引言

银基合金由于具有优良的导电性和导热性，良好的焊接性和耐蚀性等特点，被广泛用作继电器的电接触材料。由于电磁继电器在服役过程中受到强烈的冲击和振动，因此继电器上的簧片要求具有极高的可靠性。Ag-Mg-Ni合金具有高弹性和高抗蠕变性而被广泛应用簧片材料，但簧片断裂失效是经常遇到的问题，目前对于簧片相关的失效原因和失效机理尚无公开发表的文献。

来自工信部电子五所分析中心的研究人员系统地分析了继电器簧片的断裂失效原因和材料的微观组织，探讨了断裂失效的根本原因和沿晶断裂失效的机理。相关论文以题为“Failure analysis of an Ag-Mg-Ni reed in a relay inaircraft applications”发表在工程技术领域顶刊《Engineering Failure Analysis》。

研究发现电磁继电器中的簧片断裂位置在簧片和固定片接触的区域，为服役中的应力集中点。簧片材料为Ag-0.17Mg-0.15Ni牌号，经过铸造、轧制和内氧化制成。

图1 (a) 继电器的结构示意图；(b) 失效簧片的整体形貌

1 化学成分

采用ICP-OES测试正常簧片和失效簧片的化学成分，两个样品的成分基本符合技术要求，失效簧片的Ni含量接近技术要求的上限。

表1簧片的化学成分结果(wt.%)

2. 断口形貌

簧片的断裂模式为沿晶断裂，对裂纹源、裂纹扩展路径和沿晶二次相进行表征，沿晶断口中的颗粒相为Ni颗粒和Ni的氧化物。根据二次相的成分，断口上较大的二次相颗粒可能是Ni颗粒，而较小的可能是NiO颗粒。

图2 簧片的断口形貌

表2二次相的主要成分(at.%)

3. 微观组织

3.1 截面的晶粒尺寸

失效簧片横截面上的晶粒分布极不均匀，近表面的晶粒均匀细小(5-10μm)，心部存在异常大的晶粒(100-200μm)，根据晶粒尺寸的统计信息，失效品的大尺寸晶粒数量明显多于未失效品。

图3失效簧片的微观组织

图4 (a)和(b)未失效簧片的微观组织; (c)和(d)未失效簧片和失效簧片的晶粒尺寸统计

3.2 二次相颗粒

失效簧片上二次相颗粒尺寸从几微米到20微米不等，此外还观察到一个异常大的颗粒，尺寸近50μm，颗粒含有92%的Ni和8%的O(at.%) ，表明合金组织存在严重的Ni偏析。值得注意的是，异常大的颗粒周围存在微裂纹。

图5 失效簧片中的二次相的微观形貌

4. 显微硬度

失效簧片横截面的维氏硬度呈“V”字型，晶粒尺寸越大，硬度值越小，与微观组织结果对应，但是整体硬度值低于技术要求。

图6失效簧片的晶粒尺寸与硬度分布的关系

5. TEM表征

FIB样品中可观察到沿晶分布的大量纳米颗粒，颗粒的尺寸从几个纳米到几十纳米不等，颗粒断续分布在晶界上。基体上Mg和O分布均匀，有一些富Ni的小颗粒。

图7 (a)和(b) FIB样品的SEM图片；(c)和(d)晶界处的纳米析出相

图8高角度暗场图像和Ag、Mg、Ni和O元素分布

综合以上分析，由于合金中严重的Ni偏析，使得微观组织不均匀，且心部组织存在异常粗大的晶粒，导致簧片的整体力学性能低于技术要求。同时，Ni偏析形成大尺寸的Ni颗粒，促进了合金中微裂纹的产生。此外，晶界上分布的大量纳米颗粒，使得晶界弱化，最终导致簧片发生沿晶断裂。本研究对内氧化Ag基电接触材料的微观结构表征和失效分析具有重要的指导意义。

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