CN104704134A

CN104704134A - 电接触元件的材料

Info

Publication number: CN104704134A
Application number: CN201280076336.5A
Authority: CN
Inventors: D·罗德; T·赫尔曼坎普; H·舒尔策; A·卢姆巴赫; J·于斯滕
Original assignee: KME Germany GmbH
Current assignee: KME Special Products GmbH and Co KG
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2015-06-10
Also published as: ES2593624T3; EP2906733B1; JP6147351B2; EP2906733A1; MX351542B; HK1205768A1; WO2014056466A1; DK2906733T3; JP2015537117A; MX2015004305A; PL2906733T3

Abstract

本发明涉及用于用来制造电接触元件的金属带的材料，以及这种材料用于电接触元件，特别是插塞接点的用途。所述材料由具有下列合金组分的可硬化的铜合金构成，以重量％计：锌(Zn)19.0％至40.0％锡(Sn)0.1％至1.5％镍(Ni)0.8％至3.0％硅(Si)0.1％至0.9％，以及任选地至少一种来自以下组的元素：磷(P)、硼(B)、银(Ag)、锰(Mn)、铬(Cr)、铝(Al)、镁(Mg)、铁(Fe)、锆(Zr)或砷(As)，其中，来自该组的单个元素的份额为最高0.8％，来自该组的所有元素的份额为最高4.55％，其余的是铜(Cu)和熔炼产生的杂质。镍(Ni)的份额可至少部分地被钴(Co)代替，其中镍(Ni)和/或钴(Co)与硅(Si)的比例达到3.5:1至7.5:1。

Description

电接触元件的材料

本发明涉及根据权利要求1前序部分特征的、用于用来制造电接触元件的金属带的材料，以及根据权利要求6的特征的这种材料用于用来制造电接触元件的导电金属带的用途。

接触元件在电工技术以及电子领域有多种应用。作为可以互相机械连接和分离的连接元件，它们的主要任务是制造导电接触。除了电路闭合之外这样还可以实现与电子元器件的直接耦合。

各种实施方案既遵循特定的国家标准也遵循应用领域需要满足的要求。特别是对于可手动分离的电插塞接点来说，因此对机械负荷能力提出了更高的要求。

高品质的插塞接点具有稳定的接触电阻，在此保持低过渡电阻是至关重要的。接触电阻的变化主要是由于腐蚀层或杂质层的电中断造成的。为了保持这类接触元件尽可能持久的接触表面，它们通常具有锡涂层或铬涂层，甚至银涂层或金涂层。

制造这类插塞接点主要使用由铜合金制成的金属带，由金属带冲制成各种形状。根据合金成分锌或锡的使用量，或者是黄铜或者是可延展的青铜，例如CuSn4至CuSn8。后一种材料在中等的强度下具有出色的可弯曲性。因为在此涉及混晶硬化和冷作硬化的材料，它们相对于弛豫的耐久性还是相对低。此外，在>R700(R_m≥700MPa,DINEN 1173/95)的高的强度状态下，可弯曲性明显降低，这反映在随着裂缝形成越发严重弯曲半径越大。

因为电接触元件涉及大批量制品，各种基本材料的购买价格尤其重要。起决定作用的是合金内部铜的相应含量。由于黄铜中高的锌份额，因此具有高的铜份额的铜合金相对地具有大约高出20％的价格。

由JP 2008/208466A已知一种用于插塞接点的铜合金，它具有以重量％计为23％至28％的锌(Zn)份额。其他以下组成成分至少为0.01％，其中硅(Si)最高达3％，而镍(Ni)的份额最高达5％。

JP 2009/013499A同样公开了一种用于插塞接点的铜材料，它的锌(Zn)的份额以重量％计为20％至41％。镍(Ni)的份额在此达到0.1％至5.0％，其中锡(Sn)的份额为0.5％至5.0％。

DE 10308779B3指明了不含铅的铜合金及其用途。其组成成分以重量％计，铜为至少60％至最大70％，因此是相当高的。与此相反，提出了镍(Ni)的份额为0.01％至0.5％，而锡(Sn)的份额则变为0.5％至3.5％。硅(Si)的可能份额可达到0.01％至0.5％。

特别是高的铜份额使得基本材料的购买价格相当高。另外，其他合金成分的份额在改善的材料特性方面还提供了可改善的空间。

因此，本发明的目的在于，进一步改善用于用来制造电接触元件的金属带的材料，尽管其单个合金成分的成本成本有利，但满足了用于制造电接触元件的导电材料的用途的必要特征。

根据本发明，所述目的的解决方案在于根据权利要求1特征的、用于用来制造电接触元件的金属带的材料。

据此，提出了用于用来制造特别是插塞接点的电接触元件的金属带的材料，所述材料由份额以重量％计的可硬化的合金构成：

锌(Zn) 19.0％至40.0％

锡(Sn) 0.1％至1.5％，

镍(Ni) 0.6％至3.0％，和

硅(Si) 0.1％至0.9％。

此外，所述材料可以任选地具有至少一种来自以下组的元素：磷(P)、硼(B)、银(Ag)、锰(Mn)、铬(Cr)、铝(Al)、镁(Mg)、铁(Fe)、锆(Zr)或砷(As)，

如果存在来自所述组中的所有元素，则它们构成所述材料的4.55％的最大总份额。基本上，所述组的元素在存在时没有超过总合金份额的0.8％的。材料的其余部分由铜(Cu)和熔炼产生的杂质构成。此外，镍(Ni)的份额可以至少部分地通过钴(Co)来代替。因此，镍(Ni)还可以高达100％地和因此完全通过钴(Co)来代替。镍(Ni)和/或钴(Co)的份额与元素硅(Si)的比例达到3.5:1至7.5:1。

用于制造电接触元件的金属带由可硬化的合金CuZn30Sn1Ni1Si0.2构成。

除了高的锌(Zn)含量和由此带来的有利制造成本之外，特别的优点是材料的强度增加。跟铜相比，增加的强度是基于混晶的形成。这样实现的硬化是可能的强度增加过程中的一个环节，以便由在其他条件下相对软的金属获得硬质材料。

另外，通过与镍(Ni)-硅化物的沉淀硬化可以在良好延伸情况下实现明显更高的强度和因此实现可弯曲性的增强。特别是与纯粹混晶硬化和冷作硬化的、例如CuZn25Sn1的特殊黄铜相比。以这种方式可以在例如R780(R_m≥780MPa)的高强度条件下，还实现A₅₀>3％的断裂伸长(DIN 50125)。在此，耐弛豫性明显好于CuSn4和CuZn25Sn1的情况下。

基本发明思路的其他有利方案是权利要求2至5的主题。

据此，优选份额以重量％计可以是：

锌(Zn) 25.0％至33.0％

锡(Sn) 0.5％至1.2％，以及

镍(Ni) 0.8％至2.5％，和

硅(Si) 0.1％至0.6％，

其中，镍(Ni)的份额可以至少部分地通过钴(Co)来代替。

在可替代的实施方式中，单个合金成分的以重量％计的份额为：

锌(Zn) 27.0％至31.0％

锡(Sn) 0.5％至1.2％，以及

镍(Ni) 0.8％至2.0％，和

硅(Si) 0.1％至0.6％。

在此，镍(Ni)的份额可以至少部分地通过钴(Co)来代替。

对于最佳沉淀硬化，镍(Ni)和/或钴(Co)与硅(Si)的比例保持在3.5:1至7.5:1。所述比例优选可以是4.0:1至5.0:1。

任选存在的来自所述组的单个元素，在存在时以重量％计的份额优选为：

磷(P) 0.001％至0.05％

硼(B) 0.02％至0.5％

银(Ag) 0.02％至0.5％

锰(Mn) 0.03％至0.8％

铬(Cr) 0.01％至0.7％

铝(Al) 0.02％至0.5％

镁(Mg) 0.01％至0.4％

铁(Fe) 0.01％至0.6％以及

锆(Zr) 0.01％至0.4％和

砷(As) 0.001％至0.1％。

所述组中包含的元素可以任选地存在于本发明的材料中。因此，可以加入给定量的磷(P)和/或硼(B)，它们在此起到脱氧剂的作用。它们的存在起到结合溶解于熔体中的自由氧(O)的作用。以此方式对抗氢坏点(Wasserstoffkrankheit)，其中防止气泡形成和合金组成成分的氧化。

此外，磷(P)起到改善本发明的铜合金在浇铸过程中流动性的作用。

添加锰(Mn)主要是利用其对铜合金的硬化特性。同时，锰(Mn)还同样起到脱氧剂的作用。

通过添加铝(Al)增加材料的硬度以及延伸极限。所述的正面的增加在此不造成材料韧性的降低。总的来说，铝(Al)的添加改善了高温下合金的强度、可弯曲性以及耐磨性和抗氧化性。

铬(Cr)和镁(Mg)的添加起到改善高温下抗氧化性的作用。通过铬(Cr)和镁(Mg)与铝(Al)混合可以获得较好的结果。

以之前指明的数量级添加铁(Fe)起到晶粒细化及总体上硬化的作用。与磷(P)相结合形成磷化铁(Eisenphosphiede)。

通过添加锆(Zr)改善材料的热加工性。

另外，添加砷(As)起到降低脱锌趋势的作用。

结果表明，由于铜材料中极低的铜份额，可以实现以成本有利的价格制造电接触元件。尽管铜(Cu)的份额低，但是满足了用于制造电接触元件的导电材料的必要特性。这样产生的铜材料可以金属带的形式应用，用于制造电接触元件。

另外，本发明指明了铜材料用于导电金属带的用途。所述金属带用于制造特别是插塞接点的电接触元件。

根据不同要求可以对所用金属带的表面进行镀锡。

在作为选择的实施方案中，所用的金属带具有锡-银-层(SnAg)。

Claims

1.用于制造特别是插塞接点的电接触元件的金属带的材料，所述材料由具有下列合金组分的可硬化的铜合金构成，以重量％计：

锌(Zn)19.0％至40.0％

锡(Sn)0.1％至1.5％

镍(Ni)0.6％至3.0％

硅(Si)0.1％至0.9％，以及

任选地至少一种来自以下组的元素：

磷(P)、硼(B)、银(Ag)、锰(Mn)、铬(Cr)、铝(Al)、镁(Mg)、铁(Fe)、锆(Zr)或砷(As)，

其中，来自该组的单个元素的份额为最高0.8％，来自该组的所有元素的份额为最高4.55％，其余的是铜(Cu)和熔炼产生的杂质，其中镍(Ni)可至少部分地被钴(Co)代替，并且镍(Ni)和/或钴(Co)与硅(Si)的比例达到3.5:1至7.5:1。

2.根据权利要求1的材料，其特征在于，其中以重量％计的份额为：

锌(Zn)25.0％至33.0％,

锡(Sn)0.5％至1.2％

镍(Ni)0.8％至2.5％

硅(Si)0.1％至0.6％，

其中镍(Ni)可至少部分地被钴(Co)代替。

3.根据权利要求1或2的材料，其特征在于，其中以重量％计的份额为：

锌(Zn)27.0％至31.0％,

锡(Sn)0.5％至1.2％

镍(Ni)0.8％至2.0％

硅(Si)0.1％至0.6％，

其中镍(Ni)可至少部分地被钴(Co)代替。

4.根据权利要求1或3之一的材料，其特征在于，镍(Ni)和/或钴(Co)与硅(Si)的比例为4.0:1至5.0:1。

5.根据权利要求1至4之一的材料，其特征在于，所述组中任选的元素存在时对应下列以重量％计的份额：

6.根据权利要求1至5之一的材料用于用来制造特别是插塞接点的电接触元件的导电金属带的用途。

7.根据权利要求6的用于导电金属带的材料的用途，其特征在于，所述金属带是镀锡的。

8.根据权利要求6或7的用于导电金属带的材料的用途，其特征在于，所述金属带具有锡-银-层。