CN1282276A - 具有低接触电阻的表面处理钢板以及由此钢板制成的接线端子部件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用不锈钢为基板的镀层钢板,在此镀层钢板上用后处理水溶液(含有碳黑或石墨、羧甲基纤维素、和包括丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂组成的水性有机树脂)形成了一层涂层,因而使上述镀层钢板具有低的接触电阻,优异的耐腐蚀性和优异的涂层附着力,并提供了一种由此镀层钢板制成的接线端子部件。镀层钢板是在不锈钢板上镀上Ni层作为下层,镀上Sn层作为上层后进行扩散处理;然后用水溶性后处理溶液进行处理后而制成上述表面处理钢板。该后处理溶液中含有碳黑或石墨、羧甲基纤维素、水性有机树脂如丙烯酸、聚酯树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂。

Description

具有低接触电阻的表面处理钢板 以及由此钢板制成的接线端子部件
发明背景
本发明涉及一种以不锈钢为基板的表面处理钢板，该钢板具有低的接触电阻，优异的导电性，时效后具有稳定的导电性，以及优异的耐腐蚀性和附着力，而且，本发明也涉及一种使用所述钢板的接线端子部件。
传统上，从导电性和耐腐蚀性的角度考虑，已将一种碳-碳组合用于作为电路接线端子部件的主要材料。然而，碳-碳组合很昂贵，而且在加工性能上存在问题，因此，已着手研究提供一种碳与金属薄板的组合。但是，碳-金属薄板的组合存在一个问题，即氧化物或氢氧化物会在与碳组合的金属薄板的表面上形成，结果，随时间的延长，所述碳-金属薄板组合的导电性会明显降低。
为了解决上述这一问题，人们越来越强烈要求提供一种电路接线端子材料，该材料比碳便宜但导电性同碳一样好。
尽管仅用金属制作电路接线端子部件很经济，但这样做有一个问题：即随着时间的延长，氧化物或氢氧化物会在这种金属制的部件的表面上形成，从而导致耐腐蚀性和导电性劣化。另外，使用耐腐蚀的不锈钢可以获得优异的耐腐蚀性，但是在其表面形成结合牢固的氧化物也导致了导电性的劣化。
为了解决上述这些问题，本发明的一个目的是提供一种表面处理钢板，该板的接触电阻低、导电性优异，时效后导电性稳定，以及耐腐蚀性和附着力都很好。这种钢板是一种经过扩散处理的多层镀层钢板，所述的多层镀层是以不锈钢为基板，下层为Ni层，上层为Sn层。而且，本发明也提供一种使用这种表面处理钢板制成的接线端子部件。
发明简述
本发明的一种表面处理钢板，其特征在于所用的钢板是一种经扩散处理的多层镀层钢板，基板为不锈钢板，多层镀层的下层为Ni层，上层为Sn层，并在钢板上形成一种含有碳黑或石墨、羧甲基纤维素和水性有机树脂的涂层，而且，由所述涂层覆盖的所述钢板具有低的接触电阻。
本发明的一种表面处理的钢板，其特征还在于使用不锈钢板为基板，镀覆镍层为下层，镀覆锡层为上层，扩散退火后在其表面上形成一层含有碳黑或石墨、羧甲基纤维素、水性有机树脂和所述水性有机树脂的交联剂的涂层，而且由所述涂层覆盖的所述钢板具有低的接触电阻。
在这种表面处理钢板中，所述水性有机树脂可优选为丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂。
此外，权利要求5中的接线端子部件的特征在于与电路接线接触的部分是由权利要求1-4中任一项的表面处理钢板制成。
本发明的详细说明
一种以不锈钢为基板的镀覆后经扩散处理的多层镀层钢板，其中多层镀层的下层为Ni层，上层为Sn层，通过使用一种水性后处理溶液进行处理，在钢板上形成沉积涂层，所述溶液含有碳黑或石墨，羧甲基纤维素，和由丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂组成的水性有机树脂。如此形成的涂层可隔离大气中的氧气以防止镀后的钢板表面氧化。这样，涂层阻止了引起钢板导电性降低的氧化物膜的形成，从而能够防止所述钢板的导电性和耐腐蚀性的劣化。另外，由于涂层含有导电性优异的碳黑或石墨，因此，此沉积涂层不会降低钢板的导电性。
下面就本发明的实施方案作更详细的解释。
不锈钢用来制作镀层钢板，这些不锈钢有Fe-Cr不锈钢如马氏体或铁素体不锈钢和Fe-Ni-Cr不锈钢如奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、半奥氏体不锈钢。镀层钢板是以不锈钢为基板的经扩散处理的镀层钢板，下层为Ni层，上层为Sn层。由于Sn-Ni合金的耐化学试剂性极好，因此，优选镀覆有Sn-Ni合金的钢板作为接线端子，可用在容易产生酸性气氛的装置如铅蓄电池或燃料电池中。适当的镀覆量(Ni和Sn的总量)可为O．3-30g／m2。镀覆量小于0．3g／m2时，不利于镀覆后的扩散处理，这是因为不锈钢中Cr扩散入镀层中严重降低了镀层的导电性。镀覆量大于30g／m2时不经济。尽管镀层中Ni含量和Sn含量的比值没有特别的限制，但从镀层耐腐蚀性的角度考虑，最好是Sn镀层的量为1时Ni镀层的量不小于2。扩散处理在不含氧气的气氛中如氢气、氮气、氢气和氮气的混合气或氢气中进行，热处理温度最好在400-600℃之间。从接触电阻的角度考虑，热处理的时间最好在一定的时间范围内，在此时间范围内不会发生Cr的扩散而增加接触电阻，也不会发生Fe向表面的扩散而引起生锈。
镀覆后进行扩散处理的钢板使用一种水溶液加以处理，所述水溶液含有10-350g／l的碳黑或石墨，0．1-40g／l的羧甲基纤维素，和以固体计的1-200g／l的水性有机树脂，所述水性有机树脂由丙烯酸树脂，聚酯树脂，聚氨酯树脂或酚醛树脂构成。
所述碳黑可以是槽法碳黑、炉黑、乙炔黑或炊具(ケッチェン)黑。所述石墨可以是人造石墨、鳞片石墨、片状石墨或无定形石墨。在石墨的含量少于10g／l的浓度时，所得到的产品导电性很差。另一方面，当石墨的浓度超过350g／l时，这种石墨的分散性就显著变坏。
所述水性有机树脂可以是一种水溶型树脂，水分散型树脂或乳液型树脂。
所述水性丙烯酸树脂包括例如丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯聚合物或它的共聚物。所述酯的官能基团可以是羧基、氨基、甲基、乙基、丁基、戊基、乙基己基或辛基。还可以包括含亚乙基的水性乙烯-丙烯酸树脂。
所述水性聚酯树脂是将聚氧乙烯壬基酚醚，聚氧乙烯壬基酚醚磺酸钠，十二烷基硫酸钠，以及松香皂进行水分散化而得到的材料，或者是一些含有亲水基团如羧基、砜基、硫酸酯基、磷酸酯基、氨基、铵盐、羟基、醚基或酰胺基的材料，或者是醇酸树脂、马来酸树脂和不饱和聚酯。
所述水性聚氨酯树脂其端基是水溶性的COOH或氨基。
所述水性酚醛树脂包括碱催化的，由苯酚和甲醛反应制成的甲阶酚醛树脂。
以丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂构成的水性有机树脂，其固体含量低于1g／l，则所获得的产品耐腐蚀性很差。如果超过200g／l，则所获产品的导电性显著变坏，此外，处理溶液的粘度变得很高，结果就不能实现均匀处理。上述水性有机树脂的交联剂加入的浓度为水性有机树脂固相含量的0．1-20％。表1示出了用于上述水性有机树脂的交联剂种类。
如果所述交联剂的浓度低于所述水性有机树脂固含量的0．1％，则其对附着力无效果。另一方面，当该浓度超过20％时，所述水性树脂会发生过快交联，结果出现沉淀物并且随时间的延长这种处理溶液会不稳定。
所述羧甲基纤维素可以含有钠、钾或铵。如果羧甲基纤维素含量低于0．1g／l，则成膜能力或膜的附着力会很差。另一方面，在其浓度超过40g／l时，其分散性会显著变坏。
所述处理溶液的涂覆方法未作特别限制，它可以是喷涂、辊涂、刮涂、帘流涂、浸涂后再辊涂或气刀刮涂。
后处理涂层的合适的干膜厚度为O．02-1Oμm。在涂层厚度小于0．02μm时，膜不能将镀覆表面均匀覆盖。结果，随时间的延长，耐腐蚀性和导电性均会劣化。在涂层厚大于10μm时，耐腐蚀性将得以改善，但导电性已趋于饱和，因而这是不经济的。
实施例
将0．4mm厚的不锈钢板脱脂、酸洗并漂洗后立即在45℃、含200g／l硫酸镍和50g／l硫酸的镀液中在钢板的两面电镀Ni，直至镀覆量达2g／m2。再水洗后，使用Watt镀液电镀Ni，直至镀覆量达18g／m2，再水洗后，在电镀锡(Ferrostan)镀液中电镀Sn，直至镀覆量达5g／m2。电镀完成后，将其在500℃，含95％的氮气和5％的氢气的气氛中扩散处理3小时。扩散处理后，所述镀层钢板浸渍于含有320g／l的人造石墨和2g／l的羧甲基纤维素钠的后处理溶液中，然后，通过辊涂使其获得4μm的干膜厚度，并于70℃干燥，从而制备出待评价的试样。
类似地，分别采用不同的不锈钢板、Ni镀覆量、Sn镀覆量和扩散条件制备出一些其它试样(实施例1-30)。表2-6示出了不锈钢板的种类、镀层类型、镀覆量。在这些表中，表2示出的是用Fe-Cr不锈钢的实例，表3示出的是使用Fe-Ni-Cr不锈钢的实例。
〔比较例1〕
比较例1中的样品与实施例1一样采用相同的不锈钢板却未经镀覆但与实施例1一样都经过后处理。
采用下述方法，从性能上对由实施例和比较例所得试样进行了评价。评价结果示于表4中。
本发明展示了优异的耐腐蚀性、优异的导电性、时效后稳定的导电性和后处理涂层优异的附着力。
表4中所检测到的特性评价如下：
耐腐蚀性
试样置于75℃和90％RH的恒温恒温器中达700小时。根据样品表面生锈的出现情况，使用额定数目法对样品进行评价。
接触电阻
一厚0．5cm，宽1．5cm和长1．5cm的碳板在6kg／cm2的压力下置于宽1．5cm，长2cm的一对试样之间。采用多用途测量仪(HIOKI 3225，HIOKI有限公司制造)对这对试样间的接触电阻进行了测量，并根据每单位接触面积接触电阻的大小对所述试样的导电性作了评价。所述碳板与试样的接触面积为2．25cm2。在开始状态和试样置于75℃和90％RH的恒温恒湿气氛中达840小时后对接触电阻分别进行了测量。对于所确定的接触电阻不高于100mΩ／cm2的实例标记为“好”，所确定的接触电阻超过100Ω／cm2的实例标记为“差”。
使用后处理溶液所形成的涂层的附着力
通过使用透明胶带的强制剥离试验方法，对后处理溶液在镀层钢板上所形成的涂层的附着力作了评价。没有剥离出现的实例标记为“好”，最表层出现剥落的实例标记为“良好”，而在镀层与涂层之间出现剥离的实例则标记为“差”。
如表4所示，在本发明中经后处理的镀层钢板(使用不锈钢作为基板)具有耐腐蚀性优异、导电性极佳，时效后导电性稳定，使用后处理溶液所形成涂层的附着力很好的特点。
表1可用的交联剂种类
水性有机树脂的种类 可用的交联剂种类
丙烯酸树脂 (1)    含酰肼基的化合物(2)    含环氧基的化合物(3)    硅氧烷(4)    含氨基的化合物(5)    环氧树脂
聚酯树脂 (1)    由二羟甲基丙酸改性的丁基三聚氰氨树脂(2)    嵌入羟甲基酚或甲乙酮肟的水性异氰酸酯嵌段聚合物(3)    含环氧基和氨基的化合物(4)    含氮丙啶和羧酸基团的化合物(5)    肼和双丙酮丙烯酰胺(6)    由螯合剂制得的含多价金属的化合物(如醋酸锌或醋酸铝)
聚氨酸树脂 (1)    甲基三聚氰胺树脂(2)    环氧树脂(3)    金属交联剂如锌配合物(4)    氮丙啶化合物(5)    异氰酸酯化合物(6)    伯、仲的二元胺和聚酰胺(7)    含伯、仲的二元胺和聚酰胺的氨基树脂
酚醛树脂 (1)环氧树脂
表2以Fe-Cr不锈钢为基板的实施例
实施例 不锈钢的类型(JIS名称) 镀层钢板  扩散处理
镀层类型 镀覆量(g/m2)
实施例1  SUS 430 上层：Sn下层：Ni  520  500℃均热3h
实施例2  SUS 410 上层：Sn下层：Ni  0.71.4  450℃2均热8h
实施例3  SUS 409L 上层：Sn下层：Ni  1020  600℃均热1h
实施例4  SUS 403 上层：Sn下层：Ni  39  550℃均热1h
实施例5  SUS 405 上层：Sn下层：Ni  0.51.0  550℃均热8h
实施例6  SUS 429 上层：Sn下层：Ni  228  500℃均热1h
实施例7  SUS 431 上层：Sn下层：Ni  24  400℃均热8h
实施例8  SUS 410L 上层：Sn下层：Ni  0.215  600℃均热1h
实施例9  SUS 403 上层：Sn下层：Ni  0.10.2  400℃均热5h
表3以Fe-Ni不锈钢为基板的实施例
实施例或比较例 不锈钢的类型(JIS名称) 镀层钢板  扩散处理
镀层类型 镀覆量(g/m2)
实施例10  SUS 304L 上层：Sn下层：Ni  0.20.5  450℃均热8h
实施例11  SUS 316 上层：Sn下层：Ni  15  600℃均热0.5h
实施例12  SUS 317 上层：Sn下层：Ni  515  550℃均热3h
实施例13  SUS 329J2L 上层：Sn下层：Ni  15  400℃均热4h
实施例14  SUS 384 上层：Sn下层：Ni  25  500℃均热1h
实施例15  SUS 310S 上层：Sn下层：Ni  413  450℃均热6h
实施例16  SUS 321 上层：Sn下层：Ni  320  600℃均热8h
比较例1  SUS 430  -  -  -
表4特性评价结果
实施例或比较例 耐腐蚀性      接触电阻(mΩ/cm2) 后处理涂层的附着力
起始时间 时效后
实施例1  10 好 好 良好
实施例2  10 好 好 好
实施例3  10 好 好 好
实施例4  10 好 好 好
实施例5  10 好 好 好
实施例6  10 好 好 好
实施例7  10 好 好 好
实施例8  10 好 好 好
实施例9  10 好 好 好
实施例10  10 好 好 好
实施例11  10 好 好 好
实施例12  10 好 好 良好
实施例13  10 好 好 良好
实施例14  10 好 好 良好
实施例15  10 好 好 良好
实施例16  10 好 好 好
比较例1  10 好 差 好

Claims (5)

1．一种具有低接触电阻的表面处理钢板，其特征在于此钢板使用不锈钢为镀层基板，其上镀覆多层镀层，下层为Ni层，上层为Sn层，镀覆后经扩散处理，随后在此镀层钢板最外表面形成一种涂层，此涂层含有碳黑或石墨，羧甲基纤维素和一种水性有机树脂。
2．一种具有低接触电阻的表面处理钢板，其特征在于此钢板使用不锈钢为镀层基板，其上镀覆多层镀层，下层为Ni层，上层为Sn层，镀覆后经扩散处理，随后在此镀层钢板上面形成一种涂层，此涂层含有碳黑或石墨，羧甲基纤维素和一种水性有机树脂和水性有机树脂的交联剂。
3．一种根据权利要求1或2的表面处理钢板，其中所述的水性有机树脂选自丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或酚醛树脂之一或多种。
4．一种根据权利要求1-3中任一项的表面处理钢板，其中所述的不锈钢板是Fe-Cr不锈钢板或Fe-Ni-Cr不锈钢板。
5．一种接线端子部件，其特征在于使用权利要求1-4中任一项的表面处理钢板作为与电路接线部分相接触的部分。
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