CN106715731A

CN106715731A - 电连接元件

Info

Publication number: CN106715731A
Application number: CN201580045155.XA
Authority: CN
Inventors: 蒂莫·奥尔门丁格; 凯·韦伯
Original assignee: Wieland Werke AG
Current assignee: Wieland Werke AG
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-08-29
Publication date: 2017-05-24
Also published as: WO2016045770A1; PL3198048T3; DE102014014239A1; DE102014014239B4; EP3198048A1; KR20170059436A; JP2017532436A; EP3198048B1; JP6514318B2; TWI651422B; US20170204501A1; TW201617460A

Abstract

含有铜锌合金的电连接元件。该铜锌合金包含(以重量百分数计)：28.0至36.0％Zn、0.5至1.5％Si、1.5至2.5％Mn、0.2至1.0％Ni、0.5至1.5％Al、0.1至1.0％Fe、任选地此外高至最多0.1％Pb、任选地此外高至最多0.1％P、任选地高至最多0.08％S，其余是Cu和不可避免的杂质。根据本发明，含有铁、镍和锰的混合硅化物被结合入基质中。该结构包含α基质，其含有从5高至45体积百分数的β相和高至20体积百分数的含有铁、镍和锰的混合硅化物的内含物。该结构还包含具有柱形状的含有铁、镍和锰的混合硅化物和具有球形状的富铁和镍的混合硅化物。

Description

电连接元件

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的含有铜锌合金的电连接元件。

用于安全性、舒适性和动力的多种新的汽车应用可以仅通过电子功能和部件的针对的使用被实现。由于对于插塞式连接器的以及因此所使用的材料的增加的需求，在近年来已经具有对高性能的铜合金的明白无误的趋势。这些析出硬化铜材料显示高的机械强度、高的电导率和良好的可变形性。从HP-Cu合金的第一代，例如具有略微高于20MS/m的电导率的CuNi₃SiMg起，高的强度和高的电导率的性质组合需要被进一步优化。

这个方向的一个步骤首先是析出硬化铜合金的发展，例如基于具有46MS/m和高至610MPa的强度的体系CuCrAgFeTiSi。该合金的一个另外的显著的优点是当在高至200℃的升高的温度使用材料时材料的非常良好的松弛强度。这种种类的合金能够覆盖在汽车工业、工业电子学和远程通信的领域中的应用。

此外，使用具有不多于3μm的晶粒度的细的微结构的青铜材料。以这种方式，实现显著地高的机械强度与大地改进的变形性质组合。作为显著地改进的可变形性的结果，处理器可以实现相应地小的弯曲半径。同样地，改进的可弯曲性意味着在变形区中的粗糙度显著地低于当使用标准黄铜时。后续的覆层可以因此被制造为具有更薄的层厚度，借助于这可以实现在进一步的处理中的很大的成本节约。电导率是与标准黄铜的电导率相同的并且是约7.5至12MS/m。

另外的包含Ni-Co混合硅化物的析出硬化CuNi₁CoSi合金同样地非常好地适合于插塞式连接器的经济的微型化。该材料具有高的强度，具有29MS/m的比较良好的电导率和比较良好的导热率并且可以被容易地加工。

所描述的材料特别地适合于在自动冲压/折弯机上的加工并且仅可以在大的困难下通过切割加工被处理。

用于插塞式连接器的非常适合于待通过切割加工生产的衬套和引脚的以杆和线的形式的另外的铜材料也已知是低成本的黄铜材料的材料类别，包括合金CuZn₃₇Pb_0.5、CuZn₃₅Pb₁、CuZn₃₅Pb₂、CuZn₃₇Pb₂、CuZn₃₆Pb₃和CuZn₃₉Pb₃，其用于在转动插塞式连接器的生产中的有需求的应用。

取决于技术要求，具有高的电导率、高的机械强度和组合地这些性质二者的材料在这些情况中被使用。因此，CuPb₁P也是一种另外的容易地可加工的自动机器材料，其同时具有约50MS/m的高的电导率。其特别地适合于插塞式连接器和其他的电子应用。

除了该混晶硬化合金，合金谱被另外的析出硬化材料完美化。这些包括，例如，CuNi₁Pb₁P和CuNiPb_0.5P，作为具有高的强度、至少32MS/m的良好的电导率以及此外良好的可切割加工性的低合金铜材料。由于Pb含量，该材料特别地适合于电工学和电子学中的通过切割加工生产的插头触点。

具有相应的弹簧性质的高的强度也可以使用含有4％的锡、锌和铅中的每个的多组分的锡青铜CuSn₄Zn₄Pb₄P被获得。该锡青铜是容易地可冷成形的并且能够通过切割加工被非常好地处理。特定的使用领域是弹性电子触点。

现在在合金开发中始终必须被考虑在内的方面是各种环境指导和在材料的方面的约束。此外，具有对于提供适合于插塞式连接器的性质组合的可选择的或补充性的合金的进一步的开发潜力。在此，不仅物理性质，而且特别是良好的可加工性起关键的作用。

本发明的一个目的是提供主要由低铅的或无铅的铜合金组成的电连接元件。

本发明被权利要求1的特征限定。返回引用权利要求1的进一步的权利要求限定本发明的有利的实施方案和进一步的发展。

本发明包括用于含有铜锌合金的电连接元件的构建的技术教导。所述铜锌合金由以下组成(以重量％计)：

28.0％至36.0％的Zn，

0.5％至1.5％的Si，

1.5％至2.5％的Mn，

0.2％至1.0％的Ni，

0.5％至1.5％的Al，

0.1％至1.0％的Fe，

任选地高至不多于0.1％的Pb，

任选地高至不多于0.1％的P，

任选地高至0.08％的S，

余量Cu和不可避免的杂质。

根据本发明，含有铁-镍-锰的混合硅化物内嵌在该基质中。该微结构由α基质组成，其中以体积计5％至高至45％的比例的β相和此外以以体积计高至20％的比例的含有铁-镍-锰的混合硅化物的内含物在所述α基质中存在。此外，所述含有铁-镍-锰的混合硅化物以棒状形式存在并且此外具有球形状的富铁-镍的混合硅化物在该微结构中存在。

已经出乎意料地发现，本发明的合金组合物适合于电连接元件。迄今，这样的合金的用途，根据申请人的德国第一公布10 2007 029 991 A1，被设想仅用于在内燃机、变速箱或液压装置中的滑动元件中的使用。该第一公布的内容被通过引用完全地并入本说明书中。这样的不同的应用寻求为了特定的用途被优化的性质组合的不同的目的。强度的增大、微结构的耐热性和复杂的抗磨损性的性质组合与令人满意的韧性性质组合，考虑到引擎应用。

相反地，本发明出自以下构思，即提供包含铜锌合金的电连接元件，该铜锌合金包含内嵌的含有铁-镍-锰的混合硅化物，该元件可以被具体地借助于连续的或半连续的浇铸生产。由于混合硅化物形成和微结构形成，铜锌合金具有对于该组的材料的非常高的电导率。

合金还具有高的硬度和强度值，但是被拉伸试验中的断裂伸长表达的被要求的程度的延展性被确保。因为该性质组合，本发明的主题内容被发现特别地适合于电连接元件，例如转动插塞式连接器、插头装置、电夹持器，任选地还具有螺旋接头。

在合金的浇铸的先前的生产步骤中，富铁和镍的混合硅化物的早期的沉淀初始地发生。这些沉淀物可以在进一步生长期间生长以形成具有相当大的大小以及经常地杆状形状的含有铁-镍-锰的混合硅化物。此外，很大的比例趋于保持具有球形状的小体积，其在基质中以细地分散的形式存在。细地分散的硅化物被认为是为什么β相的稳定化发生的理由。特别地，该合金具有在冷成型期间的高的延展性。在电连接元件的情况下，这是对于卷边特别地重要的，在卷边期间材料通常经受大的塑性变形。因此，具有实际上任何程度的变形的折边、夹捏或折叠是可能的，而在材料中没有出现裂缝形成。

该材料还特别地适合于通过切割加工生产的电连接元件。该良好的可切割加工性甚至被5％以体积计的β相实现。在β相的高至45％以体积计的更高的含量，在切割加工期间的切屑形成也改进，作为短的切屑的期望的形成的结果。在β相的低于5％以体积计的比例，该可切割加工性对于在作为在自动机器上的材料的使用中的材料的除去的高速率不再令人满意。在高于45％以体积计的β相含量，发现，材料的韧性和微结构的耐热性减少。该合金的来自各自的制造过程的最终状态导致被作为岛内嵌在主要由α基质组成的微结构中的β相。β相的这样的岛是对于合金的可切割加工性和抗腐蚀性特别地有利的。

然而，通过切割加工被处理的表面的特别地高的表面质量在β相的特别地10％至25％以体积计的比例被实现。比较低的工具磨损也在β相的5％至45％以体积计的所指示的体积范围中获得，使得该工具具有相应地长的操作寿命并且工具成本因此被减少。含有铁-镍-锰的混合硅化物的高于20％以体积计的比例将导致使得材料的有利的性质的平衡将受损的大的硬度增加。

还可以特别地提到材料的松弛强度，作为其的结果电连接元件的弹簧力被保持。

本发明的合金的该具体的优点因此基于为了意图的用途被优化的以强度的增大、微结构的耐热性和电导率以及令人满意的韧性性质的形式的性质组合。

此外，要求保护的关于该材料的方案把对于环境友好的无铅的合金替代形式的需要考虑在内，这是由于与常规的合金相比的铅含量的代替。此外，该材料预定用于在其中获得可塑性的必需的程度的特定的应用，虽然有在硬度和强度的方面的有需求的要求。

在本发明的有利的实施方案中，该铜锌合金可以含有

30.0％至36.0％的Zn，

0.6％至1.1％的Si，

1.5％至2.2％的Mn，

0.2％至0.7％的Ni，

0.5％至1.0％的Al，

0.3％至0.5％的Fe。

特别地有利的合金组合物作为较窄的限制的结果被选择。韧性性质和电导率，任选地使用最终的退火热处理，被以这种方式进一步改进。最终的退火热处理优选地在300℃至400℃实施持续3至4小时。

在本发明的进一步的有利的实施方案中，铜锌合金可以含有33.5％至36.0％的Zn。在这些相对地高的锌含量，对于电连接元件所需要的韧性性质和良好的电导率可以仍然被实现。该另外的元素的比例，特别是铜的比例，相应地被非常高的锌含量减少。作为结果，该合金具有相应地更低的金属价格，这是由于相对地低成本的锌的更高的比例。

该合金的电导率可以有利地是至少5.8MS/m。特别地优选的电导率是从至少10MS/m至高于13MS/m。比较的材料，例如含铅的黄铜没有获得这些值。甚至高于13MS/m的值可以被合适的进一步的处理步骤提供。

由以体积计5％至45％的比例的β相和以体积计高至20％的比例的含有铁-镍-锰的混合硅化物的内含物在其中存在的α基质组成的微结构可以有利地已经在进一步的处理之后被形成，进一步的处理包括至少一个热成型和/或冷成型步骤以及任选地进一步的热处理步骤。因为α基质中的不同的粒度分布的β内含物和硬相，该合金确保微结构的有利的耐热性以及对于连接元件的生产来说令人满意的韧性性质。

对于该进一步的处理，该合金可以在其的进一步的处理期间已经有利地经历以下步骤：

-在600℃至800℃的温度范围内的挤出或热轧，

-至少一个冷成型步骤，优选地通过拉丝或冷轧。

在本发明的优选的实施方案中，该合金还可以在其的进一步的处理中已经经历以下步骤：

-在600℃至800℃的温度范围内的挤出或热轧，

-至少一个冷成型步骤，优选地通过拉丝或冷轧，和至少一个在250℃至700℃的温度范围内的热处理，优选地从20分钟至5小时的热处理时间的热处理的组合。该异质的微结构的细的分散可以借助于以圆线、异形钢丝、圆形棒、异形杆、中空杆和管的形式的起始材料的通过拉丝的冷成型和在250℃至700℃的温度范围内的一个或多个热处理的组合被提供。对于电导率的改进的要求以这种方式被解决。

β相的比例的量级和分布与微结构的耐热性之间的关系也是特别感兴趣的。然而，因为该体心的立方晶体种类在该铜锌合金中采取不可分配的强度递增函数，所以β含量的最小化应当不是排他性的聚焦。该铜锌合金的该微结构中的相分布可以借助于制造顺序挤出或热轧/拉丝或冷轧/中间热处理被修改，使得该合金不仅具有高的强度，而且还具有令人满意的耐热性、延展性和良好的电导率。

在优选的实施方案中，该成型可以在所述进一步的处理期间跟随有在250℃至450℃的温度范围内的至少一个退火热处理以及优选地从2至5小时的热处理时间。

在制造的过程期间，必需的是借助于一个或多个退火热处理减少残余应力的水平。残余应力的减少对于确保该微结构的足够的耐热性以及对于确保圆线、异形钢丝、圆形棒、异形杆、中空杆和管作为用于电连接元件的前体产品的令人满意的笔直性来说也是重要的。

本发明的进一步的工作实施例将以表格的辅助被例证。这些涉及在研究之后被认为是最好的实施方案。然而，此外，不同的实施方案也适合于实现本发明的内容中的有创造性的优点。

通过连续铸造或冷模浇铸生产主要由本发明的铜锌合金组成的铸件引脚。合金1的连续铸造件的以及合金2和3的冷模浇铸件的化学组成在表格1中示出。

表格1：铸件引脚或铸件块的化学组成(以重量％计)，不指出可能的杂质

	Cu[％]	Zn[％]	Si[％]	Mn[％]	Ni[％]	Sn[％]	Al[％]	Fe[％]
									合金1	64.0	31.1	1.0	2.0	0.6	<0.01	0.9	0.4
合金2	64.0	30.8	1.1	2.1	0.6	-	0.9	0.5
									合金3	61.6	34.8	0.7	1.7	0.3	-	0.5	0.4

制造程序1：

·主要由合金1组成的铸件引脚在670℃-770℃的温度挤出以形成管

·冷成型/中间热处理(630℃-700℃/50min-3h)/直化/退火热处理(300℃-400℃/3h)的组合。

在已完成的制造中，具有尺寸(30.1×24.7)mm的管的微结构的性质、电导率和力学性质在表格2中以数字示出的水平。

表格2：在最终状态(合金1)中的管上在两个位置的微结构的性质、电导率和力学性质

制造程序2：

·主要由合金1组成的铸件引脚在650℃-750℃的温度挤出以形成圆形棒

·冷成型/热处理(630℃-720℃/50min-4h)/直化/退火热处理(300℃-450℃/2-4h)的组合。

在已完成的制造中，具有13.40mm、16.35mm和45.50mm的直径的圆形棒的微结构的性质、电导率和力学性质在表格3中以数字示出的水平。

表格3：在最终状态(合金1)中的圆形棒的微结构的性质、电导率和力学性质

制造程序3：

·主要由合金2和3组成的铸件块在650℃-730℃的温度热轧以形成轧制薄板

·具有15％至25％的变形的片材的冷轧，任选地使用退火热处理(300℃-450℃/2-4h)

此外，任选地，在各个的过程步骤之间的表面的铣削。

表格4：在最终状态中的轧制薄板的微结构的性质、电导率和力学性质(轧制薄板厚度3mm，使用和不使用退火热处理AHT作为最后一个过程步骤)

制造程序4：

·具有15％至25％的变形的片材的热处理(650℃/3h)和冷轧的组合，任选地使用退火热处理(300℃-450℃/2-4h)

此外，任选地，在各个的过程步骤之间的表面的铣削。

表格5：在最终状态中的轧制薄板的微结构的性质、电导率和力学性质(轧制薄板厚度3mm，使用和不使用退火热处理AHT作为最后一个过程步骤)

制造程序5：

·具有15％至65％的变形的片材的冷轧/热处理(630℃-720℃/50min-4h)的组合

此外，任选地，在各个的过程步骤之间的表面的铣削。

表格6：在最终状态中的轧制薄板的微结构的性质、电导率和力学性质(轧制薄板厚度2.3mm，不使用退火热处理AHT)

对于根据制造程序5通过在250℃至450℃的温度的另外的退火热处理生产的合金2和3的形式，，特别地可以进一步增加电导率的值。

关于这些工作实施例，可以被强调的是，β含量在全部五个制造程序的情况下在5％-20％的范围内。进一步的研究显示出β含量优选地在5％-30％的范围内。内嵌在主要由α基质组成的微结构中的在制造的最终状态中的β相的岛状形成物可以是在某种程度上或多或少明显的。在β相的越来越低的含量，隔离岛很可能形成并且在限制性的情况下能够形成一种相对于α基质的微晶的空隙的填充。

Claims

1.一种含有铜锌合金的电连接元件，该铜锌合金由以下组成(以重量％计)：

28.0％至36.0％的Zn，

0.5％至1.5％的Si，

1.5％至2.5％的Mn，

0.2％至1.0％的Ni，

0.5％至1.5％的Al，

0.1％至1.0％的Fe，

任选地高至不多于0.1％的Pb，

任选地高至不多于0.1％的P，

任选地高至0.08％的S，

余量Cu和不可避免的杂质，

其特征在于：

-含有铁-镍-锰的混合硅化物内嵌在基质中，

-微结构由α基质组成，其中α基质中存在以体积计5％至45％的比例的β相和以体积计高至20％比例的含有铁-镍-锰的混合硅化物的内含物，

-该具有棒状形式的含有铁-镍-锰的混合硅化物和具有球形状的富铁-镍的混合硅化物存在于所述微结构中。

2.根据权利要求1所述的电连接元件，其特征在于：

30.0％至36.0％的Zn，

0.6％至1.1％的Si，

1.5％至2.2％的Mn，

0.2％至0.7％的Ni，

0.5％至1.0％的Al，

0.3％至0.5％的Fe。

3.根据权利要求2所述的电连接元件，其特征在于：

33.5％至36.0％的Zn。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电连接元件，其特征在于所述合金的电导率是至少5.8MS/m。

5.根据权利要求4所述的电连接元件，其特征在于所述合金的电导率是至少10MS/m。

6.根据权利要求5所述的电连接元件，其特征在于所述合金的电导率是至少13MS/m。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的主要由铜锌合金组成的电连接元件，其特征在于微结构由α基质组成，其中α基质中存在以体积计5％至45％的比例的β相和以体积计高至20％比例的含有铁-镍-锰的混合硅化物的内含物，微结构已经在进一步的处理之后被形成，所述进一步的处理包括至少一个热成型和/或冷成型步骤以及任选地进一步的热处理步骤。

8.根据权利要求7所述的主要由铜锌合金组成的电连接元件，其特征在于所述合金已经在其的进一步的处理期间经历以下步骤：

-在600℃至800℃的温度范围内的挤出或热轧，

-至少一个冷成型步骤。

9.根据权利要求7所述的主要由铜锌合金组成的电连接元件，其特征在于所述合金已经在其的进一步的处理期间经历以下步骤：

-在600℃至800℃的温度范围内的挤出或热轧，

-至少一个冷成型步骤和在250℃至700℃的温度范围内的至少一个热处理的组合。

10.根据权利要求8或9所述的主要由铜锌合金组成的电连接元件，其特征在于在所述进一步的处理期间，所述成型被在250℃至450℃的温度范围内的至少一个退火热处理跟随。