專利名稱：導(dǎo)電性金屬帶和插塞連接件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制備電接觸構(gòu)件的導(dǎo)電性金屬帶以及插塞連接件。
插塞接觸連接是電工學(xué)應(yīng)用方面需要的。對(duì)此基本上理解為由插頭和插頭襯套組成的機(jī)械設(shè)置以打開或關(guān)閉導(dǎo)電連接。插塞接觸連接使用在非常多的應(yīng)用領(lǐng)域，例如動(dòng)力車輛電氣設(shè)備、通信工程技術(shù)或工業(yè)設(shè)備電子學(xué)。
這種插塞連接件通常的制備工藝是，將銅帶或銅合金帶構(gòu)成的毛坯沖孔，再加工為插塞連接件。銅具有高電導(dǎo)率。為防止被腐蝕和磨損以及提高表面硬度，銅帶或銅合金帶事先鍍錫。錫由于具有好的耐腐蝕性特別適于作為銅的涂覆材料。除了其它涂覆工藝以外，按熔體浸漬工藝的涂層涂覆是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
在這方面用于基材的表面涂層的多種錫合金是已知的，特別是錫-銀合金，它們被認(rèn)為是非常好的接觸材料。
EP0 443 291B1揭示了一對(duì)插塞連接件，其中一個(gè)插塞元件的基體材料是用純錫或錫-鉛合金涂覆的，而另一個(gè)插塞元件具有以熔融流體方式涂上的由尤其含最高10重量％銀的合金組成的硬表面涂層。建議除了銀之外還可使用其它可能的合金金屬。這種配方為制備具有不變的低接觸電阻和盡可能低的插塞和拔出力的高質(zhì)量插塞連接件指明了方向。
按照DE44 43 461C1的另一種建議，熔融流體涂覆的表面涂層由含最高5重量％鈷的錫合金組成。除了鈷之外，錫合金還可含有鉍和銦以及大量其它種合金金屬。
上述金屬帶或插塞連接件在實(shí)踐中證明有效。然而對(duì)接觸構(gòu)件在機(jī)械和電特性方面的技術(shù)和質(zhì)量要求不斷提高。在接觸構(gòu)件在困難或侵蝕性環(huán)境下使用時(shí)尤為如此，例如用于動(dòng)力運(yùn)輸工具電氣設(shè)備，尤其是馬達(dá)電氣設(shè)備中的插塞連接件。在這些困難使用條件下，尤其提出了上述接觸構(gòu)件達(dá)到極限時(shí)有關(guān)涂層的耐熱性、弛豫穩(wěn)定性、腐蝕強(qiáng)度和粘接強(qiáng)度方面的要求。特別對(duì)于剪切、彎曲負(fù)荷的構(gòu)件觀察到表面涂層的剝離。
這里從現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)是提供用于制備電接觸構(gòu)件，特別是插塞連接件，并在保證要求的耐熱性和表面硬度，良好的滑移特性及穩(wěn)定的接觸電阻的條件下實(shí)現(xiàn)基體材料和金屬鍍層之間粘接特性改善的導(dǎo)電金屬帶。
這一任務(wù)根據(jù)本發(fā)明由權(quán)利要求1的導(dǎo)電金屬帶和由此制備的權(quán)利要求9的插塞連接件得以實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，用含1-3.8重量％銀組分的錫-銀合金的涂層實(shí)現(xiàn)了目前未達(dá)到的在基體材料和金屬鍍層之間的粘接強(qiáng)度。通過加入銀合金提高了表面硬度。但由此也提高了金屬鍍層的脆性，原則上，這對(duì)粘接強(qiáng)度是不利的。與這一基本規(guī)律相反，當(dāng)含1-3.8重量％，優(yōu)選1.2-2.5重量％銀組分(權(quán)利要求2)時(shí)，成功地抵消了相反的特性。同時(shí)達(dá)到了耐熱性和滑移特性方面的積極結(jié)果以及保證了穩(wěn)定的接觸電阻。
如果還向錫-銀合金中添加銦，更確切地說含量最高達(dá)10重量％，但優(yōu)選0.1重量％-5重量％，如權(quán)利要求3所規(guī)定，雖然降低了熔點(diǎn)，但總體上改善了對(duì)外界條件的穩(wěn)定性。而且由此對(duì)焊接特性有積極的影響。
由含1-4重量％鎳組分以及0.08-1重量％硅組分的銅-鎳-硅合金組成的基體材料是有利的(權(quán)利要求4)。這種基體合金中還可含最高分別為1.0重量％和2.0重量％的錫和鋅組分。此外可以加入其它合金金屬，由此影響金屬涂層的機(jī)械特性以及調(diào)節(jié)金屬間相的顆粒細(xì)微程度和均勻程度，以適應(yīng)金屬帶各自的使用目的。
特別積極的結(jié)果是用按照權(quán)利要求5的基體材料的嘗試獲得。銅合金中加入1.4-1.7重量％鎳組分。硅組分占0.2-0.35重量％。此外，重要的是錫和鋅的重量百分比是0.02-0.3重量％錫和0.01-0.35重量％鋅。
基體材料和涂層之間的金屬間相顆粒非常細(xì)且均勻。由此導(dǎo)致本發(fā)明的金屬帶具有良好的可加工性，特別是可彎曲性，更高的耐剪切性和低彈性模量以及高蠕變穩(wěn)定性。
基體材料通過加入其它合金金屬進(jìn)行改性。在這方面，特別加入銀發(fā)揮有利的作用，更具體地說含量為0.02-0.5重量％，優(yōu)選0.05-0.2重量％(權(quán)利要求6)。合金組分鋅和銀影響基體材料和由錫-銀組成的涂層之間的金屬間相中的擴(kuò)散行為。銅擴(kuò)散入錫層中必然形成的銅-錫相，在其與溫度和時(shí)間有關(guān)的清楚鮮明的形成過程中，特別延緩和阻止形成所謂的ε-相。由此保證大大改善了基體材料和涂層之間的粘接強(qiáng)度。由此，即使在由金屬帶制備的插塞連接件的不利和困難的使用條件下，也將涂層的脫落現(xiàn)象或剝離推遲到更高溫度和更長(zhǎng)時(shí)間。
剛好在150℃以上可能由老化引起的涂層失效的主要原因是在形成過程中由于較高的擴(kuò)散速度從基體材料和涂層之間的相邊界開始的所謂n-相(Cu6Sn5)超比例快速轉(zhuǎn)換為ε-相(Cu3Sn)?，F(xiàn)在本發(fā)明認(rèn)識(shí)到，ε-相的存在本身并不必然在基體材料和涂層之間邊界處導(dǎo)致剝落，甚至在變形過程中引起的插塞連接件的應(yīng)力狀況下也是如此。如果ε-相的清楚鮮明的形成被阻止或防止，則會(huì)有利于涂層的金屬間相和耐久性。
鋅和銀以及在基體材料中存在的鎳在本發(fā)明規(guī)定的含量下適于在擴(kuò)散過程和其參與構(gòu)成金屬間相時(shí)，特別是通過在相邊界富集來抑制或大大減緩η-相快速轉(zhuǎn)換為ε-相，實(shí)現(xiàn)基體材料和涂層之間均勻、高粘接性結(jié)合。
加入最高至0.35重量％，優(yōu)選0.005-0.05重量％鋯，如權(quán)利要求7所規(guī)定，可提高耐腐蝕性和耐熱性。
鎂提高強(qiáng)度和高溫下合金的應(yīng)力弛豫特性(Spannungsrelaxationseigenschaft)，只輕微損害導(dǎo)電性，如上所述，導(dǎo)電性是基于主要組分銅。鎂溶解在銅基質(zhì)中，按權(quán)利要求8所規(guī)定的在基體材料中含量最高為0.1重量％。此外，基體材料中可含有最高0.05重量％磷。磷作為脫氧劑，和鎂一起用于提高強(qiáng)度和高溫下的應(yīng)力弛豫特性。磷組分也用于得到變形過程中金屬帶的彈力。
通過最高至0.1重量％鐵組分可改善加工性和熱壓延性。此外，鐵組分在鎳和硅化合物析出時(shí)降低了粒徑，并且防止裂紋結(jié)構(gòu)的形成，這又有利于基體材料和涂層之間的粘接強(qiáng)度。
權(quán)利要求
1．用于制備電接觸構(gòu)件，特別是插塞連接件的導(dǎo)電金屬帶，具有由銅或銅合金組成的基體材料，它具有由錫-銀合金組成的熔融技術(shù)涂覆的金屬涂層，其中在基體材料和涂層之間形成一個(gè)金屬間相，其特征為，涂層由含1重量％-3.8重量％銀組分的錫-銀合金組成。
2.權(quán)利要求1的金屬帶，其特征為，涂層中銀含量為1.2重量％-2.5重量％。
3．權(quán)利要求1或2的金屬帶，其特征為，錫-銀合金含有最高為10重量％，優(yōu)選0.1重量％-5重量％銦。
4．權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)的金屬帶，其特征為，基體材料-以重量百分比表示-包括鎳(Ni)1.0％-4.0％硅(Si)0.08％-1.0％錫(Sn)最高1.0％鋅(Zn)最高2.0％其余是銅，包括可能的其它合金組分以及熔煉帶來的雜質(zhì)。
5．權(quán)利要求1至4之任一項(xiàng)的金屬帶，其特征為，基體材料-以重量百分比表達(dá)-包括鎳(Ni)1.4％-1.7％硅(Si)0.2％-0.35％錫(Sn)0.02％-0.3％鋅(Zn)0.01％-0.35％其余是銅，包括可能的其它合金組分以及熔煉帶來的雜質(zhì)。
6．權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)的金屬帶，其特征為，基體材料含有0.02-0.5重量％，優(yōu)選0.05-0.2重量％銀(Ag)。
7．權(quán)利要求1至6之任一項(xiàng)的金屬帶，其特征為，基體材料含有最高0.35重量％，優(yōu)選0.005-0.05重量％鋯(Zr)。
8．權(quán)利要求1至7之任一項(xiàng)的金屬帶，其特征為，基體材料含有最高0.1重量％鎂(Mg)，最高0.05重量％磷(P)或最高0.1重量％鐵(Fe)。
9．權(quán)利要求1至8之任一項(xiàng)的金屬帶制成的插塞連接件。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制備電接觸構(gòu)件的導(dǎo)電金屬帶和由此制備的插塞連接件。這種金屬帶具有由銅或銅合金組成的基體材料,帶有由含1重量%－3.8重量%銀的錫－銀合金組成的熔融技術(shù)涂覆的金屬涂層。涂層中銀含量?jī)?yōu)選為1.2重量%－2.5重量%。通過涂層中的銀組分實(shí)現(xiàn)基體材料和金屬鍍層之間很有利的粘接強(qiáng)度特性。同時(shí)改善了耐熱性和滑移性。此外保證了更穩(wěn)定的接觸電阻。
文檔編號(hào)H01B5/02GK1325155SQ0111778
公開日2001年12月5日 申請(qǐng)日期2001年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月20日
發(fā)明者K·施雷徹爾, A·汝姆巴徹, J·格布哈德, U·阿德勒 申請(qǐng)人:施托爾貝格金屬工廠兩合公司