CN109167197B - 一种高压电连接器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压电连接器，其包括第一接触件和第二接触件，第一接触件和第二接触件上均设置有接触区和燃烧区；第二接触件固定在插头的基座内，第一接触件固定在插座内，第一接触件上设置有簧片；第一接触件和第二接触件之间形成双触点结构；接触区上电镀有低应力镍层，低应力镍层上电镀有贵金属层；燃烧区上依次电镀有低应力镍层、贵金属层和钨镍合金层。本发明提供的连接器的表面镀层具有很好的耐电弧烧蚀性能，成本较低，允许大电流镀银或镀金接插件带电插拔，并且镀层之间结合牢固、耐电弧烧蚀性能好、成本较低，满足大电压下大电流带电插拔使用的防电弧产生和抗电弧烧伤要求。

Description

一种高压电连接器
技术领域
本发明涉及大电流连接器技术领域，具体涉及一种高压电连接器。
背景技术
目前，大功率电连接器多采用低压高流来实现，这样使得传输过程中的功率损耗大大增加，同时也使得使用环境温度大为升高。更大功率电力传输是行业发展趋势，仅靠提高电流已不能满足实际需求，未来更多的是采用大电压、大电流的电力传输方式。然而，若采用高压高流，其接触对在插合与分离过程中均会产生强烈电弧。电弧实际上是接触对间的气体在强电场作用下产生的电离现象，会产生高温并发出强光，从而将触头烧损，严重时还会伤及人员或引起火灾。因此，如何避免高压电连接器中电弧的危害，确保人身财产安全，是电连接器实际应用中必须解决的问题之一。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种镀层之间结合牢固、耐电弧烧蚀性能好的高压电连接器。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种高压电连接器，其包括第一接触件和第二接触件，第一接触件和第二接触件上均设置有接触区和燃烧区，两段接触区相互接触，且接触区设置在两段燃烧区之间；第二接触件固定在插头的基座内，第一接触件固定在插座内，第一接触件上设置有簧片，且簧片的一端挂扣在插座上；第一接触件和第二接触件之间形成双触点结构；接触区上电镀有低应力镍层，低应力镍层上电镀有贵金属层；燃烧区上依次电镀有低应力镍层、贵金属层和钨镍合金层。
进一步地，钨镍合金层的厚度为5微米-10微米。
进一步地，钨镍合金层上设置有一层TiN陶瓷薄膜。
进一步地，钨镍合金层中钨元素的重量比为40％-95％。
进一步地，接触区上的贵金属层为硬银层，硬银层上电镀有银钯合金层；硬银层内含有2％的锑，且硬度在130～170HV之间，硬银层的厚度为8微米，银钯合金层的厚度为0.025～0.25微米。
进一步地，电镀硬银层的硬银电镀液的组分及含量为：
K[Ag(CN)2]：50～55克/升；
KCN：100～130克/升；
NaKC4H4O6·4H2O：40～60克/升；
KSbOC4H4O6·1/2H2O：4～8克/升；
二硫化碳光亮剂：5～10毫升/升；
进一步地，电镀银钯合金层的银钯电镀液的组分及含量为：
以甲基磺酸银计，银含量：8～11克/升；
以硫酸氨钯计，钯含量：8～11克/升；
甲基磺酸：130～160克/升；
硫脲：50～80克/升；
银钯电镀液的PH＜1。
进一步地，钨镍合金层的制备工艺包括：
S1：将第一接触件和第二接触件整体表面镀镍；
S2：采用导电工装将第一接触件和第二接触件进行排列，接着将燃烧区浸入钨镍电镀溶液中，进行钨镍电镀；
S3：电镀完成后，取出第一接触件和第二接触件用蒸馏水漂洗，再吹干、离心脱水；
S4：将第一接触件和第二接触件放入烘箱内烘干30分钟，烘箱内的温度控制在100～150℃之间。
进一步地，钨镍电镀液的组分及含量为：
Na2WO4·2H2O：80～150克/升；
Ni(NH2SO3)2·4H2O)：10～25克/升；
C6H8O7·H2O：100～150克/升；
钨镍电镀液的PH控制在7.0～8.5之间。
进一步地，贵金属层为硬金层，电镀硬金层的硬金电镀液的组分及含量为：
氰化亚金钾：5～8克/升；
柠檬酸钾：100～130克/升；
草酸钾：10～20克/升；
以硫酸钴计，钴含量：0.4～0.6克/升；
硬金电镀液的PH控制在3.8～4.5之间。
本发明的有益效果为：本方案提供了一种耐电弧烧蚀的大电流接插件镀层组合，第一接触件和第二接触件在插入的过程中，最先接触的是燃烧区，由于燃烧区上电镀有钨镍合金，由于钨的熔点在纯金属中最高，以及钨的化学性质稳定等特性，在插合过程中不产生电弧或者产生的电弧存在的时间极短，后续第一接触件和第二接触件再进入到接触区进行正常接触。在拔出的过程中，第一接触件和第二接触件的接触区离开接触，进入燃烧区，同样是利用钨元素的特性，使易起弧的燃烧区与额定工作区分离，并且使已燃起的电弧快速冷却、熄灭。
采用本发明提供的表面镀层工艺镀覆的镀层具有很好的耐电弧烧蚀性能，成本较低，允许大电流镀银或镀金接插件带电插拔，并且镀层之间结合牢固、耐电弧烧蚀性能好、成本较低，满足大电压下大电流带电插拔使用的防电弧产生和抗电弧烧伤要求。避免了接触件接触区被烧损，保证了高压电连接器的可靠性，提高了高压电连接器的使用寿命，避免了危险事故的发生。
附图说明
图1为高压电连接器的结构示意图。
图2为第一接触件与第二接触件插合状态的示意图。
图3为第一接触件与第二接触件拔出状态的示意图。
其中，1、第一接触件，2、第二接触件，3、簧片，4、燃烧区，5、接触区，6、插座，7、插头。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，高压电连接器包括第一接触件1和第二接触件2，第一接触件1和第二接触件2上均设置有接触区5和燃烧区4，两段接触区5相互接触，且接触区5设置在两段燃烧区4之间；第二接触件2固定在插头7的基座内，第一接触件1固定在插座6内，第一接触件1上设置有簧片3，且簧片3的一端挂扣在插座6上；第一接触件1和第二接触件2之间形成双触点结构；接触区5上电镀有低应力镍层，低应力镍层上电镀有贵金属层；燃烧区4上依次电镀有低应力镍层、贵金属层和钨镍合金层，钨镍合金层的厚度为5微米-10微米。
本方案中钨镍合金层上设置有一层TiN陶瓷结构膜，形成从半导体到导体的固体过渡电场，进而取代空气电场；钨镍合金层中钨元素的重量比为40％-95％，钨镍合金为纳米晶相组织，钨在水溶液中的电沉积由镍诱导发生，镍诱导共沉积的钨镍合金电镀层能满足插拔寿命要求。
接触区5上的贵金属层可采用电镀的硬银层，硬银层上还可电镀银钯合金层；硬银层为含2％左右锑的光亮银层，且硬度在130～170HV之间，且硬银层的厚度为8微米。
贵金属层还可采用镀金层，镀金层为耐磨硬金，为微氰柠檬酸体系的金钴合金，硬度在120～180HV范围，厚度控制在0.5微米以上；低应力镍层为比较广泛采用的氨基磺酸镍体系电镀的低应力镍；贵金属层为银钯合金层，且银钯合金层的厚度为0.025～0.25微米。
本方案提供了一种耐电弧烧蚀的大电流接插件镀层组合，第一接触件1和第二接触件2在插入的过程中，最先接触的是燃烧区4，由于燃烧区4上电镀有钨镍合金，由于钨的熔点在纯金属中最高，以及钨的化学性质稳定等特性，在插合过程中不产生电弧或者产生的电弧存在的时间极短，后续第一接触件1和第二接触件2再进入到接触区5进行正常接触。在拔出的过程中，第一接触件1和第二接触件2的接触区5离开接触，进入燃烧区4，同样是利用钨元素的特性，使易起弧的燃烧区4与额定工作区分离并且使已燃起的电弧快速冷却、熄灭。
钨镍合金层的制备方法包括以下步骤：
S1：将第一接触件1和第二接触件2整体表面镀镍；
S2：采用导电工装将第一接触件1和第二接触件2进行排列，接着将燃烧区4浸入钨镍电镀溶液中，进行钨镍局部电镀；
S3：电镀完成后，取出第一接触件1和第二接触件2用蒸馏水漂洗，再吹干、离心脱水；
S4：接着将第一接触件1和第二接触件2放入烘箱内烘干30分钟，烘箱内的温度控制在100～150℃之间。
浸镀时第一接触件1和第二接触件2的固液界面因镀液的润湿和液面波动会形成渐变厚度分布的过渡区，且钨镍电镀前的表面为贵金属层不会发生氧化，无论前端的钨镍镀层还是过渡区的钨镍镀层，与贵金属层的结合强度可以完全保证插拔寿命的要求。
钨镍电镀液以水为溶剂，钨镍电镀液的组分及含量为：
Na2WO4·2H2O：80～150克/升；
Ni(NH2SO3)2·4H2O)：10～25克/升；
C6H8O7·H2O：100～150克/升；
钨镍电镀液的PH为7.0～8.5，PH值通过氨水进行调控，温度控制在70～80℃之间，电镀时的电流密度为10～20A/dm2；钨镍电镀液中金属含量的摩尔比：[W]/([W]+[Ni])≥75％，镀得的钨镍合金层具有较明亮的银白色，含钨比例≥45％。
电镀硬银层的硬银电镀液的组分及含量为：
K[Ag(CN)2]：50～55克/升；
KCN：100～130克/升；
NaKC4H4O6·4H2O：40～60克/升；
KSbOC4H4O6·1/2H2O：4～8克/升；
二硫化碳光亮剂：5～10毫升/升；
硬银电镀液的温度为15～35℃，电镀时的电流密度为0.5～5A/dm2；且以水为溶剂。
电镀银钯合金层的银钯电镀液的组分及含量为：
以甲基磺酸银计，银含量：8～11克/升；
以硫酸氨钯计，钯含量：8～11克/升；
甲基磺酸：130～160克/升；
硫脲：50～80克/升；
银钯电镀液的PH＜1，温度为45～55℃，电镀时的电流密度为0.5～5A/dm2，且银钯电镀液以水为溶剂，银钯电镀液中还加入有适量光亮剂。
电镀硬金的硬金电镀液的组分及含量为：
氰化亚金钾：5～8克/升；
柠檬酸钾：100～130克/升；
草酸钾：10～20克/升；
以硫酸钴计，钴含量：0.4～0.6克/升；
硬金电镀液的PH控制在3.8～4.5之间，温度控制在35～45℃之间，电镀时的电流密度为0.05～0.8A/dm2。
采用本发明提供的表面镀层工艺镀覆的镀层具有很好的耐电弧烧蚀性能，成本较低，允许大电流镀银或镀金接插件带电插拔，并且镀层之间结合牢固、耐电弧烧蚀性能好、成本较低，满足大电压下大电流带电插拔使用的防电弧产生和抗电弧烧伤要求。避免了接触件接触区5被烧损，保证了高压电连接器的可靠性，提高了高压电连接器的使用寿命，避免了危险事故的发生。

Claims (5)

1.一种高压电连接器，其特征在于，包括第一接触件(1)和第二接触件(2)，所述第一接触件(1)和第二接触件(2)上均设置有接触区(5)和燃烧区(4)，两段所述接触区(5)相互接触，且接触区(5)设置在两段燃烧区(4)之间；第一接触件和第二接触件在插入的过程中，最先接触的是燃烧区，后续第一接触件和第二接触件再进入到接触区进行正常接触，在拔出的过程中，第一接触件和第二接触件的接触区离开接触；所述第二接触件(2)固定在插头(7)的基座内，所述第一接触件(1)固定在插座(6)内，所述第一接触件(1)上设置有簧片(3)，且簧片(3)的一端挂扣在插座(6)上；所述第一接触件(1)和第二接触件(2)之间形成双触点结构；所述接触区(5)上电镀有低应力镍层，所述低应力镍层上电镀有贵金属层；所述燃烧区(4)上依次电镀有低应力镍层、贵金属层和钨镍合金层；所述钨镍合金层的厚度为5微米-10微米；所述钨镍合金层上设置有一层TiN陶瓷薄膜；所述钨镍合金层中钨元素的重量比为40％-95％；所述接触区(5)上的贵金属层为硬银层，所述硬银层上电镀有银钯合金层；所述硬银层内含有2％的锑，且硬度在130～170HV之间，所述硬银层的厚度为8微米，所述银钯合金层的厚度为0.025～0.25微米；
所述钨镍合金层的制备工艺包括：
S1：将第一接触件(1)和第二接触件(2)整体表面镀镍；
S2：采用导电工装将第一接触件(1)和第二接触件(2)进行排列，接着将燃烧区(4)浸入钨镍电镀溶液中，进行钨镍电镀；
S3：电镀完成后，取出第一接触件(1)和第二接触件(2)用蒸馏水漂洗，再吹干、离心脱水；
S4：将第一接触件(1)和第二接触件(2)放入烘箱内烘干30分钟，烘箱内的温度控制在100～150℃之间。
2.根据权利要求1所述的高压电连接器，其特征在于，电镀所述硬银层的硬银电镀液的组分及含量为：
K[Ag(CN)2]：50～55克/升；
KCN：100～130克/升；
NaKC4H4O6·4H2O：40～60克/升；
KSbOC4H4O6·1/2H2O：4～8克/升；
二硫化碳光亮剂：5～10毫升/升。
3.根据权利要求1所述的高压电连接器，其特征在于，电镀所述银钯合金层的银钯电镀液的组分及含量为：
以甲基磺酸银计，银含量：8～11克/升；
以硫酸氨钯计，钯含量：8～11克/升；
甲基磺酸：130～160克/升；
硫脲：50～80克/升；
所述银钯电镀液的PH＜1。
4.根据权利要求1所述的高压电连接器，其特征在于，所述钨镍电镀液的组分及含量为：
Na2WO4·2H2O：80～150克/升；
Ni(NH2SO3)2·4H2O：10～25克/升；
C6H8O7·H2O：100～150克/升；
所述钨镍电镀液的PH控制在7.0～8.5之间。
5.根据权利要求1所述的高压电连接器，其特征在于，所述贵金属层为硬金层，电镀所述硬金层的硬金电镀液的组分及含量为：
氰化亚金钾：5～8克/升；
柠檬酸钾：50～90克/升；
柠檬酸钾：40～50克/升；
草酸钾：10～20克/升；
以硫酸钴计，钴含量：0.4～0.6克/升；
所述硬金电镀液的PH控制在3.8～4.5之间。
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