CN101401178A - 电触点材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电触点材料，所述电触点材料包括导电性基体、设置在导电性基体的第一层、以及设置在所述第一层的表面的第二层，所述第一层由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成，其算术平均粗糙度Ra＝(A)μm，所述第二层由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成，其膜厚为0.001×(A)μm～(A)μm，形成所述第二层的贵金属或形成所述第二层的合金的主要成分的贵金属是不同于形成所述第一层的贵金属或形成所述第一层的合金的主要成分的贵金属的元素。

Description

电触点材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及电触点材料及其制造方法。
背景技术
电触点部件中，以前一直使用导电性优异的铜或铜合金，而近年来接触特性不断提高，使用裸铜或铜合金的情况减少了，开始制造和使用在铜或铜合金上进行了各种表面处理的材料。尤其是经常被作为电触点材料使用的材料包括在电触点部位镀敷贵金属的电触点材料。其中，金、银、钯、铂、铱、铑、钌等贵金属由于材料具有稳定性、优异的导电率等而被用于各种电触点材料，特别是银，它的导电性在金属中最为优异，虽然是贵金属类，但相对来说比较便宜，因此被广泛使用于许多方面。此外，还有各种将这些贵金属包覆在电触点部位上而形成的材料。
最近，在汽车电气配线用的连接器端子、移动电话搭载的接触开关、或存储卡、PC卡的端子等会伴随有反复抽插或滑动的电触点材料中，使用耐磨损性优异的电触点材料。关于耐磨损性的提高，广泛使用的电触点材料中，使用硬质银、硬质金的接触材料等比较普遍。而且还在研究开发分散有微粒子的镀敷材料和包覆材料等，在电触点材料的滑动特性方面，正在开发各种表面处理材料。例如，特开平03-191084号公报记载了如下材料，通过对具有特定的硬度和表面粗糙度的铜原材料进行底层镀敷镍、中间镀敷钯、表层镀敷金，以提高耐磨损性和耐腐蚀性，将基料的维氏硬度调整至230以下，表面粗糙度(Rz)调整至45μm以下，且镀敷结构为3.0μm下半光泽或无光泽镍底层镀层，1.5μm以下光泽钯或光泽钯-镍合金中间镀层，0.1～0.5μm金或金合金镀层。
发明内容
然而，以往那些经过了硬质银或硬质金处理的电触点材料，被用于需要滑动的地方时，这些贵金属很容易被磨损掉，基材表面露出来，常常会导致滑动接触材料的导电不良。针对这个问题，采取了加大贵金属厚度、提高耐滑动性等方法，但因为要使用大量的昂贵的贵金属，会产生制造成本过高的缺点。另外，特开平03-191084号公报中记载的镀敷材料，对基料有规定，而且对被处理的镀敷金属也有规定，对一最表层的十点的平均粗糙度Rz进行了描述，但由于滑动接触材料的最表面会很快消失掉，因此靠规定最表面的粗糙度还不足以提高滑动接触材料的特性。此外，还有具有以包覆方法形成的贵金属层的滑动接触材料，但由于用包覆方法无法实现如现有技术所能达到的μm～nm单位的薄膜化，因此存在贵金属使用量大且制造成本高的问题。
本发明的目的在于提供一种可解决上述问题，滑动特性、耐磨损性优异，寿命长，可低成本制造的电触点材料以及它的制造方法。
本发明人在对上述问题进行研究开发后发现，通过在导电性基体上设置算术平均粗糙度Ra＝(A)μm的由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成的第一层，以及在所述第一层的表面上设置的第二层，其中第二层由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成，其膜厚为0.001×(A)μm～(A)μm，所述贵金属或其合金不同于形成第一层的贵金属或其合金，这样可以使电触点材料成为耐磨损性、滑动特性优异的接触材料。成为最表面的第二层的贵金属用作接触材料时，初期的接触、滑动多多少少会引起磨损，磨损粉优先填埋至形成第一层的由算术平均粗糙度Ra＝(A)μm的贵金属或以这些成分为主要成分的合金形成的膜的凹凸部位。其结果发现，第二层为贵金属，特别是没有发生氧化或变质而埋入槽中，接触状态从外观上来看是两种以上的不同种类的贵金属的接触，延展性、润滑效果使其作为滑动接触材料的寿命延长，并且可以获得稳定的接触电阻，最终作出了本发明。
本发明提供下述方案：
(1)一种电触点材料，所述电触点材料包括导电性基体、设置在导电性基体上的第一层、以及设置在所述第一层的表面的第二层，所述第一层由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成，其算术平均粗糙度Ra＝(A)μm，所述第二层由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成，其膜厚为0.001×(A)μm～(A)μm，其中，形成所述第二层的贵金属或形成所述第二层的合金中作为主要成分的贵金属是不同于形成所述第一层的贵金属或形成所述第一层的合金中作为主要成分的贵金属的元素。
(2)第(1)项所述的电触点材料，其中，所述(A)为0.05～0.5。
(3)第(1)项或第(2)项所述的电触点材料，其中，所述第一层和第二层中至少一层为通过镀敷而设置。
(4)第(1)项或第(2)项所述的电触点材料的制造方法，其中，通过镀敷而设置所述第一层和第二层中至少一层。
本发明的上述以及其他特征和优点，可适当参照附图，从下述记载中得到明确。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的剖面示意图。
图2是表示本发明的另一个实施方式的剖面示意图。
图3是表示本发明的又一个实施方式的剖面示意图。
图4是表示本发明的一个实施方式的第一层和第二层的界面的部分扩大剖面示意图。
图5是表示本发明的另一个实施方式的界面的部分扩大剖面示意图。
具体实施方式
关于本发明的电触点材料，其是在导电性基体上设置第一层、在所述第一层的表面设置第二层而形成，所述第一层由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成，其算术平均粗糙度Ra＝(A)μm，所述第二层由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成，其膜厚为0.001×(A)μm～(A)μm，其中，形成所述第二层的贵金属或形成所述第二层的合金中作为主要成分的贵金属是不同于形成所述第一层的贵金属或形成所述第一层的合金中作为主要成分的贵金属的元素。以贵金属为主要成分的合金通常是指，贵金属成分占该合金的50质量％以上、优选80质量％以上的合金。
当第一层和第二层含有相同的贵金属元素时，对于第一层的贵金属元素和其他元素的质量比均为50质量％、且第二层的贵金属元素和其他元素的质量比也都为50质量％的情况，进行下述定义。
(1)第一层的其他元素或第二层的其他元素中至少一种元素是贵金属时，由于其他贵金属元素占到50质量％，作为第一层的主要成分的贵金属元素和作为第二层的主要成分的贵金属元素被视为不同元素。
(2)第一层的其他元素以及第二层的其他元素均不是贵金属元素时，只要第一层的其他元素与第二层的其他元素是不同的元素，本发明中作为第一层的主要成分的贵金属元素和作为第二层的主要成分的贵金属元素被视为不同元素。
(3)第一层的其他元素与第二层的其他元素相同时，第一层和第二层的组成相同，本发明中作为第一层的主要成分的贵金属元素和作为第二层的主要成分的贵金属元素被视为相同元素。
此外，当第一层的其他元素以及第二层的其他元素为相同的贵金属元素时，作为其他元素的贵金属元素在第一层或第二层的任意一层中的质量比不到50％、另一层中的质量比为50质量％时，使用不同的贵金属元素以作为第一层的主要成分和第二层的主要成分。
图1是表示本发明的一个实施方式的剖面示意图。在该实施方式中，导电性基体1的表面设置有第一层2，然后在第一层2上又设置有第二层3。图2是表示本发明的另一个实施方式的剖面示意图。在这里，导电性基体1的表面设置有由第一层2和第二层3构成的覆盖层的底层4。图3是表示本发明的又一个实施方式的剖面示意图。其中，导电性基体1的表面设置有底层4，底层4的表面部分设置有由第一层2以及第二层3构成的涂覆层，以实现节省贵金属而降低成本。关于图3，也可以在导电性基体1的部分表面设置底层4，例如可以仅在设置有由第一层2以及第二层3构成的覆盖层的地方设置底层4(与覆盖层的形状吻合)。在图1～图3中，第一层2和第二层3之间的界面是采用直线的简化方式进行表示的，但事实上，如图4所示的部分扩大剖面示意图，设置在导电性基体1上的第一层2，其表面具有算术平均粗糙度Ra＝(A)μm的凹凸，第二层3的膜厚为0.001×(A)μm～(A)μm。如图5的部分扩大剖面示意图所示，例如将光泽镀敷使用于第二层3等情况下，也有可能在凹部镀敷厚的第二层3、在凸部镀敷薄的第二层3。另外，例如，也可以在镀敷后对表面进行轻微研磨而磨去表面，仅在凹部覆盖第二层3。这里，当凹部形成厚的第二层3、在凸部形成薄的第二层3时，第二层3的膜厚由它们的算术平均来定义。
本发明的电触点材料所使用的导电性基体，优选使用铜、镍、铁、或它们的合金、或在钢材、铝材等上覆盖铜或铜合金所形成的复合原材料等。
在本发明的电触点材料中，既可设置第一层的底层，也可不设置第一层的底层，例如，也可以设置由镍及镍合金、或钴及钴合金、或铜及铜合金构成的底层，由此阻挡基材成分的扩散、提高了附着力。尤其是当在镀敷处理中形成比导电性基体贵的金属时，为提高附着力、防止置换，进行薄镀或触击电镀等底层处理也是有效的。另外，底层也可以有多层，优选根据覆盖方法用途等设置各种底层结构。底层的总厚度优选为0.1～1.0μm。
由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成的第一层，其算术平均粗糙度Ra＝(A)μm，所述第一层是导电特性良好的贵金属层。(A)优选0.05～0.5，更优选0.1～0.2。当(A)为超过0.5的值时，会因表面粗糙度太大而使滑动接触材料的耐磨损性降低，滑动特性变差。对第一层的厚度并无特别限定，但因为贵金属越厚成本越高，所以第一层的涂覆厚度最优选是0.2～5μm。
本发明中形成第一层以及第二层的贵金属是指标准电极电位为正的金属，例如金、银、铜、钯、铂、铱、铑、钌等，优选金、银、钯、铂。
其中，形成第一层的贵金属或作为形成第一层的合金的主要成分的贵金属是不同于形成第二层的贵金属或作为形成所述第二层的合金的主要成分的贵金属的元素。
第二层是由不同于形成第一层的元素或其合金的贵金属所形成的膜层，其膜厚在(A)μm以下，所述第二层是保护第一层、且设置了与导电特性良好的第一层不同的贵金属层。该第二层成为初期的滑动面，但通过将第二层填埋至第一层的Ra＝(A)μm的凹凸部，可以形成兼顾作为接触材料所需要的低接触电阻特性、作为滑动接触所需要的表面润滑性、耐磨损性功能的层。第二层只要是能够填埋第一层的凹凸即可，所述第二层厚度为0.001×(A)μm～(A)μm，优选0.001(A)～0.5(A)μm。当第二层的厚度在(A)μm以上时，其会覆盖至第一层所规定的Ra＝(A)μm的凹凸部以上，效果减弱同时，贵金属的使用量还会增加，使成本上升。
为制造本发明的电触点材料，可使用镀敷、包层(clad)、蒸镀、溅射等各种膜形成法，但优选第一层以及第二层中至少一层是以镀敷方式设置而成，更优选第一层和第二层这两层都以镀敷方法形成。镀敷可以适当选择通常使用的镀敷，作为较容易形成薄膜的方法，优选使用电解镀敷法。电解镀敷液的组成及镀敷条件可以按照常用方法进行。另外，为了控制必须的贵金属量，将第一层或第二层、或者是这二者的贵金属涂覆层以条状、点状等进行部分施加也是有用的。
本发明的覆盖层，对于外观种类是否为全光泽、半光泽、无光泽，没有特别的限定，都可适用。还有，虽然仅靠上述发明，技术效果就已经足够了，但为了巩固，也优选在一层以上的层中复合通常使用的各种添加剂、分散剂、分散粒子等。
通过本发明，可以以低成本制造出滑动特性、耐磨损性优异、寿命长的电触点材料。
实施例
下面，基于实施例对本发明进行更加详细的说明，但本发明不仅限于此。
对厚0.3mm、宽18mm的C14410条(铜基体)进行电解脱脂、酸洗的预处理后，制成表1所示的镀敷结构材料，得到本发明以及比较例的电触点材料。
对各镀层厚的测定，使用荧光X射线膜厚测定装置(SFT9400：SII制)，以平行光管(コリメ—タ—)径φ0.5mm、测定时间60秒的条件对任意的表面10个点进行测定，算出其平均值。
表1：具体发明实施例以及比较例
 
有无底层/覆盖厚度(μm)             第一层/覆盖厚度(μm)/Ra(μm) 第二层/覆盖厚度(μm)          
实施例1 无 Ag/4.0/0.3 Au/0.01
实施例2 Ni/0.5以及Ag触击电镀/0.2 Ag/4.0/0.3 Au/0.01
实施例3 Co/0.5以及Ag触击电镀/0.2 Ag/4.0/0.3 Au/0.01
实施例4 Cu/0.5以及Ag触击电镀/0.2 Ag/4.0/0.3 Au/0.01
实施例5 Ni/0.5以及Ag触击电镀/0.2 Ag/4.0/0.3 Au/0.001
实施例6 Ni/0.5以及Ag触击电镀/0.2 Ag/4.0/0.3 Au/0.03
实施例7 无 Ag/4.0/0.3 Pd/0.01
实施例8 无 Ag/4.0/0.3 Pd-Ni合金/0.01
实施例9 无 Ag/4.0/0.3 Ru/0.01
实施例10 无 Pd/1.0/0.2 Au/0.01
实施例11 无 Pd/1.0/0.2 Au/0.001
实施例12 Ni/0.5 Pd/1.0/0.2 Au/0.01
 
实施例13 Cu/0.5 Pd/1.0/0.2 Ag/0.1
实施例14 Ni/0.5以及Ag触击电镀/0.2 光泽Ag/4.0/0.15 Au/0.01
实施例15 Ni/0.5以及Ag触击电镀/0.2 光泽Ag/4.0/0.15 Au/0.001
实施例16 无 Ag/4.0/0.05 Au/0.01
实施例17 无 Ag/4.0/0.1 Au/0.01
实施例18 无 Ag/4.0/0.5 Au/0.01
实施例19 无 Ag/0.5/0.3 Au/0.01
比较例1 Ni/0.5以及Ag触击电镀/0.2 Ag/4.0/0.3 ———
比较例2 无 Ag/4.0/0.3 Au/0.5
比较例3 无 Ag/4.0/0.6 ———
比较例4 Ni/0.5以及Ag触击电镀/0.2 Ag/4.0/0.3 Ag/0.01
比较例5 无 Ag/4.0/0.03 Au/0.01
比较例6 无 Ag/4.0/0.8 Au/0.01
上述各镀敷的镀敷液成分以及镀敷条件如下所示。
【Ni镀敷】
镀敷液：Ni(NH2SO3H)500g/l、NiCl2 30g/l、H3BO3 30g/l
镀敷条件：电流密度15A/dm2、温度50℃
【Co镀敷】
镀敷液：CoSO4 400g/l、NaCl 20g/l、H3BO4 40g/l
镀敷条件：电流密度5A/dm2、温度30℃
【Cu镀敷】
镀敷液：CuSO4·5H2O 250g/l、H2SO4 50g/l、NaCl 0.1g/l
镀敷条件：电流密度6A/dm2、温度40℃
【Ag触击电镀】
镀敷液：AgCN 5g/l、KCN 60g/l、K2CO3 30g/l
镀敷条件：电流密度2A/dm2、温度30℃
【Ag镀敷】
镀敷液：AgCN 50g/l、KCN 100g/l、K2CO3 30g/l
镀敷条件：电流密度0.5～3A/dm2、温度30℃
【光泽Ag镀敷】
镀敷液：AgCN 5g/l、KCN 100g/l、K2CO3 30g/l、NaS2O3 1.58g/l
镀敷条件：电流密度1A/dm2、温度30℃
【Pd-Ni合金镀敷：Pd/Ni(％)80/20】
镀敷液：Pd(NH3)2Cl2 40g/l、NiSO4 45g/l、NH4OH 90ml/l、(NH4)2SO450g/l
镀敷条件：电流密度1A/dm2、温度30℃
【Pd镀敷】
镀敷液：Pd(NH3)2Cl2 45g/l、NH4OH 90ml/l、(NH4)2SO4 50g/l
镀敷条件：电流密度1A/dm2、温度30℃
【Au镀敷】
镀敷液：KAu(CN)2 14.6g/l、C6H8O7 150g/l、K2C6H4O7 180g/l、EDTA-Co(II) 3g/l、哌嗪 2g/l
镀敷条件：电流密度1A/dm2、温度40℃
【Ru镀敷】
镀敷液：RuNOCl3·5H2O 10g/l、NH2SO3H 15g/l
镀敷条件：电流密度1A/dm2、温度50℃
为求出关于上述电触点材料的滑动特性，在被用为滑动接触的部分进行了下述条件下的动摩擦系数测定以及接触电阻测定，测定结果以及制造成本如表2所示。
【动摩擦系数测定】
使用Bowden滑动实验装置测定动摩擦系数。测定条件如下。
R＝2.0mm钢球探测器、滑动距离10mm、滑动速度100mm/min.、滑动次数往返100次、负荷10g、65％Rh、25℃
【接触电阻测定】
采用四端子法，对涂覆初期以及动摩擦系数实验过程中的接触电阻进行测定。测定条件为，读取Ag探测器R＝2mm、负荷10g、10mA通电时的电阻值。
表2：评价结果
 
初期的接触电阻(mΩ) 50次滑动后的动摩擦系数μk/接触电阻(mΩ)  100次滑动后的动摩擦系数μk/接触电阻(mΩ) 300次滑动后的动摩擦系数μk/接触电阻(mΩ) 成本低← →高◎○△× 综合评价优← →劣◎○△×
实施例1 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
实施例2 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
实施例3 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
实施例4 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
实施例5 <1 0.25/<1 0.3/<1 0.3/<1 ○ ○
实施例6 <1 0.15/<1 0.15/<1 0.15/<1 △ ○
实施例7 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
实施例8 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
实施例9 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
实施例10 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
实施例11 <1 0.3/<1 0.3/<1 0.3/<1 ○ ○
实施例12 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
实施例13 <1 0.2/<1 0.2/<1 0.2/<1 ◎ ◎
实施例14 <1 0.15/<1 0.15/<1 0.15/<1 ○ ◎
实施例15 <1 0.2/<1 0.2/<1 0.2/<1 ○ ○
实施例16 <1 0.25/<1 0.3/<1 0.35/<1 ○ ○
实施例17 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
实施例18 <1 0.27/<1 0.27/<1 0.27/<1 ○ ○
实施例19 <1 0.25/<1 0.25/<1 0.25/<1 ○ ○
比较例1 <1 0.3/<1 0.4/3 0.7/6 ◎ △
比较例2 <1 0.2/<1 0.2/<1 0.2/<1 × △
比较例3 <1 0.3/<1 0.5/4 0.8/10 ○ ×
比较例4 <1 0.3/<1 0.4/3 0.7/6 ○ △
比较例5 <1 0.25/<1 0.4/3 0.7/6 ○ △
比较例6 <1 0.3/<1 0.7/4 1.0/12 ○ ×
对表2中各实施例以及比较例的电触点材料的制造所需的成本从低到高分为◎○△×四个等级。另外，按从优到劣分为◎○△×四个等级进行综合评价。综合评价的◎○为实用性水准。
由上述结果看出，在实施例中均获得了稳定的动摩擦系数以及接触电阻。而比较例1、3、4、5以及6中，滑动次数接近100次时，接触电阻增大，另外，比较例2的成本太高，这些都未到实用性水准。
工业实用性
本发明的电触点材料可以很好地应用于例如汽车电气配线用的连接器端子、便携电话搭载的接触开关、或存储卡、PC卡的端子等需要反复抽插、滑动的电触点材。
以上对本发明及其实施方式进行了说明，只要没有特别的指定下，不应用说明中的任何一个细节来限定本发明，在不违反所附的权利要求书所示的发明的精神和范围下，应在较宽范围内解释本发明。
本申请主张基于2006年3月17日在日本国申请的专利申请2006-075231、以及2007年3月14日在日本国申请的专利申请2007-065855的优先权，本申请参考了上述专利申请并将其内容作为本说明书记载的一部分。

Claims (4)

1.一种电触点材料，所述电触点材料包括导电性基体、设置在导电性基体的第一层、以及设置在所述第一层的表面的第二层，
所述第一层由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成，其算术平均粗糙度Ra＝(A)μm，
所述第二层由贵金属或以贵金属为主要成分的合金形成，其膜厚为0.001×(A)μm～(A)μm，
其中，形成所述第二层的贵金属或形成所述第二层的合金中作为主要成分的贵金属是不同于形成所述第一层的贵金属或形成所述第一层的合金中作为主要成分的贵金属的元素。
2.权利要求1所述的电触点材料，其中，所述(A)为0.05～0.5。
3.权利要求1或2所述的电触点材料，其中，所述第一层和第二层中至少一层是通过镀敷而设置。
4.一种制造权利要求1或2所述的电触点材料的方法，其中，通过镀敷而设置所述第一层和第二层中至少一层。
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