子較易穿過(guò)SF1007膜層分子，在金屬接觸面之間自由移動(dòng)，形成電流。由表4可知，PCB金手指經(jīng)SF1007處理后，電阻值與空白對(duì)照相比，沒(méi)有顯著差異，表明SF1007不會(huì)影響電接觸元器件的導(dǎo)電性。

表4 SF1007的電學(xué)性能評(píng)價(jià)

4 結(jié)論

SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑可以有效地修復(fù)電子元器件鍍層的結(jié)晶缺陷，降低摩擦系數(shù)，顯著地提高電子元器件的耐插拔性能，從而有效地降低了電子元器件由于插拔使用造成的磨損，延長(zhǎng)了使用壽命。同時(shí)SF1007水溶性電接觸潤(rùn)滑保護(hù)劑在電子元器件鍍層表面形成了致密的保護(hù)膜，能夠大幅提高其耐腐蝕的能力。SF1007不會(huì)對(duì)電接觸元器件的導(dǎo)電性造成影響。

［1］文斯雄.淺談電氣接觸件的抗蝕防護(hù)［J］.電鍍與環(huán)保，2005，25(1):39.

［2］周后貴，高岳峰.全面解讀中國(guó)版RoHS──《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》［J］.中國(guó)檢驗(yàn)檢疫，2007，(5):14-15.

［3］陶琦，李芬芳，邢健敏.金屬腐蝕及其防護(hù)措施的研究進(jìn)展［J］.湖南有色金屬，2007，23(2):43-46.

［4］張廣宏，馬文霞，萬(wàn)會(huì)軍.氫鍵的類(lèi)型和本質(zhì)［J］.化學(xué)教學(xué)，2007，7:72-75.

［5］劉仁志.電鍍檢測(cè)與試驗(yàn)問(wèn)答［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2008:93.

［6］GB/T10125-1997，人造氣氛腐蝕試驗(yàn)-鹽霧試驗(yàn)［S］.

［7］GB/T6461-2002，金屬基體上金屬和其他無(wú)機(jī)覆蓋層經(jīng)腐蝕試驗(yàn)后的試樣和試件的評(píng)級(jí)［S］.

Development of A New Type Water-soluble Electrical Contact Protective Lubricant

WU Xiao-ming，LIU Hong，WU Yin-feng，LIU Qian-yuan
(TANTZ Environmental Technologies Ltd，Guangzhou 510300，China)

An environment-friendly water-soluble electrical contact protective lubricant named as SF1007，which mainly composed by fatty alcohol，phytic acid and natural phosphatide was developed.By the use of SF1007，a lubricant polymolecular layer film was formed on the surface of electrical contact components by chemical bond，hydrogen bond and electrostatic force，and could provide an excellent lubrication property as well as corrosion resistant performance.The test results showed that SF1007 lubricant could significantly enhance the wear and corrosion resistance of electrical contact components，prolong their service lives，and keep the electrical conductivity unchanged.

electrical contact protective lubricant;wear resistance;corrosion resistance

TG174.42

A

1001-3849(2012)08-0014-03

2012-02-17

2012-03-23