非线绕电位器硫化失效案例分享

电位器是具有三个引出端、阻值可按某种变化规律调节的电阻元件，可分为线绕电位器和非线绕电位器。其中非线绕电位器的种类、型号繁多，但其基本组成构件是大致相似的，基本组成结构主要包含：电阻体、电刷、基体、驱动装置（螺杆、蜗轮）、外壳和引脚，典型的结构如图1所示。

图1电位器的典型结构示意图

本文分析的是一种常见的玻璃釉膜电位器，是一种非线绕接触式机电转换元件，通过改变电刷触点在玻璃釉膜片轨道（按一定阻值规律变化）上的位置，控制输出电参数的改变，其典型的外观形貌如图2(a)所示，引脚1和3对应电阻体两端的定引出端，即为电位器电阻体的总阻，引脚2对应电阻体动引出端（电刷），分别与引脚1和3之间组成电位器的两个分阻，等效电路示意图见图2(b)所示。

图2 (a)电位器的典型外观形貌；(b)电位器的等效电路示意图

根据电位器的原理和等效电路，测试发现电位器的总阻阻值正常而两个分阻阻值已出现增大（且不稳定）的现象。对电位器进行机械开封，其内部结构的典型形貌如图3所示，除电位器的基本组成结构外，电位器内部的电阻体/电刷触点与引脚（焊点）之间通过面电极连接，面电极由具有良好导电性、高熔点的银钯（Ag/Pd）浆料烧结而成。

图3电位器内部结构典型形貌

正常的面电极呈银白色金属光泽，如图4(a)引脚1位置所示，而引脚3和引脚2的面电极表面已呈黑色，SEM和EDS分析显示，面电极表面的黑色物质为枝晶状的硫化银（如图4(b), (c)所示）。

由于电位器调节螺杆的存在，一般情况下均是非密封的，电位器在使用时会受到温度、湿度和空气清洁度等环境影响，外界含硫的物质渗入到电位器内部，电位器面电极中的银（Ag）极易与硫（S）发生化学反应，银（Ag）被硫化生成黑色、导电性能差的硫化银（Ag2S），硫化反应的离子式如下：

2Ag+S ^2-^ →Ag2S+2e^-^

Ag2S+S ^2-^ →Ag2S 2 +2e^-^

2Ag+Ag2S 2 +2e ^-^ →2Ag2S

导电性能差的硫化银存在于面电极与电刷触点之间，引起电刷触点与面电极之间接触电阻增大，继而造成电位器的分阻阻值增大失效。

图4 (a)电位器内部结构(b),(c)面电极表面黑色物质的形貌(d)面电极表面黑色物质的EDS结果

由于电位器的结构特点，即存在驱动装置（螺杆、蜗轮）和电刷触点，电位器通常为非密封元件，且面电极表面无法涂覆耐腐蚀材料进行保护。因此，对于电位器面电极硫化失效，内部结构可能的改进方案有：（1）面电极表面镀抗硫化能力强、导电性和耐磨性好的镀层；（2）改用不易被硫化的面电极材料如增加银钯浆料中钯含量或用金浆料替代。此外，可参考ASTM B809-2018进行硫化试验，评估电位器的防硫化能力和在含硫环境中的可靠性。