Híradástechnikai berendezések üzemi környezetállóságának problémái — néhány lehetőség a megbízhatóság fokozására*
D R . KOVÁCS G I Z E L L A Posta Kísérleti I n t é z e t
1. táblázat
Bevezetés Az üzemeltetés k o n k r é t k ö r n y e z e t i feltételei az adott helyen, hosszú i d ő t a r t a m o n á t üzemelő h í r a d á s technikai berendezés m e g b í z h a t ó s á g á t és a minden k o r i t o v á b b i m ű k ö d ő k é p e s é l e t t a r t a m o t egyértel m ű e n befolyásolják, ezért azokat mind a g y á r t ó n a k , mind a felhasználónak ismernie kellene. Sok g y á r t ó megfordítja a k é r d é s t : előírást ad a t a r t ó s a n meg e n g e d h e t ő üzemi k ö r n y e z e t r e , legalábbis annak klí mafeltételeire v o n a t k o z ó a n . A megbízhatóságot és az üzemi é l e t t a r t a m o t befolyásoló tényezők közé azon ban nemcsak ezek tartoznak, hanem m á s p a r a m é terek is, amelyek vázlatos ismertetésével, h a t á s a i k n é h á n y hibajelenségen keresztül t ö r t é n ő b e m u t a t á s á val foglalkozunk most.
Levegőminőség jellemző adatai budapesti géptermekben (a fűtési szezonban végzett mérésekből) SO2 k o n c e n t r . (mg n i - )
NOa koncentr. (mg m - )
3
3
Helyszín típusa
Konünéteres p o r s z i n t (db r é s z e c s k e , ^ 1 )xm 100 c m levegőmintában) 3
min.
max.
átl. éjszaka
min.
max.
1. E r ő s í t ő állomás gépterme
0,15
0,33
0,16
0,014
0,020
28—40
2. T á v h í v ó központ (ARM)
0,16
0,35
0,06
0,017
0,027
2—28
A környezeti feltételek — néhány paraméter értékei
3. H e l y i főközpont (ARF)
0,13
0,20
0,007
0,016
11—33
Egy m ű k ö d ő berendezés esetében a környezeti feltételek tulajdonképpen egy feltételrendszert jelen tenek, amelynek legfontosabb tényezőit z á r t téri üzemeltetés esetén h á r o m fő csoportba sorolhatjuk:
24 h átlag 0,15
4. A l k ö z p o n t , szellőzés nélkül
0,08
0,16
0,06
0,005
0,010
9—28
1. „ G é p t e r m i a d o t t s á g o k " (beépítés m é r t é k e , szellőzés módja, b u r k o l ó a n y a g o k ) ; 2. „Klímafeltételek" (teremhőfok, p á r a t a r t a l o m , légáramlási viszonyok); 3. „ G é p t e r m i levegőminőség."
5. A l k ö z p o n t , légkondlc. épületben (kondié.: nappal) 0,11
0,35
éjsz.: 0,05 24 h : 0,15
0,010
0,017
4—12
6. A l k ö z p o n t , nappali ventilláció 0,15
0,30
0,18
0,010
0,030
9—44
Ezek közül a „ g é p t e r m i a d o t t s á g o k " t e r v e z h e t ő k , szükség szerint v á l t o z t a t h a t ó k . A „klímafeltétele k e t " például légkondicionálással m a r a d é k t a l a n u l biztosíthatjuk, p r o b l é m á t okozhat azonban a „ g é p termi levegőminőség". A levegőminőség maga is egy összetett feltételrendszer; a levegőben levő szilárd, aeroszol, gáz és gőz halmazállapotú anyagok (a leve gőszennyező komponensek) minőségét, mennyiségét és azok alakulását jelenti. Ezek közül a szilárdés aeroszol koncentrációt, azaz a portartalmat viszonylag egyszerű mérni, porszűréssel szabályozni, a gépteremben jelenlevő gáz és gőz alakú k o m ponensek meghatározására azonban m á r speciális
* A cikkel tartalmilag egyező előadás hangzott el az 1980. évi „Hírközlő rendszerek és berendezések" c. ifjúsági konferencián. Híradástechnika
XXXIV.
évfolyam 1983. 4. szám
módszerek kellenek, a sokféle minőség és relatíve kis koncentrációk m i a t t . Bármilyen kicsik, az emberre veszélytelenek is egyes légszennyezők koncentrációi, ezek jelenlétében alakulnak k i mégis azok a korróziós t e r m é k e k , amelyek például n y u g v ó aranyozott érint kezőkön az á t v i t e l t e c h n i k a i berendezéseknél tapasz t a l t üzemi h i b á k 30—40%-át adják. Géptermi kon centráció adatokat mutat n é h á n y légszennyezőre, és eltérő teremre v o n a t k o z ó a n az 1. táblázat. A kon t a k t u s p r o b l é m á k megjelenésére vezető folyamat a fe lületi rétegképződés, amelyhez t e h á t szervetlen leve gőszennyezők jelenlétére is szükség van.
155
1. ábra. Au/Ag/Cu bevonatszerkezetű hárompólusú csatlakozó tisztább érintkezőjének felületéről készült elektronmikroszondás (EPMA) felvételek: a) topográfiás elektronkép, 300x, b) AUMGÍ, c)AgLx, d) GIK* és e) SK* röntgentérképek ugyanazon felületrészről. Jól érzékeltetik, hogy a felületi lerakódásban az ezüsttel együtt kén, és kevesebb klór van jelen, ezeken a helye ken a korrózióstermékek alatt meglevő arany gyen gébb AuMa jelet ad.
A korrőziótermékek kialakulása az érintkezőkön E l t é r ő rétegfelépítésű, minőségű aranyozott kontak tusok esetében e g y a r á n t tapasztaltuk, hogy meg felelő klímafeltételek mellett, rendeltetésszerű hasz n á l a t során bizonyos idő m ú l v a a tényleges érintke zési felületeken, l á t h a t ó elszíneződés kíséretében, a megengedhetőnél n a g y o b b á válik a kontaktus ellenállás, esetleg m á r csak frittelési feszültség mér hető. Az elszíneződést és érintkezési hibát a korró ziós t e r m é k e k megjelenése váltja k i , amelyek t e r m é szetesen nem az arany vegyületei, hanem a villamos
156
Híradástechnika
XXXIV.
évfolyam 1983. 4. szám
2. ábra. Au/Ag/Cu-ötvözet alapfém szerkezetű érint kező mikroszondás felvételei egy négypólusú dugasz erősen szennyezett kontaktusáról 300X n a g y í t á s b a n : a) topográf iás elektronkép, b) A u i c) Agi^, M
d) CIK*
és e) S j j a röntgentérképek. J ó l l á t h a t ó k a kopásból származó (világos) aranyrögöcskék, és az ezüst mellett k é n t , klórt t a r t a l m a z ó korrózióstermékek a felületen.
érintkező felépítésében szereplő kevésbé nemes fém alkotók szulfidjai, kloridjai, esetleg oxidos, k a r b o n á tos lerakodások. A fémalkotók, vagy maguk a kor róziós vegyületek a különféle finom-anyagvándorlási folyamatokkal j u t n a k a felületre, főként az arany réteg folytonossági hiányain keresztül. Az ilyen foly t o n o s s á g h i á n y o k a t egyrészt a bevonatnak m é g a g y á r t á s k o r keletkezett pórusai jelentik, másrészt ilyeneket termel a dugaszolás, amely k o p t a t á s i m ű v e l e t n e k is felfogható. Ü z e m b e n m e g h i b á s o d o t t aranyozott érintkezőket vizsgálva azt tapasztaltuk, hogy a huzamosabb ideig bedugaszolt állapotú k o n t a k t u s o k n á l nemcsak a p ó rusoknál, hanem — érdekes m ó d o n — az A u réteg íradástechnika
XXXIV.
évfolyam 1983. A. szám
157
Átmeneti védőanyagok alkalmazása a megbízhatóság fokozására K é s z konstrukciók, sorozatban futó gyártás esetén elég nehéz m e g v á l t o z t a t n i például a csatlakozó szerel vények bevonatait, vagy beiktatni az addig nem vég zett vezetősáv-ónozást a N Y Á K lapoknál. Mégis van lehetőség ilyenkor is az üzemi megbízhatóság fokozására, ha megfelelően kiválasztott á t m e n e t i védőanyagok h a s z n á l a t á t vezetjük be, vagy ha m ó d van, a k o r á b b i gyakorlattól eltérően, bizonyos vegy szeres p r e v e n t í v k a r b a n t a r t á s előírására és beveze tésére. J ó példa az utóbbira az aranyozott gyenge á r a m ú érintkezőket t a r t a l m a z ó szerelvények meg felelő nedvesítőszerrel történő kezelése — ha a kenő anyag elég stabil, nem károsíthatja a m ű a n y a g o k a t sem, növeli az é l e t t a r t a m o t , a k o p á s t mérsékli az á t meneti ellenállás növekedése nélkül, csökkenti a lát szólagos porozitást, és egy bármikor leszedhető, filmszerű réteget ad a felületen. Vannak ilyen anya gok, egy kereskedelmi forgalombaa levő készítmény részletes vizsgálatait m i is a közelmúltban z á r t u k le, kiváló eredménnyel [2].
3. ábra. Au/Cu bevonatszerkezetű érintkező felületeken már! 1 — 3 év során is jelentkeznek korróziós termékek, ezt mutatja ez a pásztázó elektronmikroszkópos sze kunder elektronkép (25 k V ) .
különösebb hibahelye nélkül is megindulhatott a fe lületi rétegképződés; éppen ott, ahol villamosan érintkeztek a felületek. Különösen kedvezőtlennek t a l á l t u k , pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálatok és elektron mikroszondás röntgenanalitikai vizsgá latok alapján éppúgy, m i n t ellenállásmérés szerint, az Au/Ag/Cu bevonatszerkezetet. Egy ilyen vizsgá lat eredményeit szemléltetik az 1. ábra mikroszondás felvételei t i s z t á b b , míg a 2. ábra felvételei erősebben szennyeződött felületeken.
Egy másik példa a N Y Á K lapok szerelés u t á n i , t e h á t hosszabb időre szóló felületvédelmének kérdése. Ilyenkor m á r nem a jó forraszthatóság biztosítása a cél, hanem éppen hogy el kell távolítani a gyanta m a r a d v á n y o k a t , és egy megfelelően stabil, jó villa mos szilárdságú, az időjárási hatásoktól, karcolódástól védő, sőt esetleg (enyhébb környezeti feltételek között) a rézfólia-huzalozás megfelelő védelmét is ellátó védó'lakkbevonatot kell kialakítani. A védőlakk alkalmazására m é g az üvegszálas, epoxigyantás alap lemezeknél is szükség van, különben nem garantál h a t ó például a por, nedvesség, elektronmigrácic elleni védelem. B á r a kétkomponensű, epoxigyanta lakkok nagyobb védelmet adnak, vizsgálati eredmé-
Nem t a l á l t u k megfelelőnek az A u / A g vagy az Au/Cu bevonatokat sem. Az Au/Cu esetre a 3. ábra szerinti szekunder elektronkép mutat jellemző pél d á t . Igen gyakori eset, hogy a rétegképződés meg indulását először sötét csíkok megjelenése jelzi a felüléten, éppen a tényleges érintkezési helyeknél. Erre mutatunk példát a 4. ábrán l á t h a t ó felvétellel, amely egy N Y Á K papucsról készült. Véleményünk szerint gyengeáramú, n y u g v ó ara nyozott kontaktusok céljára, amelyektől általában 100 dugaszolás lehetőségét is meg kell követelni, célszerű N i közbenső bevonattal ellátott, savas fürdőből leválasztott a r a n y b e v o n a t ú érintkezési fe lületeket kialakítani. Ennek k é t előnyös tulajdon sága v a n : a N i jelenléte akadályozza az alapfémből a Cu felületre való k i j u t á s á t , másrészt kedvezőbbek lesznek a kopási tulajdonságok is. Természetesen a megfelelő rétegvastagságok megválasztása is fon tos tényező [1].
158
4. ábra. A tényleges érintkezési helyeken sávokbai megjelenő, korróziós termékekből álló felületi rétegei mint amilyen az i t t látható is (NYÁK papucs felület 2 év üzemidő u t á n ) , eleinte még tisztítással eltávolít h a t ó k (SEM, S E I , 25 kV). Híradástechnika
XXXIV.
évfolyam 1983. 4. szá/j
nyeink szerint [3] kielégítő h a t á s t lehet elérni a nem korrozív (gyorsítójuk nincs) és k ö n n y e n felvihető, egykomponensű poliészter-poliuretán bevonatok u t ó lagos kialakításával is [3]. IRODALOM 1. M . Antler: „Sliding Wear of Metallic Contacts", Proc. Holm Conference on Electrical Contacts,
1980. pp. 3—24. (Illinois Institute of Technology, Chicago). 2. G. K o v á c s : „ L u b r i c a n t s for Electrical Contacts Used i n Telecommunications", Proc. lOth Interna tional Conference on Electric Contact Phenomena, 1980. Bpest. pp. 475 - 488. 3. Dr. Kovács Gizella: „ N Y Á K l e m e z e k k i a l a k í t á s á n a k és felületvédelem alkalmazásának irányelvei külön böző környezeti feltételek k ö z ö t t " , P K I t a n u l m á n y (1184/77).
