Fretting Corrosion Behavior of Silver-Plated Electric Connectors with Constant Displacement Amplitude

DOI http://dx.doi.org/10.9725/kstle.2014.30.2.99

일정 변위 진폭조건에서의 은도금한 커넥터의 미동마멸부식 거동

오만진¹·김민정¹·김택영²·강세형²·김호경^3†

1

서울과학기술대학교 NID융합기술대학원,

서울과학기술대학교 자동차공학과 대학원

3

서울과학기술대학교 기계·자동차공학과

Fretting Corrosion Behavior of Silver-Plated Electric Connectors with Constant Displacement Amplitude

Man-Jin Oh

, Min-Jung Kim

, Taek-Young Kim

, Se-Hyung Kang

and Ho-Kyung Kim

1

Graduate School of NID Fusion technology, Seoul National University of Science and Technology,

2

Graduate School, Dept. of Automotive Engineering, Seoul National University of Science and Technology,

3

Dept. of Mechanical and Automotive Engineering, Seoul National University of Science and Technology (Received February 2, 2014 ; Revised April 2, 2014 ; Accepted April 5, 2014)

Abstract − Fretting corrosion tests are conducted with a constant displacement amplitude using silver-plated brass coupons to investigate the effect of contact pressure on fretting corrosion. Three behaviors are identified based on the change in electric resistance and friction coefficient during the fretting test period, and the identified behaviors are dependent on the magnitude of the applied load. The failure cycle (N

) with an electric resistance of 0.1 D cannot be achieved due to the adhesion behavior of the metal and metal contact under the higher applied load of 0.45 N. This suggests that an average contact pressure higher than 159 MPa for the silver-coated con- nector is desirable to gain an almost infinite lifetime. The relationship between the electric contact resistance (R) and the average contact pressure (p) can be written as p = 106.2 × Ω

.

Keywords − contact pressure (접촉압력), fretting corrosion (미동마멸부식), friction coefficient (마찰계수), electric connector ( 전기 커넥터), electric resistance (전기저항)

1. 서 론

최근 자동차의 첨단 전자제어시스템이 복잡해지면서 이들 부품을 연결해 주는 각종 커넥터의 수는 지속적 으로 증가하는 추세에 있다. 이들 자동차의 전기 커넥 터의 고장 문제를 발생시키는 인자들 중 주요 원인으 로는 진동이나 열팽창 차이에 의한 커넥터 접촉부의 미 동마멸 부식(fretting corrosion) 현상이다. 자동차의 경 우 주행 및 시동에 따른 진동과 엔진의 고온효과에 따 른 열팽창 현상으로 커넥터의 미세한 접촉점 이동을 유

발시킨다. 미세한 접촉점의 이동시에는 커넥터 접촉부 에 절연체인 산화막이 생성되어 이로 인하여 접촉 불 량을 초래한다[1, 2]. 이와 같은 상황에서 각종 전자제 어 센서들에서 출력되는 신호 데이터 값이 왜곡될 수 있다. 최종적으로 전자장치들의 오작동을 초래할 수 있 으며 차량 운행에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

커넥터의 미동마멸부식에 영향을 미치는 인자들에 대 하여 국내외적으로 많은 연구가 진행되어 왔다[3-5]. 미 동마멸부식에 영향을 미치는 주요인자로는 전류크기, 접 촉하중, 상대습도, 미동마멸 주기, 미동마멸 거리, 온도, 접촉변위, 분위기 가스 등으로 알려져 있다. 예로 Park 과 Lee[3]는 주석 도금한 황동 시험편에 대하여 미동마

†

Corresponding author : [email protected]

Tel: +82-2-970-6348, Fax: +82-2-979-7032

전기저항이 0.1 Ω이 발생하는 반복수를 파손기준으로 가정하여 접촉하중과 수명과의 상관관계를 도출하였다.

Hannel 등[5]은 동합금 판재에 다양한 도금한 판재와 도금을 하지 않은 판재에 대하여 미동마멸부식 실험을 통하여 미동마멸 미끄럼 조건과 전기 접촉성능의 상관 관계를 도출하였다.

전장품의 고급화와 함께 고급차의 경우 국내외적으 로 전기 커넥터의 신뢰성 확보를 위하여 금이나 은을 적용하고 있다. 그러나 지금까지의 커넥터 연구는 주 로 주석을 도금한 시험편에 대하여 연구가 진행되어 왔으며 은 도금 커넥터에 대한 연구는 매우 제한적이 다. 예로 Rudolphi와 Jaconson[6, 7]은 은도금한 직경 10 mm의 구리 봉에 대하여 직각으로 미동마멸 실험 을 통하여 기존의 거의 탄성상태에서의 미동마멸 거동 과 다른 거동에 대하여 발표하였다. 은도금의 경우 높 은 접촉 하중과 마찰력으로 인하여 접촉면에 과도한 소성이 발생하면서 미동마멸이 진행되며 이를 전체 소 성 미동마멸(gross plastic fretting) 현상이라고 제안하 였다. 이들은 변위 진폭과 접촉하중에 따라 전체 용착 미동마멸(gross weld fretting), 일시적 용착 미동마멸 (temporary weld fretting), 전체 미끄럼(gross slip) 구 간이 존재한다고 발표하였다.

본 연구에서는 은을 도금한 황동 커넥터에 대하여 일정한 변위상태(± 50 µm)에서 다양한 수직하중에 대 하여 미동마멸 부식 과정을 분석하고자 한다. 접촉압 력의 영향과 접촉저항의 변화를 분석하며 저항 측면에 서 무한 수명을 예측하는 방안을 도출하고자 한다. 이 를 통하여 전기 커넥터의 내구 수명측면에서의 제품의 설계시 기초정보를 제공하고자 한다.

2. 실험 방법

2-1. 시험기의 설계 및 제작

미동마멸 시험기를 제작하기 위하여 정밀한 변위제 어를 위하여 압전구동기[8]나 스텝핑 모터를 적용한다.

본 연구에서는 미동마멸 시험을 위하여 Fig. 1과 같이 정교한 이동변위 및 접촉하중을 제어하고 측정하는 시 스템을 설계 및 제작하였다. 실험장치는 시험편의 하 중을 발생시키는 하중 발생 시스템(loading device),

작용 하중 및 변형량을 측정하는 하중 및 변위 측정시 스템, 시험편에 하중을 전달하는 하중전달 시스템(load train system), 시험편을 고정하고 지지하는 그립 및 지그, 시스템 기반(base)으로 구성하였다. 또한 시험편이 초소형인 관계로 시편의 위치를 조정하는 X-Y-Z 스테이 지를 설치하였다. 수평 및 수직방향 로드셀로부터 검출 된 신호는 다이내믹 앰프(Vishay Micro-Measurements, 2300 Signal Conditioning Amplifier) 를 통하여 증폭하 였다. 두 접점의 상대 이동변위를 측정하기 위하여 비 접촉식인 해상도 0.5 µm의 고해상도 CCD 카메라를 적 용하였다. 시간에 대한 변위 및 하중 신호는 데이터 획 득 장치(National Instrument, DAQCard-6024)를 이용하 여 기록 및 저장하였다. 데이터 획득 및 제어에 사용 한 소프트웨어는 ver. 8.0 LabVIEW를 사용하였다.

2-2. 시험편의 제작 및 실험조건

실험에 사용된 시험편은 두께 0.3 mm의 황동 판재 (JIS C2600) 에 은을 15 µm 두께로 도금한 판재이다.

단일 접촉점을 구현하기 위하여 상부 시편은 곡률반경 1.04 mm의 볼록 시편으로 제작되었으며 하부 시편은 평판으로 제작되었다.

시편에 가해진 미동거리는 ±50 µm로 고정하였다. 미

동거리는 일정한 상태에서 접촉 하중을 변화시키면서

상온에서 실험을 수행하였다. 시험은 최대 4300 사이

클까지 수행하였으며 미동마멸에 의한 표면의 손상정

Fig. 1. Fretting test assembly: dead weight (1), top

specimen grip (2), bottom specimen grip (3), normal

force load-cell (4), x10 lens (5), CCD camera (6), XYZ-

stage (7), X-stage (8), ball-screw (9), stepping motor

(10), displacement gauge (11), tractive force load-cell

(12), and counter balance (13).

도를 분석하기 위해 시편을 채취하여 SEM 분석을 수 행하였다. 상온에서 마찰시 일어나는 열에 의한 영향 을 최소화하기 위하여 평균적으로 0.003 Hz의 주파수 로 실험을 수행하였다. 미동 마멸 시 변화하는 전기접 촉 저항을 측정하기 위해 정전류-저항측정법을 사용하 였다. Fig. 2와 같이 컨넥터 양단에 0.1A의 정전류를 흐르게 하고 대각선 방향에서는 1 nV까지 측정이 가 능한 고해상도 멀티미터기(Agilent 34410A)를 이용하 여 전압을 측정하였다.

3. 실험결과 및 고찰

3-1. 하중별 접촉전기 저항 및 마찰계수 변화 거동 전기접촉저항과 관련된 실험적 인자로는 윤활정도, 미동변위, 온도 등이 있다. 본 연구에서는 변위를 ±50 µm로 고정하고 하중을 0.1 N~0.8 N까지 구간에서 접 촉저항 및 마찰계수를 관찰하였다. 마찰계수 µ는 미동 마멸 시험중에 각 사이클당 안정된 마찰력 (F

) 과 수직 하중(F)의 비로 결정하였다. 시험결과 접촉저항 및 마 찰계수 변화에 대하여 하중 구간별로 0.1~0.4 N, 0.45

~0.65 N, 0.7~0.8 N 구간에서 각기 다른 세 가지의 거동을 확인하였다.

3-1-1. 0.1N~0.4N 구간

Fig. 3(a), (b)는 접촉하중 0.2 N에서의 미동마멸 사 이클 수에 대한 전기저항과 마찰계수의 변화를 각각 나타내는 그래프이다. Fig. 3(a)에서 보듯이 하중이 작 용한 몇 사이클 후에 접촉저항이 0.04 Ω 정도까지 증 가한다. 그 이후에 급감하다 다시 급격히 증가하여 약 110 사이클에서 거의 0.37 Ω까지 증가한 후에는 0.23 Ω 정도의 매우 안정적인 접촉저항을 유지한다. Fig.

3(b)의 마찰계수 변화거동에서는 초기에는 마찰계수가 0.35 까지 급격히 증가하다 급격히 감소하여 0.05 정도 에서 매우 안정적으로 서서히 증가하여 약 0.1에 접근 하는 경향이 있다. 초기의 0.35까지 증가하는 이유는

금속(=은) 대 금속(=은)으로 건마찰 조건에서 접촉하면 서 나타나는 현상으로 파악된다. 이는 금속의 건마찰 조건에서의 동마찰계수인 0.3~0.5 구간에 해당한다 [9].

이와 같은 가정은 Fig. 3(a)에서와 같이 전기저항이 낮 Fig. 2. Schematic of measurement for contact resistance.

Fig. 3. Change in (a) contact resistance and (b) friction coefficient of the silver plated brass connector across the contact zone as a function of fretting cycles under an applied load of 0.2 N.

Fig. 4 Fretted surfaces (a) at R=0.1 Ω, (b) at the peak

resistance point, and (c) after 1400 cycles under an

applied load 0.2 N.

Fig. 4(a) 의 경우 접촉저항이 0.1 Ω이 될 때의 표면 상태로 마모가 거의 이루어지지 않은 상태임을 확인할 수 있다. Fig. 4(a)에서 원으로 표시한 부분은 도금층 표면이 도금불량으로 기포가 발생하여 약간 부풀어 오 른 것으로 판단된다. Fig. 4(b)는 전기저항이 최대가 되는 지점에서의 표면상태로 Fig. 4(a)에 비해 마모가 약간 진행된 것으로 판단된다. Fig. 4(c)는 1400 사이 클 이후의 표면 상태이다. 표면의 경우 마모가 진행된 흔적은 보이지만 산화물 분쇄물 덩어리(debris)들이 관 찰되지는 않았다.

Oh 의 연구[4]에 따르면 주석도금 시편의 경우 접촉 저항이 최대 1 Ω 이상까지 증가하면서 산화막층이 벗 겨지고 분쇄되어 5-10 µm 정도 크기의 산화물들이 접 촉부위에 존재하는 것으로 관찰되었다. 그러나 은도금 시편의 경우는 최대 전기접촉저항이 0.4 Ω 정도까지 증가하며 매우 안정된 상태를 유지하여 주석도금보다 는 은도금이 접촉저항 성능 측면에서 우수한 것으로 판단된다. 은도금 커넥터의 경우 표면에 산화막 덩어 리들이 접촉면에 유입이 되어 접촉저항이 증가하기보 다는 매우 얇은 부도체 산화막(Ag

O) 이 존재하기 때문 에 접촉저항이 증가하는 것으로 사료된다. 마찰계수가 0.05~0.1 정도로 작고 안정적이며 접촉전기저항이 매 우 안정적인 이유로는 은도금 막에 얇은 산화막이 존 재하며 이들 산화막이 저하중 구간에서는 파쇄내지는 분쇄가 이루어지지 않고 견고히 부착되어 있는 것에 기인한 것으로 판단된다.

3-1-2. 0.45N~0.65N 구간

Fig. 5(a), (b)는 각각 접촉하중 0.45 N이 작용할 때 미동마멸 사이클에 대한 전기저항과 마찰계수의 변 화를 나타내는 그래프이다. Fig. 5(a)에서 보듯이 저하 중에 비하여 급격한 전기접촉저항 거동은 나타나지 않 았다. 이는 저하중 영역에서와 달리 초기 약 10 사이 클 근처에서 산화막이 벗겨지고 이후에는 금속과 금속 이 접촉을 하면서 마모가 발생하여 전기 저항이 급격 히 변화하지 않는 것으로 판단된다. 마모로 인하여 분 리된 금속 덩어리들과 산화물의 작은 입자들이 이들 접촉부 사이에 삽입되어 접촉 전기저항도 약간 불안정 하며 Fig. 5(b)와 같이 마찰계수도 불안정한 것으로 판

단된다. 이러한 거동이 약 2300 사이클까지는 진행된 다. 그 이후에는 외부 산화막이 별로 없이 은과 은도 금층이 직접 접촉하는 응착(adhesion) 마모가 주로 발 생하여 마치 표면에 냉간압접(cold welding)을 가한 것처럼 한 덩어리가 되어 이동한다. 이와 같은 현상은 두 접점 시험편을 최종적으로 분리시 ‘틱’ 소리가 발 생함으로 알 수 있다. 이와 유사한 거동은 은도금 접 점에 대하여 연구 결과[7]와 일치한다.

Rudolphi 와 Jaconson[7]은 구리에 은을 도금을 한

실린더 형태로 이루어진 두 접점의 접합강도를 측정하

였다. 접촉하중이 작고 이동변위가 작을 경우 전반적

으로 미끄럼이 발생하는 조건(all gross slip)이 되어

접합강도가 0에 해당하였다. 그러나 접합하중이 크고

이동변위가 짧을 경우 전반적으로 융착 조건(all gross

weld) 으로 되어 접합강도가 접촉하중의 1-4배 정도에

해당한다고 보고하였다. 또한 도금 두께가 두껍고 접

촉변위가 클 경우 접촉하중이 증가하면 이로 인하여

접촉면적이 증가하여 두 접점을 분리하는데 힘이 증가

하는 것으로 보고하였다[7]. 따라서 본 연구에서

0.45~0.65N 구간에서는 두 접점 사이가 냉간 압접 상태

로 인하여 접촉저항의 경우 비교적 일정하며 매우 낮

Fig. 5. Change in (a) contact resistance and (b) friction

coefficient of the silver plated brass connector across

the contact zone as a function of fretting cycles under

an applied load of 0.45 N.

은 전기 접촉저항을 가지며 마찰계수는 불안정한 상태 인 것으로 판단된다. Fig. 6은 4300 사이클 이후의 접 점부의 표면상태로 접점 이동방향인 좌우 방향으로 은 산화물 혹은 은과 은산화물의 혼합물이 심하게 소성변 형이 발생하여 뭉개지면서 표면에 덮여 있음을 알 수 있다

3-1-3. 0.7N~0.8N 구간

Fig. 7(a), (b) 는 각각 접촉하중 0.7 N의 하중이 작 용할 때의 미동마멸 사이클에 대한 전기저항과 마찰계 수의 변화를 나타내는 그래프이다. Fig. 7(a)에서 보듯 이 하중이 작용한 몇 사이클 후에 접촉저항이 0.04 Ω 정도까지 증가한다. 그 이후에 급감하며 0.0007 Ω 정 도의 매우 낮으며 안정적인 접촉저항 값을 보인다.

저하중 F=0.2 N에서는 약 100 사이클 이후에 안정 적이었으나 F=0.7 N의 경우는 이에 비하여 매우 짧은 사이클 수에서 안정적인 접촉저항을 유지한다. 이와 같 은 이유로는 높은 접촉압력으로 은과 은, 즉 금속 대

금속의 접촉을 형성하여 접촉저항이 매우 낮은 것으로 판단된다. 또한 Fig. 7(b)의 마찰계수는 초기에는 마찰 계수가 0.55까지 증가하다가 중간에 불안정하게 출렁 거리는 구간 이후에 약 800 사이클 이후에는 약 0.45 정도로 유지하는 경향이 있다. 저하중 F=0.2 N의 경 우와 비교하여 저하중에서는 마찰계수가 안정된 구간 에서 0.05~0.1 구간임을 감안하면 비교적 높은 마찰계 수가 작용한다. 이와 같은 이유는 접촉저항 측면에서 설명한 것처럼 800 사이클 이후에 금속 대 금속으로 건마찰 조건에서 접촉하면서 나타나는 현상으로 파악 Fig. 6. Fretted surface after 4300 cycles under an applied

load 0.45 N.

Fig. 7. Change in (a) contact resistance and (b) friction coefficient of the silver plated brass connector across the contact zone as a function of fretting cycles under an applied load of 0.7 N.

Table 1. Characterization of fretting corrosion types of the silver coated connector Type Resistance variation

behavior Load range Magnitude of stabilized resistance

Friction coefficient variation behavior

Magnitude of friction coefficient Low load Abrupt increase up to 0.4

Ω thereafter very stable 0.1~0.4N 0.4 Ω Short period of peak (0.35)

thereafter very stable 0.05~0.1 Mid. load Fluctuation at level of 0.001

Ω thereafter very stable 0.45~0.65N 0.01~0.008 Ω Abrupt peak thereafter

unstable and decrease 0.8~0.3 High load Short period of peak

thereafter very stable >0.7N 0.008 Ω Abrupt peak and fluctuation

thereafter stable ~0.45

된다. 이는 금속의 건마찰 조건에서의 동마찰계수인 0.3~0.5 구간에 해당한다[9].

Fig. 8 은 0.7 N의 하중이 작용할 때 마모가 진행된 각 구간의 표면상태를 나타내고 있다. Fig. 8(a)는 초 기에 마찰계수가 급격히 약 0.55 정도에 해당하는 구 간의 표면 상태이다. 미동마멸이 발생한 부분에서는 약 간의 마모가 발생한 것으로 마찰계수가 증가한 이유로 는 초기의 매우 얇은 산화은 피막이 마모되면서 금속 간의 접촉으로 인하여 마찰계수가 증가한 것으로 판단 된다. Fig. 8(b)는 초기구간에 비해 마찰계수가 Fig.

8(b) 에서 약 0.25 정도까지 저하된 약 700 사이클 구 간에서의 표면 상태이다. 이 사진을 통하여 심한 마모 로 인한 은도금층 덩어리가 표면에 축적되며 축적된 은도금층 덩어리들이 일종의 돌기로 이 돌기들로 인하 여 마찰계수가 불안정하게 증감된 것으로 파악된다. 이 경우에도 금속(은)과 금속(은)이 접촉을 함으로써 전기 접촉저항은 매우 낮고 안정적인 것으로 판단된다. Fig.

8(c) 는 3200 사이클 정도에서 종료된 후의 시편의 표 면을 보여준다. 700 사이클 이후에는 이전에 발생한 표면에 비해 마모되어 축적된 은도금층 덩어리가 별로 없는 것으로 보아 마찰계수가 약 0.35 정도로 낮으며 매우 안정적이고 또한 안정적인 전기접촉 저항값은 금 속과 금속의 접촉을 의미하는 것으로 판단된다. Table 1 은 접촉저항 및 마찰계수 변화에 대하여 0.1~0.4N, 0.45~0.65N, 0.7~0.8N 구간에서 각기 다른 거동을 요약

구조해석을 통하여 평균접촉압력과 접촉저항과의 상관 관계를 분석하였다. 이때 평균접촉면적을 결정하기 위 하여 15 µm의 은도금한 시험편의 접촉부위에 대하여 탄소성을 고려하여 구조해석을 실시하였다.

본 연구에서는 0.3 mm 두께의 황동과 0.2 mm 두 께의 어닐링한 은 판재에 대하여 소형 인장 시험편을 제작하여 인장시험을 실시하였다. 시험편은 평행부는 폭 4 mm이며 길이 8 mm로 어깨부의 곡률반경은 30 mm로 총 시편 길이는 55 mm 이다. 인장실험 결과는 Fig. 9 와 같다. 구조해석은 Abaqus와 HyperMesh를 Fig. 8. Fretted surfaces (a) at the peak resistance point,

(b) after 700 cycles, and (c) after 3200 cycles under an applied load 0.7N.

Fig. 9. Tensile stress-strain curves of (a) brass and (b)

silver.

연동하여 수행하였다. 접촉부 모델의 최소 요소크기는 8 µm로 구성하였다. 전처리 과정은 HyperMesh를 이 용하여 Fig. 10과 같은 모델을 완성하였다. 전체 모델 에 shell 축 대칭 요소인 CAX4 요소를 적용하고 경 계조건을 생성하였다. 시험편 모델의 절점 수와 요소 수는 각각 7740개와 7418개로 구성하였다. 상판과 하 판은 하중은 상판에 작용하도록 하고 하판은 고정하여 Fig. 10과 같이 하중 및 구속조건을 부여하였다. 상판 과 하판사이에 접합 조건을 부여하기 위해 하중을 부 여하는 상판을 master, 구속으로 고정되어 있는 하판을 slave 로 설정하였고, 마찰계수는 0으로 설정하였다.

Fig. 11은 하중 0.5N 조건에서 도금층을 고려하여 탄소성 상태로 가정하여 구조해석 한 접촉압력 분포도 이다. 해석 결과 접촉면의 반경은 31 µm로 나타났으 며 최대 압력은 233 MPa로 나타났다. 은도금층을 고 려한 탄소성 상태에서의 실험 접촉하중에 대한 해석 결과는 Table 2와 같다.

Fig. 12 는 평균접촉압력 p(=F/πa

) 을 결정하여 저하 중 영역에서 평균접촉압력과 안정화된 접촉저항과 관 계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프를 통하여 접촉

저항(Ω)과 평균접촉압력(p)이 다음과 같은 관계식으로 나타났다; p = 106.2 R

. 일반적으로 컨넥터가 접촉 시 압력이 증가할 경우 접촉 면적이 증가한다. 접촉 면 적이 증가시에는 단순히 전류 흐름의 면적이 증가함으 로 접촉저항이 감소하여 결과적으로 접촉압력이 전기 접촉저항에 지대한 영향을 끼치고 있음을 알 수 있다.

신호용 커넥터의 수명은 접촉저항이 일정한 수준 예 로 0.01 Ω에 도달하는 주기를 수명으로 간주한다. 그 러나 본 연구에서는 은도금 커넥터의 경우 접촉하중과 접촉저항이 0.45~0.8N 구간에서는 0.01 Ω에 도달하지 Fig. 10. 2-D mesh of the cross section of the fretting

specimen.

Fig. 11. 3-D contact pressure distribution of silver coated brass plate under 0.5 N.

Table 2. Summarized the FEM results on average contact pressure under various loading conditions

Contact Force(N)

Contact Radius(ìm)

Average Pressure(MPa)

0.1 17 110.1

0.125 18 122.8

0.15 20 119.4

0.2 22 131.5

0.3 25 152.8

0.4 28 162.4

0.45 30 159.2

0.5 31 165.6

0.6 33 175.4

0.65 34 179.0

0.8 36 196.5

Fig. 12. Stabilized average contact resistance against

average contact pressure of silver coated connectors in

low load region.

않았다. 이와 같은 결과는 은도금 커넥터를 설계시에 는 0.4N의 하중영역을 벗어난 0.45~0.8N 영역에서 커 넥터 접점을 설계한다면 거의 무한 수명을 유지할 것 으로 판단된다. F = 0.45 N에 해당하는 평균 접촉압력 은 구조해석 결과 159 MPa로 나타났다. 반대로, 은도 금된 커넥터의 경우 접촉 하중이 낮을 경우 주석의 경 우[7]보다 성능이 저하하는 경향이 있음을 의미한다.

결론적으로 은도금된 커넥터를 설계시에는 접촉압력을 고려하여 접촉변위진폭 δ = ±50 µm조건에서는 평균 접 촉압력 159 MPa 이상을 유지하도록 스프링을 설계하 는 것이 매우 중요함을 암시한다.

Fig. 13 은 전체 하중 구간에서의 평균접촉압력(p)과 안정화되는 사이클 수(N

) 와의 관계를 나타내는 그래 프이다. 이 그래프를 통하여 0.45~0.8N 하중 조건에서 안정화되는 사이클 수(N

) 는 평균접촉압력(p)에 다음과 같이 비례적임을 알 수 있다 p

[in MPa]. 이와 같은 경향은 주석에서의 일정저항에 도달 하는 사이클 수와 하중이 비례하는 경향과 유사하다.

4. 결 론

은도금한 전기커넥터의 미동마멸부식 현상을 연구하 기 위하여 은을 15 µm로 도금한 시험편에 대하여 일

정한 변위진폭( ) 으로 미동마멸부식 실험을

수행하였다. 실험결과는 다음과 같다.

1. 은 도금된 접촉부의 경우 하중의 크기에 접촉저 항 및 마찰계수의 변화 측면에서 세 가지의 거동을 확 인하였다. 안정적인 접촉 저항은 낮은 하중에서는 0.4

격히 증가한 후에 매우 안정적이며 마찰계수는 짧은 증가 직후에 0.005~0.1 수준의 매우 안정적인 것으로 나타났다.

3. 0.7N 이상의 하중 구간 경우에도 접촉저항이 초 기에 급격히 증가한 후에 매우 안정적이며 마찰계수는 불안정한 출렁거림이 계속되면서 0.45 정도로 높았다.

이는 일정 사이클 후에는 금속 대 금속 접촉을 하면서 응착마모로 인한 것으로 판단된다.

4. 은 도금 커넥터를 설계시에는 0.45 N 이상의 영 역에서 커넥터 접점을 설계한다면 통상적인 접촉저항 기준인 0.01 Ω에 도달하지 않는 거의 무한 수명에 도 달하며 하중 F = 0.45 N에 해당하는 평균 접촉압력은 159 MPa로 나타났다.

Acknowledgement

이 연구는 서울과학기술대학교 교내연구비(2014- 0430) 의 지원으로 수행되었습니다.

References

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