非線繞電位器硫化失效案例分享

電位器是具有三個引出端、阻值可按某種變化規(guī)律調(diào)節(jié)的電阻元件，可分為線繞電位器和非線繞電位器。其中非線繞電位器的種類、型號繁多，但其基本組成構(gòu)件是大致相似的，基本組成結(jié)構(gòu)主要包含：電阻體、電刷、基體、驅(qū)動裝置（螺桿、蝸輪）、外殼和引腳，典型的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1電位器的典型結(jié)構(gòu)示意圖

本文分析的是一種常見的玻璃釉膜電位器，是一種非線繞接觸式機(jī)電轉(zhuǎn)換元件，通過改變電刷觸點(diǎn)在玻璃釉膜片軌道（按一定阻值規(guī)律變化）上的位置，控制輸出電參數(shù)的改變，其典型的外觀形貌如圖2(a)所示，引腳1和3對應(yīng)電阻體兩端的定引出端，即為電位器電阻體的總阻，引腳2對應(yīng)電阻體動引出端（電刷），分別與引腳1和3之間組成電位器的兩個分阻，等效電路示意圖見圖2(b)所示。

圖2 (a)電位器的典型外觀形貌；(b)電位器的等效電路示意圖

根據(jù)電位器的原理和等效電路，測試發(fā)現(xiàn)電位器的總阻阻值正常而兩個分阻阻值已出現(xiàn)增大（且不穩(wěn)定）的現(xiàn)象。對電位器進(jìn)行機(jī)械開封，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的典型形貌如圖3所示，除電位器的基本組成結(jié)構(gòu)外，電位器內(nèi)部的電阻體/電刷觸點(diǎn)與引腳（焊點(diǎn)）之間通過面電極連接，面電極由具有良好導(dǎo)電性、高熔點(diǎn)的銀鈀（Ag/Pd）漿料燒結(jié)而成。

圖3電位器內(nèi)部結(jié)構(gòu)典型形貌

正常的面電極呈銀白色金屬光澤，如圖4(a)引腳1位置所示，而引腳3和引腳2的面電極表面已呈黑色，SEM和EDS分析顯示，面電極表面的黑色物質(zhì)為枝晶狀的硫化銀（如圖4(b), (c)所示）。

由于電位器調(diào)節(jié)螺桿的存在，一般情況下均是非密封的，電位器在使用時會受到溫度、濕度和空氣清潔度等環(huán)境影響，外界含硫的物質(zhì)滲入到電位器內(nèi)部，電位器面電極中的銀（Ag）極易與硫（S）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，銀（Ag）被硫化生成黑色、導(dǎo)電性能差的硫化銀（Ag2S），硫化反應(yīng)的離子式如下：

2Ag+S ^2-^ →Ag2S+2e^-^

Ag2S+S ^2-^ →Ag2S 2 +2e^-^

2Ag+Ag2S 2 +2e ^-^ →2Ag2S

導(dǎo)電性能差的硫化銀存在于面電極與電刷觸點(diǎn)之間，引起電刷觸點(diǎn)與面電極之間接觸電阻增大，繼而造成電位器的分阻阻值增大失效。

圖4 (a)電位器內(nèi)部結(jié)構(gòu)(b),(c)面電極表面黑色物質(zhì)的形貌(d)面電極表面黑色物質(zhì)的EDS結(jié)果

由于電位器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即存在驅(qū)動裝置（螺桿、蝸輪）和電刷觸點(diǎn)，電位器通常為非密封元件，且面電極表面無法涂覆耐腐蝕材料進(jìn)行保護(hù)。因此，對于電位器面電極硫化失效，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能的改進(jìn)方案有：（1）面電極表面鍍抗硫化能力強(qiáng)、導(dǎo)電性和耐磨性好的鍍層；（2）改用不易被硫化的面電極材料如增加銀鈀漿料中鈀含量或用金漿料替代。此外，可參考ASTM B809-2018進(jìn)行硫化試驗(yàn)，評估電位器的防硫化能力和在含硫環(huán)境中的可靠性。