CN113491038A - 电接触元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于连接器的电接触元件，其包括金属基体(111、211)和施加到所述基体(111、211)的耐磨层(113、213)。所述耐磨层(113、213)由纯钌或合金制成，其具有如下成分：50‑100重量％的钌、0‑30重量％的镍、0‑20重量％的铬、0‑20重量％的钴、0‑20重量％的铂和0‑1重量％的其他合金元素。金属中间层(112、212)布置在所述基体(111、211)与所述耐磨层(113、213)之间，厚度(dm、dzn)在1.5pm‑4.0pm之间的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于插入式连接器的电接触元件。
背景技术
电插入式连接器通常具有一个或多个电接触元件和一个或多个绝缘体。接触元件在这里通常设计为公元件或母元件。它们由不耐腐蚀的基材制成。通常这些基材是铜合金。为了确保接触元件在插入式连接器的寿命期间的功能，因此将其他金属薄层施加到基材上。这些金属薄层可包括中间层和耐磨层。
中间层可具有各种任务。它可提高耐磨层在基材上的附着力，在基材与耐磨层之间产生机械补偿，并且防止耐磨层与基材之间发生扩散过程。中间层通常由铜或镍组成。
耐磨层，也称为功能层，位于中间层上。耐磨层延长了接触元件的技术使用寿命，可改进电传输，并且保护位于其下方的层免受腐蚀。它可由诸如锡或银的柔软非惰性金属组成。例如，在汽车行业的插入式连接器中，银作为耐磨层非常普遍。在对可靠性和寿命有特别高要求的插入式系统中，通常使用由非常昂贵的耐腐蚀贵金属或其合金制成的耐磨层。因此，使用例如金钴合金或钯镍合金。
本发明的目的是提供一种电接触元件，其适于在插入式电连接器中使用并且可相比常规电接触元件更成本有效地制造。在这里，仍将获得常规接触元件的可靠性和寿命。
发明内容
此目的通过用于插入式连接器的电接触元件解决，所述电接触元件具有金属基体或施加到所述基体上的耐磨层。所述耐磨层在这里可直接施加在所述金属基体上，或者一个或多个另外的层可布置在所述金属基体与所述耐磨层之间。所述耐磨层由以下合金元素组成：50-100％w/w的钌、0-30％w/w的镍、0-20％w/w的铬、0-20％w/w的钴、0-20％w/w的铂以及0-1％w/w的其他合金元素。在这里，所述合金元素的总和为100％w/w。因此，所述耐磨层可由纯钌或钌合金组成，所述钌合金可包括多达50％的另外的合金元素。虽然镍、铬、钴和铂可以指定量合金化，但优选地避免使用另外的元素的量。然而，合金中高达1％w/w的另外的合金元素(例如，杂质)的量是可接受的。在其中所述耐磨层包含99至100％w/w和最大1％w/w的另外的合金元素的基本上由纯钌组成的所述电接触元件的实施方案中，其中所述合金元素的总和继而是100％w/w。根据本发明，已经发现，使用这种耐磨层提供了与例如由银制成的耐磨层可实现的类似的良好电传输和类似的良好腐蚀保护。然而，相比之下，使用所述的纯钌或钌合金实现电接触元件更加成本有效的生产。
为了确保程度的良好腐蚀保护，优选的是，所述耐磨层具有的厚度在0.15μm至1.50μm的范围内。特别优选地，所述厚度在0.30μm至1.00μm的范围内。根据本发明使用的耐磨层提供了这种良好程度的腐蚀保护和这种良好电传输，使得这些特性无法通过进一步增加层厚度而进一步显著改进。相比之下，例如当使用由银制成的常规耐磨层时，通常需要至少3μm的层厚度，使得电接触元件至少满足对耐腐蚀性和电传输的要求。因此，本发明不仅使得可能在使用更成本有效的材料时生产电接触元件，而且通过使用特别薄的耐磨层而节省材料量。
金属中间层布置在所述基体与所述耐磨层之间。优选地，所述中间层是布置在所述耐磨层与所述基体之间的唯一层，使得所述基体直接连接到所述中间层并且所述中间层直接连接到所述耐磨层。如常规电接触元件构造中一样，所述中间层提高所述耐磨层在所述基体上的附着力，确保所述基体与所述耐磨层之间的机械补偿，并且防止所述耐磨层与所述基体之间的扩散过程。
在所述接触元件的实施方案中，所述中间层包含99至100％w/w的铜和0至1％w/w的另外的合金元素。在所述接触元件的另一优选实施方案中，所述中间层包含99至100％w/w的镍和0至1％w/w的另外的合金元素。所述合金元素的总和在这里为100％w/w。另外的合金元素的量应优选地尽可能少，但由于杂质的存在可能不能完全排除它们的存在。
所述中间层的厚度为约1.5μm至4.0μm并且优选地为约2.0μm至3.0μm。
此外，优选的是，金属和/或有机滑动层布置在所述耐磨层上。一方面，所述滑动层可改进电接触元件、特别是母元件和公元件的滑动特性。因此，这有助于所述耐磨层在机械摩擦应力下保持起作用。另一方面，这还可优化所述电接触元件之间的电传输。当所述滑动层既包含金属组分又包含有机组分时，则优选的是，将金属部分层直接连接到所述耐磨层，并且将有机部分层附接到所述金属层。然后所述金属部分层和所述有机部分层一起形成所述滑动层。
所述滑动层的特别合适的金属材料是纯金或金合金，所述金合金由以下合金元素组成：98.5至100.0％w/w的金、0至0.5％w/w的钴以及0至1.0％w/w的另外的合金元素。所述合金元素的总和在这里为100％w/w。
所述滑动层的特别合适的有机材料是至少一种含氟聚合物和/或至少一种脂肪酸盐。所述含氟聚合物可以是例如全氟聚醚(PFPE)或聚四氟乙烯(PTFE)。所述脂肪酸盐可以是例如12-羟基硬脂酸锂。
所述滑动层的厚度优选地在0.05μm至0.25μm的范围内。此类薄滑动层已经足以赋予所述电接触元件良好滑动特性，使得不会通过将所述滑动层施加到所述耐磨层而造成整个涂层的显著厚度增加。
当所述基体由铜、低合金化铜合金或黄铜组成时，可特别有利地使用根据本发明的电接触元件的耐磨层。在这种情况下，它由以下合金元素组成：50至100％w/w的铜、0至45％w/w的锌以及0至5％w/w的另外的合金元素。所述合金元素的总和在这里为100％w/w。即使本文中所述另外的合金元素的总和可高达5％w/w，优选的也是，每个单独的另外的合金元素不构成超过整个合金的2％w/w。此外，优选的是，仅所述另外的合金元素铍、铬、铁、钴、镁、锰、镍、磷、硫、硅、碲、钛、锡和锆可在每种情况下以高达2％w/w的量包含在所述合金中，并且此列表中未提及的所有另外的合金元素在每种情况下以最多1％w/w的量存在。
根据本发明的电接触元件可以良好技术特性制造，而不必在所述过程中使用大量昂贵的贵金属。
附图说明
本发明的示例性实施方案在附图中描绘并且在以下描述中更详细地解释。
图1示出由两个电插入式连接器制成的布置的示意性纵向剖视图。
图2示出比较例中两个电接触元件之间的接触区域的截面图。
图3示出根据本发明的示例性实施方案的两个电接触元件的接触区域的截面图。
具体实施方式
图1示出插入式连接器对的示意性构造。第一插入式连接器10具有呈公元件形式的电接触元件11。电接触元件11由塑料制成的第一绝缘体12包围。第二插入式连接器20具有呈母元件形式的第二电接触元件21。第二电接触元件21由塑料制成的第二绝缘体22包围。当两个插入式连接器10、20以所描绘方式插入彼此时，第二绝缘体22被推入第一绝缘体12中，其中第一电接触元件11被引入第二电接触元件21中。这样做时，第一电接触元件11使第二接触元件21的舌片弯曲分开，然后舌片通过它们的弹力固定地压到第一接触元件11上。在两个接触元件11、21接触的接触区域30中，电传输就成为可能的。
在根据现有技术具有接触元件11、21的电插头连接器10、20中，图2所描绘的接触元件11、21的构造存在于接触区域30中。第一接触元件11具有基体111、布置在基体上的中间层112和布置在中间层上的耐磨层113。第二接触元件21具有基体211、布置在基体211上的中间层212和布置在中间层212上的耐磨层213。基体111、211、中间层112、212和耐磨层113、213各自具有表1中规定的重量百分比的组成：
表1
| 基体 | 中间层 | 耐磨层 | ||
| 111、211 | 112、212 | 113、213 | ||
| Ag | 100 | |||
| Au | ||||
| Co | ||||
| Cu | 100 | |||
| Ni | 100 | |||
| Ru | ||||
| PTFE |
在本示例中，中间层112、212各自具有3μm的厚度d112、d212，并且耐磨层113、213各自具有4μm的厚度d113、d213。磨损层113、213在接触区域30中接触，其中这可导致银的磨损。生产耐磨层所需的大量银导致生产电接触元件11、21变得昂贵。
图3示出根据本发明的若干示例性实施方案的电接触元件11、21的构造，其可用于根据图1的插入式连接器对10、20中。除了图2中已经描绘的由基体111、211、中间层112、212和耐磨层113、213制成的电接触元件11、21的构造之外，接触元件11、21在它们的耐磨层113、213上各自具有根据本发明的这些示例性实施方案的另外的滑动层114、214。这导致接触区域30中的耐磨层113、213没有接触，而是存在滑动层114、214的接触。虽然本发明的示例性实施方案中的中间层112、212的厚度与比较例中的中间层112、212的厚度一致，但根据本发明的示例性实施方案使用厚度d113、d213分别仅为0.65μm的显著更薄的耐磨层113、213。这导致与比较例相比可观的材料节省。在根据本发明的示例性实施方案中，滑动层114、214各自具有0.10μm的厚度d114、d214。因此，每个耐磨层113、213自身与相应滑动层114、214一起也薄于比较例中的耐磨层113、213。
在本发明的第一示例性实施方案中，接触元件11、21的部件具有表2中所述的重量百分比的组成。
表2
| 基体 | 中间层 | 耐磨层 | 滑动层 | ||
| 111、211 | 112、212 | 113、213 | 114、214 | ||
| Ag | |||||
| Au | 99.8 | ||||
| Co | 0.2 | ||||
| Cu | 100 | ||||
| Ni | 100 | ||||
| Ru | 100 | ||||
| PTFE |
因此，在比较例中由纯银组成的中间层在第一示例性实施方案中由纯钌组成。这导致成本节约，不仅因为用于耐磨层的金属更少，而且因为使用更成本有效的金属。滑动层由金和钴的合金组成，这可实现出色的电传输，并且此外，由于这种合金的柔软性而相比比较例中使用的银具有更好的滑动特性。然而，滑动层如此薄使得尽管使用了贵金属，但它不会导致接触元件11、21的任何值得提到的成本增加。
在根据本发明的电接触元件11、21的第二示例性实施方案中，它们的部件具有表3中以重量百分比陈述的组成：
表3
根据第一示例性实施方案的耐磨层113、213的纯钌在这里已经被钌镍合金替换。已经确定，当使用这种合金时，根据对比例的电接触元件在耐腐蚀性和电传输方面的特性也仍然可达到或甚至被超过。
在电接触元件11、21的第三示例性实施方案中，它们的部件具有表4中以重量百分比陈述的组成：
表4
| 基体 | 中间层 | 耐磨层 | 滑动层 | ||
| 111、211 | 112、212 | 113、213 | 114、214 | ||
| Ag | |||||
| Au | |||||
| Co | |||||
| Cu | 100 | ||||
| Ni | 100 | 10 | |||
| Ru | 90 | ||||
| PTFE | 100 |
与第一示例性实施方案相比，金属滑动层114、214已被有机滑动层替代，所述有机滑动层各自由PTFE组成。已经确定，通过弃用昂贵的贵金属，在第三示例性实施方案中仍然可实现接触元件11、21的出色滑动特性，其中电传输仍然不劣于比较例中电接触元件11、21的电传输。
根据本发明的电接触元件11、21的所有所述三个示例性实施方案使得能够成本有效地替换根据对比例的电接触元件11、21，而这不会导致与电接触元件11、21相关的特性的损害。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于插入式连接器(10、20)的电接触元件(11、21)，其具有金属基体(111、211)、施加到所述基体(111、211)的金属中间层(112、212)和施加到所述中间层(112、212)的耐磨层(113、213)，其中所述金属中间层(112、212)具有在1.5μm至4.0μm的范围内的厚度(d112、d212)，其中所述耐磨层(113、213)由以下合金元素组成：
50-100％w/w的钌
0-30％w/w的镍
0-20％w/w的铬
0-20％w/w的钴
0-20％w/w的铂
0-1％w/w的另外的合金元素，
其中所述合金元素的总和为100％w/w，其特征在于，金属和/或有机滑动层(114、214)布置在所述耐磨层(113、213)上。
2.如权利要求1所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述耐磨层(113、213)具有在0.15μm至1.50μm的范围内的厚度(d113、d213)。
3.如权利要求1或2所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述中间层(112、212)由以下合金元素组成：
99-100％w/w的铜或镍
0-1％w/w的另外的合金元素，
其中所述合金元素的总和为100％w/w。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述滑动层(114、214)包含由以下合金元素组成的合金：
98.5-100.0％w/w的金
0-0.5％w/w的钴
0-1.0％w/w的另外的合金元素，
其中所述合金元素的总和为100％w/w。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述滑动层(114、214)包含至少一种含氟聚合物和/或至少一种脂肪酸盐。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述滑动层(114、214)具有在0.05μm至0.25μm的范围内的厚度(d114、d214)。
7.如权利要求1至6中任一项所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述基体(111、211)由以下合金元素组成：
50-100％w/w的铜
0-45％w/w的锌
0-5％w/w的另外的合金元素，
其中所述合金元素的总和为100％w/w。
Claims (8)
1.一种用于插入式连接器(10、20)的电接触元件(11、21)，其具有金属基体(111、211)和施加到所述基体(111、211)的耐磨层(113、213)，其中所述耐磨层(113、213)由以下合金元素组成：
50-100％w/w的钌
0-30％w/w的镍
0-20％w/w的铬
0-20％w/w的钴
0-20％w/w的铂
0-1％w/w的另外的合金元素，
其中所述合金元素的总和为100％w/w，并且金属中间层(112、212)布置在所述基体(111、211)与所述耐磨层(113、213)之间，所述金属中间层具有在1.5μm至4.0μm的范围内的厚度(d112、d212)。
2.如权利要求1所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述耐磨层(113、213)具有在0.15μm至1.50μm的范围内的厚度(d113、d213)。
3.如权利要求1或2所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述中间层(112、212)由以下合金元素组成：
99-100％w/w的铜或镍
0-1％w/w的另外的合金元素，
其中所述合金元素的总和为100％w/w。
4.如权利要求1至3中任一项所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，金属和/或有机滑动层(114、214)布置在所述耐磨层(113、213)上。
5.如权利要求4所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述滑动层(114、214)包含由以下合金元素组成的合金：
98.5-100.0％w/w的金
0-0.5％w/w的钴
0-1.0％w/w的另外的合金元素，
其中所述合金元素的总和为100％w/w。
6.如权利要求4或5所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述滑动层(114、214)包含至少一种含氟聚合物和/或至少一种脂肪酸盐。
7.如权利要求4至6中任一项所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述滑动层(114、214)具有在0.05μm至0.25μm的范围内的厚度(d114、d214)。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电接触元件(11、21)，其特征在于，所述基体(111、211)由以下合金元素组成：
50-100％w/w的铜
0-45％w/w的锌
0-5％w/w的另外的合金元素，
其中所述合金元素的总和为100％w/w。
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