材料測試分析在汽車電子產(chǎn)品研發(fā)中的應(yīng)用
1 引言
隨著汽車電子產(chǎn)品在汽車的上應(yīng)用了越來越多，汽車電子產(chǎn)品在整車上的重要性日益突顯，但是國內(nèi)汽車行業(yè)下游擁有汽車電子產(chǎn)品自主的研發(fā)實(shí)力的企業(yè)較少，研發(fā)的產(chǎn)品性能、可靠性還落后于國際一流汽車電子企業(yè)。目前，國內(nèi)汽車電子企業(yè)廠在新產(chǎn)品研發(fā)過程中一般會先對國外樣件進(jìn)行Benchmark，而Benchmark過程中關(guān)鍵的一環(huán)就是采用合適的儀器及方法分析樣件的關(guān)鍵部件的材料及制造工藝，縮短國內(nèi)對此類產(chǎn)品的開發(fā)周期，為自主研發(fā)的材料選型及選擇制造工藝提供參考依據(jù)。同樣，利用先進(jìn)的測試設(shè)備對自主研發(fā)產(chǎn)品的失效件進(jìn)行分析，可以查找產(chǎn)品失效的根本原因，為改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及補(bǔ)救措施提供強(qiáng)有力的理論支持。
2 實(shí)際應(yīng)用-材料逆向分析
2.1 EDX在汽車遙控鑰匙電池彈片材料及鍍層分析中的應(yīng)用
EDX(Energy Dispersive X-Ray)即能量色散X射線光譜儀，是根據(jù)分析試樣發(fā)出的元素特征X射線波長測試試樣所含的元素，根據(jù)強(qiáng)度測定元素的相對含量，已在材料及鍍層厚度分析中得到廣泛應(yīng)用。
圖1為奧迪車鑰匙的正、負(fù)極電池彈片在接觸觸點(diǎn)位置的EDX測量結(jié)果。由圖1可知，正極彈片的鍍層工藝為先鍍鎳(2μm)后鍍金(2.8μm);負(fù)極彈片的鍍層工藝為先鍍鎳(2μm)后鍍金(2.2μm)。表1列出了不同車廠的遙控鑰匙彈片的EDX測試結(jié)果。采用EDX儀器，研究遙控鑰匙電池彈片的電鍍工藝是一種低成本且可靠的途徑，并對國內(nèi)自主研發(fā)遙控鑰匙彈片正向設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
圖1奧迪某款遙控鑰匙正、負(fù)極彈片EDX測試結(jié)果
表1 某些車廠遙控鑰匙正、負(fù)極彈片EDX測試結(jié)果
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彈片樣件 |
彈片基料 |
彈片鍍層(μm) |
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樣件1 |
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負(fù)極 |
SUS301 |
Ni(4)+Sn(18) |
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樣件2 |
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負(fù)極 |
SUS301 |
Ni(4)+Sn(7) |
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樣件3 |
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負(fù)極 |
SUS301 |
Sn(15) |
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樣件4 |
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負(fù)極 |
SUS301 |
Ni(8)+Sn(13) |
2.2 EDX在開關(guān)面板金手指鍍層材料及厚度分析中的應(yīng)用
金手指的結(jié)構(gòu)和電鍍工藝是開關(guān)面板中非常關(guān)鍵的地方，直接影響開關(guān)的接觸電阻，關(guān)系到開關(guān)的導(dǎo)電性和可靠性，所以利用EDX儀器對國外部件進(jìn)行研究具有很大考價(jià)值。圖2為美國TRW某車型開關(guān)面板金手指EDX測試結(jié)果，測試結(jié)果顯示金手指覆銅板上面依次電鍍工藝為鍍鎳6μm，鍍金1.5μm。表2列出了不同車廠的開關(guān)面板金手指的EDX測試結(jié)果。采用EDX儀器，研究開關(guān)面板金手指的電鍍工藝是一種低成本且可靠的途徑，并對國內(nèi)自主研發(fā)開關(guān)面板金手指具有指導(dǎo)意義。
圖2美國TRW某車型開關(guān)面板金手指EDX測試結(jié)果
表2 某些車廠開關(guān)面板金手指EDX測試結(jié)果
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金手指樣件 |
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樣件1 |
樣件2 |
樣件3 |
樣件4 |
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Au(0.7)+Ni(5.5) |
Au(1)+Ni(7.5) |
Au(1)+Ni(6) |
Au(1.5)+Ni(7) |
2.3 IR在AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝸桿材料分析中的應(yīng)用
圖3 AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝸桿樣件IR測試結(jié)果
IR(Infrared Radiation)即紅外光譜法,利用物質(zhì)對紅外光區(qū)的電磁輻射的選擇性吸收來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及對各種吸收紅外光的聚合物的定性和定量分析的方法。圖3為AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝸桿樣件IR測試結(jié)果，由紅外圖譜可知，1642cm-1(酰胺I譜帶)為羰基伸縮振動，1 550cm-1(酰胺II譜帶)為N-H彎曲和C-N伸縮振動的組合吸收;1273cm-1(酰胺III譜帶)也是 C-N-H的組合吸收。根據(jù)蝸桿材料的紅外特征峰特征，可以初步判斷為尼龍類材料，為了進(jìn)一步確認(rèn)其為尼龍6還是尼龍66或尼龍6T等，采用DSC進(jìn)一步對蝸桿材料的熔點(diǎn)進(jìn)行測試。
2.4 DSC在AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝸桿材料分析中的應(yīng)用
DSC(differential scanning calorimetry)即示差掃描量熱法，它是在程序控制溫度下，測量輸給物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)，以表征所有與熱效應(yīng)有關(guān)的物理變化和化學(xué)變化，已被廣泛應(yīng)用于測量聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熱變形溫度及熔點(diǎn)等。圖4為AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝸桿樣件DSC測試結(jié)果，因此由測試結(jié)果可知AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝸桿材料的峰值熔點(diǎn)為250.8℃，被未增強(qiáng)的尼龍66稍低，故可知蝸桿基材的材料為尼龍66，為了進(jìn)一步對增強(qiáng)材料的含量及成分進(jìn)行確認(rèn)，需要進(jìn)一步對樣件進(jìn)行TGA測試。
圖4 AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝸桿樣件DSC測試結(jié)果
2.5 TGA在AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝸桿材料分析中的應(yīng)用
TGA(Thermogravimetric analysis)即熱失重分析法，它是以恒定速度加熱試樣，同時(shí)連續(xù)地測定試樣失重的一種動態(tài)方法。此外，也可在恒定溫度下，將失重作為時(shí)間的函數(shù)進(jìn)行測定。應(yīng)用TGA可以研究各種氣氛下高聚物的熱穩(wěn)定性和熱分解作用，測定揮發(fā)物和殘?jiān)?，增塑劑的揮發(fā)性，水解和吸濕性，吸附和解吸，氣化速度和氣化熱;升華速度和升華熱，氧化降解，縮聚高聚物的固化程度，有填料的高聚物或摻和物的組成，它還可以研究固相反應(yīng)，已成為廣泛應(yīng)用于聚合物分析與研究的一項(xiàng)成熟技術(shù)。圖5是AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝸桿樣件TGA測試結(jié)果，由測試結(jié)果可知，蝸桿的增強(qiáng)材料為43%，經(jīng)光學(xué)顯微鏡觀測失重后的殘留物均為玻纖增強(qiáng)物質(zhì)。
圖5 AFS執(zhí)行機(jī)構(gòu)蝸桿樣件TGA測試結(jié)果
3 實(shí)際應(yīng)用-失效分析
3.1 SEM在某傳感器支架失效原因分析中的應(yīng)用
SEM(scanning electron microscope)即電子掃描電鏡，是用細(xì)聚焦的電子束轟擊樣品表面，通過電子與樣品相互作用的二次電子、背散射電子等對樣品表面或斷口形貌進(jìn)行觀察和分析，是顯微結(jié)構(gòu)分析的主要儀器。
圖6 傳感器支架失效分析SEM測試結(jié)果
圖6(a)是某傳感器支架裝車后在實(shí)車道路實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)生了斷裂，對斷裂支架的斷口進(jìn)行微觀分析，定位支架的根本原因。圖6(b)、圖6(c)是支架斷口微觀形貌的SEM圖片，從支架斷口微觀形貌圖片可以清楚的看出支架斷口呈現(xiàn)明顯的疲勞斷裂特征，有比較明顯且規(guī)則的疲勞斷裂的紋理，根據(jù)微觀形貌可以斷定，支架斷裂的過程是首先從90°折彎內(nèi)側(cè)的應(yīng)力集中區(qū)引發(fā)的，隨著疲勞紋的擴(kuò)展向折彎外側(cè)延深，支架外側(cè)也出現(xiàn)了疲勞紋的特征，當(dāng)疲勞紋從內(nèi)外測向材料內(nèi)部擴(kuò)展到一定深度，支架的強(qiáng)度不足以支撐傳感器的重量時(shí)，支架發(fā)生了一次性的脆性斷裂。根據(jù)支架斷裂起因是由于支架的折彎半徑過小，導(dǎo)致支架內(nèi)部應(yīng)力過于集中，調(diào)整了支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加大了支架的折彎半徑，重新進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)，解決了此問題。
結(jié)束語
采用先進(jìn)的材料分析測試儀器對國外先進(jìn)的汽車電子產(chǎn)品的關(guān)鍵部件進(jìn)行材料逆向分析，可以縮短自主研發(fā)產(chǎn)品的周期及提高自主產(chǎn)品的質(zhì)量;采用先進(jìn)材料分析儀器對自主產(chǎn)品失效件進(jìn)行分析，可以查找失效的根本原因，為研發(fā)提出行而有效的改進(jìn)措施大有幫助。本文在遙控鑰匙彈片鍍層工藝、開關(guān)面板金手指鍍層工藝、AFS執(zhí)行蝸桿材料逆向材料分析方面及對傳感器支架斷裂失效分析方面做了初步探討，達(dá)到了預(yù)期的成果。
