CN115296109A - 用于电触头元件的半成品以及处理其的方法 - Google Patents

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Abstract

示出了一种处理用于电触头元件(200)的半成品(100)的方法，其中在涂覆步骤(B)中，涂层(30)沿着涂覆方向(S)被施加到导电基体(20)上，该涂层包含Ag作为组分，特别是作为基质，其中在涂覆步骤(B)之后的处理步骤(Z)中，涂层(30)通过成形被处理，特别是通过以穿过开口(91)的滑动作用进行的拉伸或者通过型材辊压而成形。还示出了用于电触头元件(200)的半成品(100)，其中半成品(100)包括导电基体(20)和基体(20)上的涂层(30)，其中涂层(30)包括Ag作为组分，特别是作为基质，并且通过成形，特别是通过以滑动作用进行的拉伸或通过型材辊压而改变。

Description

用于电触头元件的半成品以及处理其的方法
技术领域
本发明涉及一种处理用于电触头元件的半成品的方法。
背景技术
半成品例如可以构造为细长的，并且用于形成用于配对触头元件的笼状容纳部。已知在涂覆步骤中，在涂覆方向上将涂层施加到半成品的导电基体上，该涂层包含Ag(银)作为组分。这例如可以改善过渡电阻。
以这种方式施加的涂层通常不具有所希望的硬度以及低接触电阻或所希望的低摩擦系数。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种解决方案，其中半成品具有所希望的优选特性。
根据本发明，这通过在涂覆步骤之后的处理步骤或加工步骤中通过成形步骤处理涂层来解决，例如，通过以经由开口的滑动作用进行的拉伸半成品或通过型材辊压。通过成形步骤，可以获得期望的性能。
在根据本发明的半成品中，涂层包括Ag作为组分，例如作为基质涂层，并且通过成形步骤改变，特别是通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压。半成品和/或涂层可以例如对应于相对于横截面的开口和/或具有(微)凹槽或(微)图案，所述(微)凹槽或(微)图案由通过以滑动作用进行的拉伸或由型材辊压产生。
根据本发明的解决方案可以通过以下进一步的发展和配置来进一步改进，其中的每一个都是优选的，并且可以根据需要进行组合。
在成形步骤期间，可以向涂层施加垂直于表面的力。这可以导致涂层发生变化。
涂层可以沿周向方向包围基体。对于这种半成品，在进一步处理以形成触头元件的过程中，可以不再需要确保正确的对准。至少在具有成形的处理步骤之前，涂层可以包括沿周向方向的恒定厚度。在其他配置中，涂层厚度可以沿着周向方向变化，这取决于期望在那里有哪些性质以及到什么程度。
在替代配置中，涂层可以仅在周向的部分上设置。例如，在矩形截面中，可以仅在一侧上设置涂层。这种侧面可以是例如其上设置有接触表面的侧面，或者用于机械地引导触头元件的侧面。
半成品可以是线材，特别是圆形线材或异型线材。线材可以以许多方式用于生产触头元件。在这种情况下，通过滑动作用进行的拉伸可以是线拉伸。
基体本身可以在涂覆步骤之前通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压来生产。基体也可以被视为半成品，因为它经受进一步的处理步骤。
在替代配置中，半成品可以是细长元件。特别地，沿着纵向方向可以有恒定的横截面。横截面可以是椭圆形、矩形、多边形或任何其他形状。
为了以期望的方式进一步影响性能，涂层可以具有至少一种另外的组分。组分在此应特别理解为材料组分，即涂层的材料由这些材料组分组成或包含这些材料组分。
在该方法的优选配置中，Ag和另外的组分可以作为单独的层或者在单独的层中施加。因此，该方法特别容易实施。
涂层和层可以通过常规方法施加，例如通过热浸镀、电镀、通过机械方法如镀覆、或通过PVD(物理气相沉积)或CVD(化学气相沉积)。
为了增强成形的效果，Ag和另外的组分可以作为交替的层或在交替的层中施加。在每种情况下，不同的材料存在于两个连续的层中。在这种情况下，交替的层包括至少一层Ag、一层另外的组分和第二层Ag。两个Ag层可以包括具有另外的组分的层。优选地，存在四层或更多层。特别地，这些可以根据限定的模式重复，例如A-B-A-B-A-B……或者A-B-C-A-B-C-……
在进一步优选的配置中，至少两个连续的层可以由相同的材料组成。例如，就工艺而言，施加一种材料的两个较薄的层，然后施加另一种不同材料的薄层，例如A-A-B-A-B……，可以更加容易。
在优选的配置中，Ag的层厚度在100和2000nm之间，优选地在200和1000nm之间，具体地在300和600nm之间。附加组分的层厚度可以在5和200nm之间，优选在10和100nm之间，尤其是在30和60nm之间。在这样的层厚度下，成形效果会特别有效。
涂层中其他组分的合金含量可以是0.3-15％，优选0.5-10％。这可以导致涂层具有特别优选的性能，尤其是机械性能。这里，百分比是以另一种组分的原子相对于涂层的原子总数的％，即百分比来给出。
通过成形，Ag和另外的组分可以合金化。特别地，这些组分可以机械合金化。这可以通过在成形过程中在高压下混合来实现，例如通过开口/拉伸环进行线材拉伸。为了在这里获得特别好的结果，可以使用大量具有小的层厚度的层。特别地，可以有至少8层，优选至少16层。
在优选的配置中，使用在合金化期间硬化基质Ag的材料，作为另外的组分。Ag和其它组分的合金可以比Ag更硬。以这种方式获得的硬度可以减少磨损，从而延长由此生产的触头元件的使用寿命。
例如，该另外的组分包含从由Ni(镍)、Pd(钯)、Ru(钌)、Ti(钛)、Mo(钼)、W(钨)、Au(金)、Cu(铜)组成的组中选择的至少一种材料，或由这样的至少一种材料组成。
在另一个优选的配置中，附加组分可以作为阻挡层，其减缓或防止层内的扩散过程，从而提高层的耐腐蚀性和温度稳定性。此外，该另外的组分可以减缓或防止基质的微晶生长，从而稳定通过成形、特别是通过线材拉伸产生的精细晶体结构。即使在高温(150℃–250℃)下使用，以这种方式生产的层也能保持其硬度、耐磨性和耐腐蚀性。当镍(Ni)用作另外的组分时，情况尤其如此。
在进一步优选的配置中，该另外的组分可以作为颗粒嵌入Ag层中。例如，这种颗粒可以在电镀施加期间被提供在电镀浴中，并且可以在电镀过程期间被沉积。在涉及浸渍的涂覆方法中，对应的颗粒也可以存在于浸浴中。在诸如CVD或PVD的真空沉积工艺中，第二组分可以通过共溅射/蒸发或从Ag基质合金靶涂覆来沉积。
成形，特别是通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压，可以赋予颗粒优选的取向，或者可以改变颗粒的优选取向。例如，颗粒可以是片状、条状或线状，并且优选的取向可以相对于这些颗粒的平面或纵向方向的取向来限定。特别地，颗粒的纵向方向可以平行于基体的纵向方向。特别地，半成品表面上的颗粒可以由此获得特别大的效果。在适当处理或加工的半成品的情况下，其它组分的颗粒具有优选的取向。颗粒的形状也可以通过拉伸来改变。
在处理之前，颗粒可以具有球形或旋转椭球形。通过拉伸，这种形状可以改变。特别是，形状可以变平坦。这种形状的平坦侧面可以位于表面或朝向表面取向。
颗粒可以具有减少摩擦的特性。特别地，这可以使得更容易插入或引导触头元件和/或减少磨损。
该另外的组分可以包含从由石墨烯、石墨、碳纳米管、硫化物、硫化硫、硫化钼、硫化钨、六方氮化硼、PTFE(聚四氟乙烯)组成的组中选择的至少一种材料，或由该至少一种材料组成。
通过成形，特别是通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压，可以在涂层的表面内或表面上产生微晶的优选取向，或者可以改变表面上或涂层中晶体的优选取向。这可以与涂层是仅包含单层还是多层无关，也可以与一层或多层中是否存在颗粒无关。
在以这种方式处理或加工的半成品的表面上，微晶可以主要地终止于一个或两个晶面。例如，这些可以是晶面<111>和/或<110>，特别是对于Ag晶格类型。如果在超过30％，优选超过50％的表面上沿着这样的晶面提供终止，则该部分可以被认为是主要的。
在特别优选的配置中，除了Ag之外，涂层可以包括至少两种其他组分。这可以对性能有特别积极的影响。
在进一步的方法步骤中，通过成形，特别是通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压处理的涂覆后的半成品可以被淬火和回火。为此目的，半成品可以在一定时间内被加热到规定的温度，例如通过电流，在浸浴或烘箱中。快速冷却/淬火，例如通过浸渍，也可以是淬火和回火过程的一部分。特别地，涂层和/或半成品的硬度可以因此而改变。
用于基体的材料可以特别包括铜、铜合金、铝、铝合金、铁或钢，以提供特别机械稳定的结构。
可以在基体和涂层之间提供另一个层。这可以用于例如使所施加的组分能够粘附或者产生或增加导电性。该另一个层可以包括Cu(铜)或由Cu组成；Ni层或NiP层或者合金金属的触击层可以用作粘附基底。
本发明还包括电触头元件，该电触头元件包括至少一个根据本发明的半成品。触头元件可以具有例如由半成品制成的桶形或漏斗形容纳部，销形配对触头元件可以插入其中。
附图说明
在下文中，参照附图，通过优选配置更详细地解释本发明。所示的优选的进一步发展和配置彼此独立，并且可以根据应用中的需要彼此组合。
其中：
图1A-1C示出了涂覆步骤的实施例的示意性截面图；
图2A-2C示出了处理步骤的实施例的示意性截面图；
图3A-3D示出了涂覆步骤的另一实施例的示意性截面图；
图4A-4C示出了涂覆步骤的另一实施例的示意性截面图；
图5示出了半成品的另一实施例的示意性截面图；
图6示出了处理步骤的另一实施例的示意性截面图；
图7示出了部分处理的半成品的另一实施例的示意性侧视图；
图8示出了未处理半成品的另一实施例的示意性截面图；
图9示出了图8的未处理半成品的截面图的细节；
图10示出了在处理步骤之后穿过图9的实施例的示意性截面图；
图11示出了来自图10的处理过的半成品的截面图的细节；
图12示出了图10的处理过的半成品的进一步放大的细节；
图13示出了触头元件的实施例的示意性透视图。
具体实施方式
涂覆步骤B显示在图1A、1B和1C中。涂层30被施加到导电的基体20上，基体20可以被理解为半成品100。这可以通过常规方法来完成，例如通过热浸镀、机械涂覆、电镀、物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)。
基体100例如可以是线材101。这种线材101可以具有恒定横截面的细长结构。特别地，横截面可以是圆柱形或近似圆柱形，但也可以是多边形，特别是矩形或八边形。线材101可以通过拉伸或型材辊压来生产。
在线材的情况下，涂层20可以沿着周向方向U施加到圆柱形的整个周向表面。
在其他配置中，基体20可以具有不同的形状。例如，基体20可以是板或带。板或带可以具有矩形或多边形横截面。涂层30也可以仅施加到外表面的一部分。例如，在带或板的情况下，可以只涂覆一侧，例如用于机械或电接触的一侧。
涂层30沿着涂覆方向S施加，在线材101的情况下，涂覆方向S对应于径向方向R。涂层30或单个层31、32、33的层厚度81、82、83、85也沿着涂覆方向S或沿着平行于涂覆方向S的高度方向H测量。各个层31、32、33沿着涂覆方向S彼此叠置。因此，涂覆方向S垂直于基体20的纵向方向L。
图2A、2B和2C示出了处理步骤Z，在该步骤中，涂覆后的半成品100被处理或加工，例如通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压。在通过滑动作用进行的拉伸的过程中，基体100被拉动穿过开口91，也参见图6。
开口91可以是拉伸模具90的一部分，拉伸模具90包括不同尺寸的开口91，以便能够连续进行几个拉伸步骤。每个开口91可以是漏斗形的，以允许通过滑动作用容易地进行拉伸。
通过以滑动作用进行的拉伸降低了基体20的高度80。在线材100的情况下，高度80对应于直径70。
如图6所示，在拉伸步骤之前提供第一直径71，在拉伸步骤之后提供小于第一直径71的第二直径72。通过以滑动作用进行的拉伸可以导致半成品100在纵向方向L上伸长。在图7中，示出了已经被部分拉伸的半成品100的显微图像。
当通过滑动作用进行拉伸穿过开口91时，机械压力施加在基体20上，特别是涂层30上。这尤其对涂层30的性质具有积极的影响。
通过滑动作用进行拉伸是一种特殊的成形方式。成形的另一个实施例可以是型材辊压。在该成形过程中，在与涂覆方向S相反的方向上向涂层30施加力。涂层30由此形成并且其性质被改变。
图3A、3B、3C和3D示出了涂覆步骤B的实施例。交替的不同材料的层39被施加到基体20。第一层31的材料不同于施加在第一层31上的第二层32的材料。施加在第二层32上的第三层33可以由不同于第一层31的材料和第二层32的材料的另一种材料制成，或者由与第一层31相同的材料制成。可以重复该过程，直到出现期望数量的层39。可以施加不同材料的重复层序列，例如交替层序列A-B-A-B-A-B……或者具有三个重复层A-B-C-A-B-C-……当然，也可以使用其他层序列，特别是不重复的层序列。此外，可以设想，例如，两个连续的层由相同的材料组成，例如A-A-B-A-A-B-……例如，这在工艺方面更容易生产。
涂覆步骤B产生涂层30，其层厚度85对应于各个层39的层厚度之和，即在所示示例中，第一层31的层厚度81、第二层32的层厚度82和第三层33的层厚度83之和。层39中的至少一个层包含银(Ag)或者完全由银组成。
涂层30可以包括其他组分，特别是从由Ni(镍)、Pd(钯)、Ru(钌)、Ti(钛)、W(钨)、Au(金)、Cu(铜)、Fe(铁)、Co(钴)或Mo(钼)组成的组中选择的至少一种材料。例如，层39包括这种材料或由这种材料组成。特别是，这些材料有助于提高机械性能，如硬度，例如通过硬化Ag。
在图4A、4B和4C中，可以看出这种涂层30是如何被成形过程改变的，特别是通过以滑动作用进行的拉伸。各个层31、32和33通过机械压力机械混合在一起。在通过以滑动作用进行的拉伸之后，处理过的涂层38可以理解为单个层39。在这种情况下，层厚度85已经减小。如图2A-C所示，基体20的直径79也减小了。
通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压可以导致各个层31、32、33、39的材料混合和/或合金化在一起。这种机械合金化改变了涂层30的性质。例如，涂层于是可以具有比未处理涂层30的每个单独组分更高的硬度。
处理过的半成品100可以具有成形的痕迹，特别是通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压。例如，半成品100的横截面可以对应于开口91。此外，沿着纵向方向L可以存在凹槽或波浪形外形，其可以例如源自开口中的小突起或者可以有针对性地引入。
在图5中，示出了另一种配置，其中涂层30不包括不同的层39，但是颗粒40嵌入在单个层39中。层39可以再次包括Ag，特别是作为基质，即作为基础材料或基础结构。颗粒40包括可以具有例如减少摩擦的特性的其他材料。颗粒40可以包括从由石墨烯、石墨、碳纳米管、硫化物、硫化硫、硫化钼、PTFE(聚四氟乙烯)硫化钨或六方氮化硼构成的组中选择的材料或者由该材料组成。
例如，颗粒40可以在涂覆步骤B期间被引入到涂层30中。如果涂层30是通过浸渍或电镀产生的，则颗粒40可以被提供在液体中并且可以随机沉积。涂层中颗粒40的浓度可以例如通过液体中颗粒40的浓度来控制。
颗粒40可以是不对称的或对称的、片状的、条状的或线状的。涉及成形的处理步骤Z，特别是拉伸或型材辊压，可以有利地改变颗粒40的取向。例如，在线形配置中，线的纵向方向可以平行于半成品100的纵向方向L取向，沿着该纵向方向L发生辊压或拉伸运动。因此，特别是半成品101的表面50可以在很大程度上由颗粒40的表面形成。因此，摩擦系数可以非常低。
在片状或条状结构中，拉伸可以改变颗粒40的取向，使得它们的表面位于半成品的表面50上。这也导致半成品100在表面处的特性很大程度上由颗粒40的特性限定，例如滑动特性。
颗粒40在处理前可以是球形的。通过具有成形的处理步骤Z，颗粒40可以被弄平和/或拉伸，并且具有朝向表面50取向的或邻接表面50的平坦侧面。
此外，具有成形的处理步骤Z可以增加表面50上的颗粒40的浓度。这也积极地影响半成品100的特性。
在图8和图9中，示出了在涂覆步骤B之后但在处理步骤Z之前，线材101形式的半成品100的横截面的显微图像。除了由钢制成的基体20以及涂层30之外，设置了中间层25，其包含铜并且可以用于传导电流和/或允许涂层30粘附到基体20。总的来说，在这个阶段，线材101具有大约0.5毫米的直径。如图9所示，涂层30包括若干个单独的层39。相对较厚的Ag层30、33与较薄的钯(Pd)层32、34交替。
涂层中其他组分的合金含量，这里例如钯，可以是0.3-15％，优选0.5-10％。这可以导致涂层具有特别优选的性能，尤其是机械性能。
在图10至12中，示出了在处理步骤Z之后的线材101。它现在具有大约0.3毫米的直径。特别地，在图12中，可以看出，在涂层30中存在高机械应力的区域中，Ag和Pd机械合金化，参见区域65。
还可以看到微晶60。拉伸可以改变涂层30，使得微晶60主要在一个或两个晶面，例如在<111>晶面或<110>晶面终止于表面50。这也可以对性能有积极的影响。
图13示出了可以由线材101制成的触头元件200。线材101的各个段被弯曲和连结以形成用于配对触头元件的锥形容纳部。用成形步骤，特别是拉伸步骤或辊压步骤进行的处理特别地改变了摩擦性能，例如摩擦系数或硬度。这可以延长这种触头元件200的使用寿命。
附图标记
20基体
25中间层
30涂层
31第一层
32第二层
33第三层
34第四层
38处理过的涂层
39层
40颗粒
50表面
60微晶
65区域
70直径
71第一直径
72第二直径
79直径基体
80高度
81第一层的层厚度
82第二层的层厚度
83第三层的层厚度
84第四层的层厚度
85涂层的层厚度
90拉伸模具
91开口
100半成品
101线材
200触头元件
B涂覆步骤
L纵向方向
R径向方向
S涂覆方向
U周向方向
Z处理步骤

Claims (15)

1.一种处理用于电触头元件(200)的半成品(100)的方法，其中，在涂覆步骤(B)中，沿着涂覆方向(S)将涂层施加到导电的基体(20)上，所述涂层包括Ag作为组分，特别是作为基质，其中，在所述涂覆步骤(B)之后的处理步骤(Z)中，通过成形，特别是通过以穿过开口(91)的滑动作用进行的拉伸或通过型材辊压来处理所述涂层(30)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述涂层(30)包括至少一种另外的组分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述半成品(100)是线材(101)，特别是圆形线材或异型线材。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，Ag和所述另外的组分被施加在交替的层(31、32、33、34、39)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，通过成形，特别是通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压，使Ag和所述另外的组分合金化。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述另外的组分作为颗粒(40)嵌入Ag层中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，通过成形，特别是通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压而为所述颗粒(40)赋予优选的取向，或者改变所述颗粒(40)的优选取向。
8.一种用于电触头元件(200)的半成品(100)，其中，所述半成品(100)包括导电的基体(20)和所述基体(20)上的涂层(30)，其中，所述涂层包括Ag作为组分，特别是作为基质，并且所述涂层通过成形，特别是通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压而改变。
9.根据权利要求8所述的半成品(100)，其中，所述涂层(30)包括至少一种另外的组分。
10.根据权利要求9所述的半成品(100)，其中，Ag和所述另外的组分通过成形，特别是通过以滑动作用进行的拉伸或型材辊压而被机械地合金化。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的半成品(100)，其中，在所述半成品(100)的表面(50)处，微晶(60)主要终止于一个或两个晶面，特别是<111>晶面和/或<110>晶面。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的半成品(100)，其中，所述另外的组分包含选自组Ni、Pd、Ru、Ti、Mo、W、Fe、Co的至少一种材料，或者由这样的材料组成。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的半成品(100)，其中，所述另外的组分包括从由石墨烯、石墨、碳纳米管、硫化物、硫化硫、硫化钼、硫化钨、六方氮化硼、PTFE组成的组中选择的至少一种材料，或者由这样的材料组成。
14.根据权利要求8至13中任一项所述的半成品(100)，其中，所述涂层(30)中所述另外的组分的合金含量为0.3-15％，优选为0.5-10％。
15.一种电触头元件(200)，包括至少一个根据权利要求8至13中任一项所述的半成品(100)。
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