







随着新能源汽车的普及,充电桩像加油站一样随处可见,而充电枪作为汽车补能的关键部件,它的可靠性直接关系到了设备的安全与用户的体验。
某电动汽车充电枪,在室外运行2-3个月后出现批量烧损,插针在经过高温、高温高湿或高低温冲击试验后,压接电阻成倍增加。
是压接工艺存在隐蔽缺陷?是铜线束遭受了超预期的电应力冲击?还是某种外部因素侵入了端子内部,改变了接触界面的性能?
要搞清楚这几个问题,光靠外观检查是远远不够的——需要从接触电阻、表面状态、腐蚀产物、微观组织等多个维度逐层排查,才能锁定失效根因。
外观检查 采用体视显微镜对样品进行宏观外观检查。 NG样品:铜线均无金属光泽。NG1/NG2可见漆皮烧毁、碳化发黑及金属断裂等现象,铜线表面生成绿色异物;NG4可见漆皮发黑,弯折后漆层易断脱落。 试样外观图 OK样品:铜线均可见金属光泽,存在断裂、压伤等机械损伤痕迹,部分铜线表面可见异物黏附,且呈浅绿色。 试样外观图 结论:样品在宏观外观上存在显著差异,初步指向腐蚀为失效的重要表征,但尚无法区分腐蚀成因与机理。 接触电阻测试 根据GB/T 5095.2-1997部分标准规定,对样品进行接触电阻测定,加载电流约10A,结果如下。 NG样品:NG1/NG2升高至0.99~1.35mΩ,约为正常值的1.5~2倍;NG3/NG4急剧攀升至4.83~7.22 mΩ,达到正常值的7~12倍。 OK样品:接触电阻分布在0.50~0.73mΩ区间,数据稳定,离散性小。 接触电阻测量图 结论:NG样品存在明确的接触电阻异常升高现象,且失效程度存在梯度差异。 异物分析 对样品铜线表面异物进行扫描电镜(SEM)形貌观察,并采用能谱法(EDS)进行微区成分定量分析。 NG样品:SEM下铜线表面可见异物及龟裂纹,属于典型的腐蚀形貌,且发生局部均匀腐蚀;腐蚀剥落处裸露铜线基材,表面可见因腐蚀产生的凹坑。EDS分析显示,腐蚀产物含有O、Cl、Ca、Mg等元素,其中Cl元素含量高达14.6 wt%。 试样铜线表面异物微观图与能谱图 OK样品:铜线表面存在少量黏附物,EDS仅检出微量Cl元素(0.7 wt%),未见典型腐蚀形貌及剥落凹坑。 试样铜线表面异物微观图与能谱图 结论:失效样品表面存在以高浓度Cl元素为特征的典型电化学腐蚀产物,正常样品仅存在微量污染。 红外光谱定性 对NG样品表面绿色腐蚀产物进行傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析,与标准化合物图谱比对。 绿色腐蚀产物的红外光谱图与碱式氯化铜(Cu₂(OH)₃Cl)的标准特征峰高度匹配,且腐蚀物呈特征绿色,与碱式氯化铜的物理性状完全一致。 腐蚀物FT-IR图 结论:腐蚀产物的化学身份得以锁定——铜线束表面发生了以氯离子为介导的碱式氯化铜腐蚀反应,这是电化学腐蚀而非单纯高温氧化的明确证据。 纵向剖切与表面分析 将样品纵向剖切,对铜线束不同深度、铜线-端子过渡区及压接紧密接触区进行SEM/EDS逐层排查。 NG1靠近端口处:铜线集束位置存在大量氧化色碎屑及绿色颗粒碎屑,碎屑以Cu为主并含O、Cl元素。 铜线束中间部位:表面无光泽,微观可见大量腐蚀剥落形貌,腐蚀物以O元素氧化腐蚀为主,并含少量Cl元素。 铜线与端子过渡接触区:存在明显凹坑,凹坑内结晶颗粒物Zn含量较高,表明端子镀层已被破坏、基材裸露。 铜线与端子压接紧密接触区:镍镀层仍保持金属光亮,O元素含量低,未见镍基显著腐蚀形貌;线束间空隙处可见少量含Zn金属屑堆积,为镀层破坏后的转移产物,非镍层本体腐蚀。 试样NG1外观以及剖切后微观图 NG3:与NG1类似,线束与镀镍层紧密接触位置的块状物为铜氧化/氯化物,微小颗粒物为铜氧化物;镀镍层本身未见明显腐蚀。 试样NG3外观以及剖切后微观图 OK1:铜线集束位置光亮,未见明显腐蚀形貌;镍镀层光亮,紧密接触区较干净,线束间异物主要为有机物。 试样OK1外观以及剖切后微观图 结论:腐蚀主要集中于铜线束表面及线束间空隙,端子镀镍层在压接紧密区仍保持完好,镀层本身并非腐蚀的始发位置;过渡区镀层破坏与铜线腐蚀为伴随现象,真正的腐蚀驱动力来自外部环境。 材质成分与金相组织 采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)进行铜材化学成分分析,并对压接端子截面进行金相组织检验。 成分分析:NG1与OK1铜线的主要元素均为Cu余量,杂质元素(Sn、Pb、Fe、Ni、Zn等)含量极低,两者无显著差异,基本排除杂质差异对腐蚀的影响。 金相组织(NG2 vs OK3):NG2截面可见压接边角铜发黑,大量与端子接触的铜线及内部铜线表面存在明显层状发黑腐蚀物,端子镀镍层未见明显异常;OK3的压接边角、铜线表面及端子镀镍层均未见明显异常。 试样NG2压接端子显微图 试样OK3压接端子显微与能谱图 显微组织(NG1 vs OK1):两者端子表面均为镀镍层/次表层铜层/黄铜基材结构,端子组织为孪晶α相+β相,线束为等轴α相;显微组织相似,OK1镀镍层厚度略大于NG1,但均未见冶金缺陷。 试样NG1与试样OK1显微组织图 结论:可排除铜材杂质差异、显微组织异常及端子镀镍层本身缺陷对失效的影响,材料内因并非根因,失效由外部因素驱动。 温湿模拟与镀层对比 将正常样品置于85℃/85%RH恒温恒湿箱中放置50h,试验前后测量接触电阻,并进行SEM/EDS表面分析;同时设置镀镍(OK)与镀银(Ag)样品对比组。 OK4试验后:铜线表面粗糙、失去金属光泽,出现氧化皮及疑似绿色物;接触电阻从试验前的0.62 mΩ左右升高至1.42~1.67 mΩ(增幅约2.5倍)。SEM下可见微小颗粒状铜氧化腐蚀物,以及与Cl元素相关的点蚀;端子内线束亦出现轻度腐蚀。 试样OK4试验后外观图 镀镍(OK5/OK6)vs镀银(Ag1~Ag4)对比:同等试验条件下,镀镍样品接触电阻急剧升高至5.5~6.6 mΩ,增幅达8~10倍,且OK5表面能谱检出少量Cl元素;镀银样品增幅相对温和(Ag4升至1.4 mΩ,其余在0.8~0.9 mΩ),Ag3端子外线束表面大部分较干净,腐蚀面积及程度明显弱于OK5。 试样OK5/Ag3试验后外观图 参比样:未做温湿试验的样品(OK2/Ag5/Ag6)接触电阻基本稳定,排除测试系统误差。 结论:高温高湿环境可成功复现接触电阻倍增现象,是腐蚀的强加速因子;Cl离子在试验后样品表面的检出进一步印证了其作为腐蚀介导的关键角色。此外,镀银端子的耐蚀稳定性显著优于镀镍端子,为后续工艺改进提供了方向。 失效根因: 端子线束表面接触了含有Cl⁻离子的污水,导致铜线束发生氧化/氯化腐蚀,接触电阻增大。污水中的Cl⁻破坏了铜表面氧化膜,形成持续的电化学反应,是过早失效的主因。





