第1篇 电接触基础 2
第1章 电接触概述 2
1.1 引言 2
1.2 基本特征综述 4
第2章 接触机理 7
2.1 固体表面 7
2.2 表面形貌 8
2.3 测量表面参数的现代方法 15
2.4 光滑表面的接触 18
2.4.1 塑性接触和弹塑性接触 20
2.5 粗糙表面之间的接触 23
2.5.1 Greenwood-Williamson模型 23
2.5.2 多级模型 26
2.5.3 弹性接触转变到塑性接触 29
第3章 摩擦学 31
3.1 摩擦 31
3.1.1 摩擦定律 31
3.1.2 实际接触面积 33
3.1.3 界面粘合（摩擦的粘着分量） 33
3.1.4 摩擦时的变形 36
3.1.5 摩擦是运行条件的函数 38
3.1.6 初始位移 39
3.1.7 粘性滑动 40
3.2 磨损 41
3.2.1 磨损阶段 42
3.2.2 磨损的简化模型 43
3.2.3 磨损的基本原理 44
3.2.4 磨料磨损 45
3.2.5 粘着磨损 49
3.2.6 粒块形成 49
3.2.7 疲劳磨损 50
3.2.8 腐蚀磨损 51
3.2.9 微动磨损 53
3.2.10 脱层磨损 54
3.2.11 侵蚀 56
3.2.12 组合磨损方式 56
3.3 润滑 57
3.4 摩擦学目前的发展趋势 58
第4章 电接触材料 61
4.1 金属电接触材料 61
4.1.1 电接触材料的性能 61
4.1.1.1 铜 64
4.1.1.2 铝 66
4.1.1.3 银 67
4.1.1.4 铂 69
4.1.1.5 钯 69
4.1.1.6 金 69
4.1.1.7 铑 70
4.1.1.8 钨 70
4.1.1.9 镍 70
4.1.2 重载荷及中等载荷电接触金属及合金材料 71
4.1.3 轻载荷电接触的金属和合金材料 73
4.1.4 液态金属接触材料 74
4.1.5 弹性电接触材料 76
4.1.6 形状记忆合金及其在电接触中的应用 77
4.2 电接触用镀层 79
4.2.1 基本要求 79
4.2.2 表面工程技术 81
4.2.2.1 表面偏析 81
4.2.2.2 离子注入 82
4.2.2.3 电镀 83
4.2.2.4 化学镀 85
4.2.2.5 喷镀 85
4.2.2.6 化学沉积 86
4.2.2.7 刷镀 87
4.2.2.8 物理气相沉积技术 87
4.2.2.9 电火花沉积 88
4.2.2.10 中间过渡层 88
4.2.2.11 多层电接触 88
4.2.3 镀层材料 89
4.2.3.1 用于电源连接器的镀层（铜、铝连接） 89
4.2.3.2 电子／电力工业镀层 92
4.3 复合电接触材料 98
4.3.1 转换设备复合电接触材料 98
4.3.2 用于滑动触点的自润滑复合材料 104
4.4 纳米材料 110
4.4.1 纳米材料总体性能 111
4.4.2 力学性能 112
4.4.3 电性能 117
4.4.4 磁性能 119
4.4.4.1 巨磁阻 120
4.4.4.2 弹道磁阻效应 122
4.4.5 纳米管 123
4.4.6 热稳定性 125
4.4.7 纳米材料表征技术 125
4.4.7.1 纳米压痕 126
4.4.7.2 扫描探针显微镜 127
第5章 通过接触面的电流和热流的传导 131
5.1 接触电阻 131
5.1.1 圆形和非圆形的a斑点 131
5.1.2 信号频率的影响 136
5.1.3 尺寸影响，纳米级接触 137
5.1.4 表面膜的影响 140
5.1.5 接触形状的影响 145
5.1.6 粗糙接触的传导性 150
5.2 接触面的热效应 157
5.2.1 热传导理论的基本原理 158
5.2.2 热传导理论的基本问题 159
5.2.3 电流对接触斑点的加热 163
5.2.3.1 无膜金属接触 163
5.2.3.2 有表面膜的接触斑点的生热 166
5.2.3.3 带有隧道-导电膜的接触间隙的场强 169
5.2.4 摩擦生热公式 170
5.2.5 电接触的闪点 173
5.2.6 摩擦接触的瞬态热效应 175
5.2.6.1 热弹性的不稳定性 176
5.2.6.2 温度-摩擦系数引起的非稳定性 176
5.2.6.3 摩擦方式的变化与非稳定性间的关系 176
第6章 电接触中的可靠性问题 178
6.1 电接触可靠性的重要性 178
6.2 电接触的必要条件 179
6.3 影响电接触可靠性的因素 179
6.4 连接器的失效机理 181
6.4.1 接触面积 181
6.4.2 氧化 183
6.4.3 腐蚀 184
6.4.4 微动磨损 187
6.4.4.1 微动机理 188
6.4.4.2 影响微动的因素 189
6.4.4.3 电接触中的微动 190
6.4.4.4 接触载荷 191
6.4.4.5 运动频率 194
6.4.4.6 滑动幅值 194
6.4.4.7 相对湿度 194
6.4.4.8 温度 195
6.4.4.9 电流作用 196
6.4.4.10 表面加工 198
6.4.4.11 硬度 198
6.4.4.12 金属氧化物 199
6.4.4.13 摩擦系数 199
6.4.4.14 电化学因素 199
6.4.5 金属间化合物 199
6.4.6 电子迁移 205
6.4.7 应力松弛和蠕变 207
6.4.7.1 电流作用的本质 208
6.4.7.2 电流对应力松弛的作用 209
6.4.8 热膨胀 214
6.5 连接劣化的影响 214
6.5.1 接触剩余寿命的预测模型 216
6.5.2 接触劣化的经济影响 221
6.5.3 电源品质 223
第2篇 电接触应用 226
第7章 电力连接 226
7.1 电力连接器的类型 226
7.2 结构设计和退化机理 227
7.2.1 螺栓连接器 227
7.2.1.1 螺栓连接的磨损 231
7.2.1.2 铝连接器的微动磨损 233
7.2.1.3 金属间化合物 235
7.2.1.4 蠕变和应力松弛 236
7.2.2 母线-穿刺接触 238
7.2.3 压接式连接器 240
7.2.3.1 压接连接的退化机理 242
7.2.3.2 腐蚀 243
7.2.3.3 压接式连接器中的微动 245
7.2.4 机械连接器 245
7.2.4.1 接线螺钉连接器 245
7.2.4.2 绝缘刺穿连接器 249
7.2.4.3 楔形连接器 249
7.2.5 焊接连接器 250
7.3 减缓措施 252
7.3.1 接触面积-连接器设计 252
7.3.2 接触压力 254
7.3.3 表面预处理 256
7.3.4 机械接触装置 256
7.3.4.1 重新固定 259
7.3.4.2 双金属嵌入 260
7.3.4.3 过渡垫圈 260
7.3.4.4 多接触元件 261
7.3.4.5 形状记忆合金机械装置 261
7.3.4.6 自修复连接 262
7.3.5 润滑：接触辅助化合物 262
7.4 安装程序 265
第8章 电子连接器 267
8.1 电子连接器的类型 267
8.2 电子连接器的材料 268
8.2.1 焊接材料 268
8.2.2 无铅焊料 269
8.2.2.1 锡 269
8.2.2.2 锡-银合金 270
8.2.2.3 锡－银-铋合金 270
8.2.2.4 锡－银－铜合金 271
8.2.2.5 锡-银-铜-锑合金 271
8.2.2.6 锡-银-锑合金 271
8.2.2.7 锡-铋合金 272
8.2.2.8 锡-铜合金 272
8.2.2.9 锡-铟合金 273
8.2.2.10 锡-铟-银合金 273
8.2.2.11 锡-锌合金 274
8.2.2.12 锡－锌－银合金 274
8.2.2.13 锡-锌-银-铝－镓合金 274
8.3 电子连接器的失效机理 276
8.3.1 孔隙率 276
8.3.2 腐蚀／污染 278
8.3.2.1 孔隙腐蚀 278
8.3.2.2 蠕变腐蚀 279
8.3.2.3 变色 281
8.3.3 微动 283
8.3.4 摩擦聚合物 290
8.3.5 金属间化合物 292
8.3.6 蠕变和应力松弛 303
8.3.7 电子迁移 307
8.3.8 晶须 311
8.4 改善措施 314
8.4.1 镀层作用 315
8.4.1.1 金镀层 315
8.4.1.2 钯和钯合金 316
8.4.1.3 锡镀层 317
8.4.1.4 镍和镍基合金 317
8.4.2 润滑作用 318
第9章 滑动接触 321
9.1 电接触摩擦学 321
9.1.1 摩擦与电流之间的相互作用 322
9.1.2 边界膜的作用 322
9.1.3 提高滑动电接触可靠性的主要方法 323
9.1.4 滑动电接触发展中的摩擦物理学 325
9.2 干（无润滑）金属接触 328
9.2.1 小电流接触 328
9.2.1.1 摩擦条件下小电流和电场的影响 329
9.2.1.2 界面剪切效应 329
9.2.1.3 粘结、转移、磨损碎屑的形成及表面蜕变 331
9.2.2 大电流接触 336
9.2.2.1 电流对于摩擦性能的影响 336
9.2.2.2 电场的影响 340
9.2.2.3 速度的影响 342
9.2.2.4 接触件材料组合的影响 342
9.2.2.5 滑动中的电塑效应 343
9.2.2.6 金属纤维电刷接触的摩擦及电流传递 345
9.2.3 接触电阻的稳定性、电噪声 349
9.2.3.1 常闭连接器的接触噪声 349
9.2.3.2 滑动接触的电噪声 350
9.3 润滑的金属接触 360
9.3.1 润滑要素的概述 360
9.3.2 润滑边界层的电性能 360
9.3.3 润滑接触的电导率 364
9.3.3.1 润滑剂对于接触斑点周围区域电导率的影响 364
9.3.3.2 润滑剂对于接触斑点电导率的影响 365
9.3.3.3 经过润滑处理后接触对电导率的实验研究 370
9.3.3.4 光滑润滑表面间的接触电阻 373
9.3.3.5 温度对接触电导率的影响 374
9.3.4 滑动电接触中的润滑因素 375
9.3.4.1 润滑剂影响的早期研究 376
9.3.4.2 润滑剂的耐用性 377
9.3.4.3 润滑剂的摩擦化学特性 379
9.3.4.4 速度对于小电流接触的影响 382
9.3.4.5 润滑剂对于接触性能的影响 382
9.3.4.6 大电流润滑接触中的电流导通情况及摩擦力 384
9.3.5 电接触润滑剂 388
9.3.5.1 滑动开关接触件的润滑剂 389
9.3.5.2 用于传感器中滑动接触的润滑剂 390
9.3.5.3 接触润滑剂的选择 392
9.4 复合接触 394
9.4.1 中间层对电特性的影响 394
9.4.1.1 中间膜层的结构和电特性 394
9.4.1.2 电流通过中间层的接触机理 399
9.4.1.3 复合金属接触面极性对电导率的影响 405
9.4.2 电流的“润滑”效应 408
9.4.2.1 电流对摩擦性能的影响 408
9.4.2.2 电流的“润滑”效应机理 410
9.4.2.3 电刷材料对带电摩擦性能的影响 413
9.4.3 电磨损 416
9.4.3.1 无电流接触磨损 416
9.4.3.2 电流在磨损中的作用 417
9.4.3.3 无电火花下的电磨损影响因素 420
9.4.3.4 洁净程度对电接触区域的影响 424
9.4.3.5 存在火花和电弧时的磨损 426
9.4.3.6 减少电磨损的方法 427
第3篇 诊断与监测技术 430
第10章 摩擦学中的电检测方法 430
10.1 表面特征 430
10.2 接触区域与摩擦范围的判断 434
10.2.1 接触区域的形成 434
10.2.2 有氧化膜的滑动接触控制 438
10.2.3 金属接触点形成的实验研究 439
10.3 材料和润滑物的摩擦特性估测 442
10.3.1 表面膜的承载能力和润滑性能的估测 442
10.3.2 在不完全的润滑下的润滑中间层的抗剪强度估计 444
10.3.3 通过电气方法评估材料和润滑剂的热稳定性 446
10.3.4 表面涂层和表面膜的控制 448
10.3.5 测量和分析接触特性的新型系统 449
第11章 监测技术 454
11.1 热测量 456
11.1.1 红外线温度测量 456
11.1.2 红外线温度图像测量的基本特征 457
11.1.3 红外线热系统的类型 458
11.1.4 形状记忆效应温度指示器 462
11.1.5 温度胶 465
11.1.6 远程温度传感器 465
11.2 电阻测量 466
11.3 监测接触载荷 469
11.4 超声波测量 470
11.5 无线监测 471
11.6 监测和诊断技术的成本效益 474
附录 476
附录A 粗糙表面的描述方法 476
附录B 形状记忆材料 483
附录C 电接触数据表 498
参考文献 508