CN1208941A

CN1208941A - 具有超薄电接触层的微异型触点带的制造工艺

Info

Publication number: CN1208941A
Application number: CN 97116649
Authority: CN
Inventors: 江轩; 吕保国; 陆彪
Original assignee: Beijing General Research Institute for Non Ferrous Metals
Current assignee: Youyan Yijin New Material Co., Ltd.
Priority date: 1997-08-14
Filing date: 1997-08-14
Publication date: 1999-02-24
Anticipated expiration: 2017-08-14
Also published as: CN1051867C

Abstract

本发明涉及由超薄电接触层、中间层、基体层组成的复合材料的制造工艺。该工艺是将电接触层的带材与中间层、基体层的带材逐次滚焊复合、轧制加工、轧制加工时轧制道次加工率控制在10～30%,当总加工率达30～70%时进行中间退火。本法的优点是生产效率高,成本低,热扩散程度小,节约了贵金属,成品率高,复层的结合强度高,加工精度高,生产出的产品可承受较大的工作负荷,具有更长的使用寿命。

Description

具有超薄电接触层的微异型触点带的制造工艺

本发明涉及由不同的金属层组成的复合材料的制造工艺，更具体地说是由超薄电接触层、中间层、基体层组成的异型复合材料的制造工艺。

微异型电接触复合材料是随着继电器和开关向小型轻量化和高度集成化方向发展而出现的一种多层微小异型电接触材料。它是刚刚发展起来的一种新型复合材料。微异型触点是一种尺寸很小(宽度0.2～4mm，厚度0.1-2mm，通常横截面积小于1mm²)的层状复合触点，广泛用于程控交换机、计算机及其它自动控制设备，成为信号传递的重要环节，其质量的优劣直接影响到所在系统的可靠性。通常微异型触点主要由金基合金电接触层、银及银合金中间层、铜合金或镍基体层组成，所以贵金属的用量很大。为了最大限度地节约贵金属，降低成本，并保证微异型触点的可靠性，各国有关部门投入了大量的人力和资金来研究如何降低贵金属接触层在微异型触点中的比例，尤其是当电接触层与中间层的厚度差别很大时，如何实现二者之间的复合进行了大量的研究工作。

目前，为了实现微异型触点复合成型及电接触层厚度超薄化(小于10微米)的工艺有：电镀法、气相沉积法、轧制法、滚焊法。

电镀法是采用连续选择性电镀，将贵金属覆于基体之上，使电接触层厚度达到微米级。缺点，其一是镀层存在孔隙，影响电接触性能；其二镀层与基体层的结合强度远不如滚焊、轧制等其它方法，因此所能承受的工作负荷相对较小，使用寿命也较短；其三是存在环境污染问题；其四是可选择的镀层金属种类受到限制。

气相沉积法包括热气相沉积(真空蒸镀)和电气相沉积(阴极溅射和离子溅射)，其特点是气相沉积复层的表面比采用其它工艺获得的复层表面更纯净，其缺点是设备投资大，材料成本高。在微异型触点带的制造中很少用此法。

为了实现带材之间的复合，采用室温固相轧制法时，第一次的加工率一般不低于50％。这就要求轧机具有相当高的轧制能力。因此设备投资较大；另外若微异型触点带的电接触层与中间层的厚度差别很大时，例如二者之比为1∶20，采用此法电接触层与中间层之间的复合及后续的加工成型工艺显得过于复杂。

虽然热轧法对轧机的轧制能力没有特别的要求。但是，由于此法不可避免地带来过度热扩散，这对电接触层性能极为不利。

本发明的目的就在于研究出一种新的具有超薄电接触层的微异型触点带的制造工艺，使这种工艺克服了上述已有工艺存在的缺点。

为了消除现有技术中微异型触点带制造方法所存在的许多不足之处，本发明采用了“滚焊一轧制”的特殊方法来制造微异型触点带。所说的滚焊是电阻焊的一种形式，利用滚焊可以将两种材料复合起来。后续的加工成型采用轧制法。但是，为了克服已有技术室温固相轧制法和热轧法的缺点，本发明在大量试验的基础上，研究了一种“同一中间层(可以是不同材质)多次复合”的新工艺，成功地解决了电接触层超薄化所遇到的问题。其方法是当微异型触点成品带结构设计中电接触层与中间层的厚度相差很大时，把同一中间层分成两部分或更多部分、第一步首先将接触层与中间层1滚焊复合，再轧制加工，将两层复合带减薄至一定厚度；第二步是把两层复合带与中间层2滚焊复合，然后轧制加工，将三层复合带减薄至一定厚度，按上述工序可再进行与中间层3、中间层4……滚焊复合，后续轧制加工至一定厚度，最后按上述的工序将数次中间层滚焊复合的复合带与基体层滚焊复合，再经后续轧制加工生产出所需的微异型触点带。

在实际生产中，可根据设备的精度和能力，确定第一步和第二步中滚焊复合之前的厚度比，以及第二步重复的次数、

本发明的具有超薄电接触层的微异型触点带的制造工艺，首先将作为电接触层的带材与中间层1的带材滚焊复合，形成电接触层和中间层1的两层的复合带，将上述两层复合带轧制加工为矩形截面的带材，其厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米，按上述方法加工制成具有电接触层和n个中间层的复合带，并轧制加工为矩形截面的带材，其厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米；轧制加工时轧制道次加工率控制在10～30％，当总加工率达到30～70％时进行中间退火，最后将具有电接触层和n个中间层的并轧制加工为矩形截面的带材，其厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3-4毫米的并经退火的复合带与基体层的带材滚焊复合，进行轧制加工，轧制道次加工率控制在10-30％，当总加工率达到30-70％进行中间退火，最后加工成型为具有超薄电接触层的微异型触点成品带。

所说的异型触点带是除了其横截面为圆形的触点带以外的均为异型触点带，因此异型触点带就是其横截面为三角形、半圆形、矩形(长方形)及复杂梯形等形状的触点带。加工时在与基体层材料带滚焊复合后，可再用异型轧辊轧制加工成上述各种异型触点带。

在滚焊复合轧制过程中将作为电接触层的带材与中间层1的带材滚焊复合后，形成两层的复合带，将上述两层的复合带轧制加工为矩形截面的带材，其厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米，再将经轧制加工为矩形截面的带材，其厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米并经退火的两层复合带再与中间层2的带材滚焊复合形成三层的复合带，将三层的复合带轧制加工为矩形截面的带材，其厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米，并经退火再与中间层4滚焊复合。按上述方法依次进行以下中间层的滚焊复合，轧制加工直至制成具有电接触层和n个中间层的复合带，并使具有电接触层和n中间层的复合带加工为矩形截面的带材，其厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米并退火。所说的中间层可以为一层，可以为多层，多层中间层可以是不同材质的材料，但n个中间层的n以2～8为好，亦就是其中间层为2～8层为佳。

所说的电接触层的带材为金、金基合金其中一种材料的带材，所说的作电接触层的金基合金的带材为AuAg8、AuAg10、AuNi5其中的一种材料的带材为好。中间层的带材为银、银基合金、镍其中一种材料的带材，所说的作为中间层银基合金带材为AgPd40、AgPd60、AgNi10其中的一种材料的带材。基体层的带材为铜、镍、铜基合金其中一种材料的带材，所说的作为基体层铜基合金的带材为CuNi30、CuNi44其中的一种材料的带材。

电接触层带材的厚度为0.1～2毫米，其宽度为0.3～4毫米，其长度为≥30米，一般在500～1000米之间，再长亦可；中间层1、2……n其中任何一个中间层的带材的厚度均为0.1～2毫米，其宽度均为0.3～4毫米，其长度为≥30米，一般均在500～1000米之间，再长亦可；基体层的带材的厚度为0.1～2毫米，其宽度为0.3～4毫米，其长度为≥30米，通常长500～1000米，再长亦可。

所说的滚焊是电阻焊的一种形式，就是将被加工的二种带材的接触面加热使二种带材复合在一起。本工艺中在滚焊过程中没有使用任何焊料、焊剂。所用的滚焊焊接电流为50～4500A(安培)，又以50～2000A(安培)为佳；滚焊的焊接电压为1～60V(伏特)；滚焊时电接触层的带材与中间层带材滚焊复合时，具有电接触层的复合带材与任何一个中间层带材滚焊复合时，最后与基体层带材滚焊复合时其焊接速度均为0.7～26m(米)/min(分)；滚焊时焊接的压力为0～2.7MPa，又以0.3～2.7MPa为佳。

用本领域所属普通技术人员均知的方法进行上述所说的轧制加工，轧制道次加工率控制在10～30％，当总加工率达到30～70％时进行中间退火，退火温度为150-800℃，退火的时间为10～100分钟。

采用本发明的加工方法制成的微异型触点具有电接触层、中间层、基体层，所述的中间层可以中间层1、中间层2……中间层n所组成。产品微异型触点带的电接触层的厚度为2-10μm(微米)，中间层的厚度为20～160μm(微米)；基体层的厚度为80～1830μm(微米)。

用本发明的工艺制成的具有超薄电接触层的微异型触点带的层状复合材料AuNi5-Ni-CuNi44(金镍5-镍-铜镍44，以下简称ANC)，AuNi5为电接触层，Ni为中间层，CuNi44为基体层。该复合带材综合了AuNi5(金镍5)优异的电接触性能、化学稳定性和CuNi44(铜镍44)良好的耐蚀性、耐磨性，不仅大大节约了贵金属的用量，提高了电流容量，ANC复合材料广泛用于程控交换机。计算机等的微型继电器和微型开关上的电接触材料，该材料为异型带材，其横截面为0.34mm²(平方毫米)。它主要用于弱电场合，即传输电流小[小于3A(安培)]，接触压力小(小于100g)。图1所示ANC复合材料的横截面金相组织，由于截面尺寸太小，且各层材料对同一种化学腐蚀剂的反应不一，因而金相制备的难度很大。虽只将基体层腐蚀出来，尽管如此，显然可以看出ANC的横截面分为三层：第一层为AuNi5接触层；其厚度为4～5μm，第二层为Ni中间层，其厚度约30μm，第三层为CuNi44基体层，其厚度约为330μm。界面接合区平滑，没有分层与裂缝，复层厚度均匀。因为ANC复合材料为加工态，可以看出，其CuNi44基体组织细小而致密，并能看到加工形成的金属塑性流变曲线轮廓。接触层仍保持光滑的弧度和均匀的厚度，中间层起到了一定的支撑作用。

为了更清楚的了解ANC复合材料的复合情况，对其断口进行了分析。从图2中可以看出，由于ANC复合材料为硬态，其断口塑性变形特征不十分明显，但有一点可以肯定，断裂源不在界面层。这就说明了ANC复合材料的结合强度高。

本发明的具有超薄电接触层的微异型触点带的制造工艺的优点在于：

1.本发明的工艺方法比室温固相轧制法工艺简化，生产效率有所提高，适合当前工业化生产的需要。

2.它比热轧法的热扩散程度小。

3.本发明的工艺中由于采用了“滚焊-轧制，同一中间层多次复合法”实现了电接触层的超薄化，显著地节约了贵金属，成品率高。各层之间的结合面大，复层的结合强度高，而且很容易将接触层的厚度减薄至10μm以下；自动化生产，成本低。采用本发明的工艺可以生产高精度很长的镶条复合材料。

4.采用本发明的工艺生产的触点带，可以承受比电镀触点更大的工作负荷和具有更长的使用寿命。

5.本发明的工艺中采用了滚焊，滚焊法可以选用所需的贵金属电接触层材料、基体层材料和中间层材料，实现三者的最佳机械性能和电接触性能的匹配组合，这一点是电镀法做不到的。

6.本发明的工艺加工精度高。

图1 ANC复合材料的横截面金相组织(100X)

图2 ANC复合材料断口形貌

图3微异型触点带横截面示意图。

图中，1为电接触层，AuAg8，厚度5.2μm；2为中间层，Ag，厚度0.097mm；3为基体层，CuNi30，厚度0.13mm。其横截面宽度0.5mm，厚度0.23mm。

用以下实施例对本发明作进一步的说明，将有助于对本发明及其优点的理解，本发明不受这些实施例的限定，本发明的保护范围由权利要求书来决定。

实施例1

本实施例制成的具有超薄电接触层的微异型触点带如图3所示，图3中1为电接触层，其材料为AuAg8，厚度5.2μm；2为中间层，其材料为Ag，厚度为0.097mm；3为基体层，其材料为CuNi30，厚度为0.13mm。该微异型触点带的横截面的宽度为0.5mm，厚度为0.23mm，电接触层与中间层的厚度比为1∶20。

本实施例的具有超薄电接触层的微异型触点带的制造方法，所用的滚焊机FN11401，两辊轧机。首先将厚度为0.2mm，宽度为0.5mm，长500m的作为电接触层的AuAg8带材与中间层1的厚度为0.45mm，宽度为0.5mm的Ag带材，于滚焊焊接电流1000A(安培)，滚焊的焊接电压为3V(伏特)，滚焊时的焊接速度为10m(米)/min(分)，滚焊时的焊接压力为0.5MPa的条件下，滚焊复合后形成具有电接触层和中间层1的两层的复合带，将上述两层的复合带轧制加工至电接触层AuAg8带材的横截面的原始尺寸，即加工成厚度为0.2mm，宽度为0.5mm具有电接触层和中间层1的二层复合带。在轧制加工过程中，轧制道次加工率为20％左右，当总加工率达50％时，进行中间退火处理，退火温度为300℃，退火时间为30分钟。

将经轧制加工并经退火后的厚度为0.2mm，宽度为0.5mm的具有电接触层和中间层1的二层复合带(AuAg8/Ag二层复合带)与厚度0.45mm，宽度为0.5mm的作为中间层2的Ag带材，于滚焊焊接电流1000A(安培)，滚焊的焊接电压为3V(伏特)，滚焊时的焊接速度为10m(米)/min(分)，滚焊时焊接压力为0.5MPa的条件下，滚焊复合形成具有电接触层、中间层1、中间层2的三层的复合带，将上述三层的复合带轧制加工到电接触层AuAg8带材的横截面的原始尺寸，即加工成厚度为0.2mm，宽度为0.5mm的具有电接触层、中间层1、中间层2的三层复合带。在轧制过程中，轧制道次加工率为20％左右，当总加工率达50％时，进行中间退火，退火温度为300℃，退火时间为30分钟。

将经轧制加工并经退火后的厚度为0.2mm，宽度为0.5mm具有电接触层和中间层1、中间层2的三层复合带(AuAg8/Ag/Ag三层复合带)与厚度0.26mm，宽度0.5mm的作为基体层的CuNi30带材，于滚焊焊接电流1000A(安培)，滚焊的焊接电压为3V(伏特)，滚焊时的焊接速度为10m(米)/min(分)，滚焊时焊接压力为0.5MPa的条件下，滚焊复合形成具有电接触层、中间层1、中间层2、基体层的四层复合带。将上述四层复合带轧制加工到厚度为0.23mm，宽度为0.5mm(0.23×0.5mm)的具有电接触层、中间层1、中间层2、基体层的四层复合带。在轧制过程中，轧制道次加工率为20％左右，当总加工率达50％时，进行中间退火，退火温度为500℃，退火时间为40分钟，制成电接触层AuAg8厚度5.2μm，中间层Ag厚度0.097mm，基体层CuNi30厚度0.13mm的具有超薄电接触层的微异型触点成品带。

Claims

1.一种具有超薄电接触层的微异型触点带的制造工艺，其特征是，

(1)首先将作为电接触层的带材与中间层1的带材滚焊复合，形成电接触层和中间层1的两层的复合带，

(2)将上述两层复合带轧制加工为矩形截面的带材，其厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米，

(3)按上述方法加工制成具有电接触层和n个中间层的复合带，并轧制加工为矩形截面的带材，其厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米，

(4)轧制加工时，轧制道次加工率控制在10～30％，当总加工率达到30～70％时进行中间退火，

(5)最后将具有电接触层和n个中间层的并轧制加工为矩形截面的带材，其厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米，并经退火的复合带与基体层的带材滚焊复合，进行轧制加工，轧制道次加工率控制在10-30％，当总加工率达到30-70％时进行中间退火，最后加工成型为具有超薄电接触层的微异型触点成品带。

2.根据权利要求1的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，n个中间层的n为2～8。

3.根据权利要求1的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，电接触层的带材为金、金基合金其中一种材料的带材。

4.根据权利要求3的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，所说的作为电接触层的金基合金的带材为AuAg8、AuAg10，AuNi5其中的一种材料的带材。

5.根据权利要求1的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，中间层的带材为银、银基合金、镍其中的一种材料的带材。

6.根据权利要求5的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，所说的作为中间层银基合金的带材为AgPd40、AgPd60、AgNi10其中的一种材料的带材。

7.根据权利要求1的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，基体层的带材为铜、镍、铜基合金其中的一种材料的带材。

8.根据权利要求7的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，所说的作为基体层铜基合金的带材为CuNi30、CuNi44其中的一种材料的带材。

9.根据权利要求3或4的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，电接触层的带材的厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米，长度为≥30米。

10.根据权利要求5或6的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，中间层的带材的厚度为0.1～2毫米，宽度为0.3～4毫米，长度≥30米。

11.根据权利要求7或8的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，基体层的带材的厚度为0.1-2毫米，宽度为0.3-4毫米，长度为≥30米。

12.根据权利要求1的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，滚焊的焊接电流为50～4500安培，焊接电压为1～60伏特，焊接速度为0.7～26米/分，焊接压力为0～2.7MPa。

13.根据权利要求12的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，焊接电流为50～2000安培。

14.根据权利要求12的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，焊接压力为0.3～2.7MPa。

15.根据权利要求1的一种微异型触点带的制造工艺，其特征是，中间退火的退火温度为150～800℃，退火时间为10～100分钟。