CN1325156A - 导电金属带和由其制备的插塞连接件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制备电接触构件,特别是插塞连接件的导电金属带,具有含1.0－4.0重量%镍、0.08－1.0重量%硅、0.02－1.0重量%锡、0.01－2.0重量%锌、0.005－0.2重量%锆和0.02－0.5重量%银的铜合金组成的基体材料,其中涂层由含1.0－3.8重量%银的锡－银合金组成。具有特别好性能的金属带其基体材料由含1.4－1.7重量%镍,0.2－0.35重量%硅,0.02－0.3重量%锡以及0.01－0.3重量%锌的铜合金组成。

Description

导电金属带和由其制备的插塞连接件

本发明涉及用于制备电接触构件的导电金属带和由其制备的插塞连接件。

插塞接触连接在电工学领域被广泛应用。人们把插头和插头衬套的机械设置基本上理解为开和关导电连接。插塞接触连接在多种应用领域中使用，例如动力运输工具电气设备、通信工程技术或工业设备电子学。

这种插塞接触元件通常的制备工艺是将铜或铜合金带组成的毛坯冲孔，再进一步加工为插塞接触元件。铜具有高的导电率。为防止被腐蚀和磨损以及提高表面硬度，将铜或铜合金带事先镀锡。锡由于具有良好的耐腐蚀性而特别适于作铜的涂层材料。按熔体浸渍工艺进行的涂层的涂覆被认作技术标准。

在这方面用于基体材料的表面涂层的多种锡合金是已知的，特别是锡-银合金，因为它们被认为是非常好的接触材料。

欧洲专利0 443 291B1介绍了在一对电插塞连接件中，一个插头元件的基体材料用纯锡或锡-铅合金涂覆，而另一个插头元件具有熔融流体方式涂上的由含最高10wt-％银的合金组成的较硬表面涂层。除了银之外，建议还可使用其它合金金属。这种配方为制备具有不变的低接触电阻和尽可能低的插塞和拔出力的高质量插塞连接件指明了方向。

按照DE44 43 461C1的建议考虑一种熔融流体涂覆的含有最高5重量％钴的锡合金组成的表面涂层。除了钴以外，锡合金还含有铋和铟以及大量的其它合金元素。

DE36 28 783C2揭示了由具有0.3-2重量％镁及0.001-0.1重量％磷的铜合金组成的电连接片。这种电连接片以其强度和电导率以及高温下的应力弛豫特性(Spannungsrelaxationseigenschaft)而卓越。它们显示出令人满意的使用性能，尽管它是以小型尺寸和复杂的形式制备的。

作为技术标准，DE43 38 769A1还介绍一种用于制备电插塞连接件的铜合金，它包括基本上0.5-3重量％镍，0.1-0.9重量％锡，0.08-0.8重量％硅，0.1-3重量％锌，0.007-0.25重量％铁，0.001-0.2重量％磷以及0.001-0.2重量％镁，主要组分铜作为其余成分，也包括不可避免的杂质。

上述金属带或由此制备的插塞连接件在实践中证明是有效的。然而对接触构件在机械和电性能方面的技术和质量要求在不断提高。这一点特别是针对接触构件在困难或侵蚀性环境条件下的使用，例如对动力运输工具电气设备，尤其是马达电气设备中的插塞连接件。在这些困难的使用条件下，尤其对上述接触构件达到极限条件下，涂层的耐温性能、耐弛豫性能、耐腐蚀性和粘接强度提出了要求。否则会导致表面涂层的剥离。

从现有技术出发，本发明的任务是提供用于制备电接触构件，特别是插塞连接件的导电金属带，实现在改善基体材料和涂层之间粘接作用的同时具有良好的电和机械性能，这在经济上是有利的。

这一任务根据本发明通过权利要求1的导电金属带以及根据权利要求6由此制备的插塞连接件而得以实现。

据此，这种基体材料由具有1.0-4.0重量％镍组分，0.08-1.0重量％硅组分，0.02-1.0重量％锡组分，0.01-2.0重量％锌组分，0.005-0.2重量％锆组分和0.02-0.5重量％银组分的铜合金组成，其中涂层由含1.0-3.8重量％银组分的锡-银合金组成。

特别有利的结果是用由含1.4-1.7重量％镍，0.2-0.35重量％硅，0.02-0.3重量％锡，0.01-0.3重量％锌组分的铜合金组成的基体材料试验实现的。

基体材料的锡组分降低了电导率，但由此提高了强度和韧性。电导率的减少可通过加入银来弥补。银组分主要目的在于作为基质组分在温度影响下与涂层材料一起参与扩散过程，并且影响期望的扩散控制的金属间化合物的相形成。这里，基体材料中的银组分含量为0.02重量％-0.5重量％，相反，涂层中银组分含量为1重量％-3.8重量％。

基体材料的银含量优选0.05重量％-0.2重量％(权利要求2)。涂层中银含量优选1.2重量％-2.5重量％(权利要求3)。这导致低接触电阻。

基体材料中含量0.005重量％-0.2重量％，但优选高达0.05重量％的锆组分提高了耐腐蚀性和耐温性，改善热变形性。

此外，本发明的金属带特征为，具有良好的电和机械性能，特别是良好的导电率和良好可加工性条件下的耐弛豫性以及涂层的耐剥离性。可保证稳定的接触电阻。这种金属带具有低接触电阻和高的耐温性。它在较高硬度下具有耐磨损和磨穿性能，仍有良好的可加工性和可焊性。在改善耐腐蚀性能的条件下插塞和拔出力低。

此外，这种金属带在经济上有利，因为在其制备过程中可使用含锡的铜废料。在材料循环方面实现锡平衡。由此可保证使用废料制备金属带的质量不变。通过调节使用抛光的废料(CuNiSi材料)、镀锡的废料和新金属(铜)，根据镀锡废料的锡镀层的厚度，得到作为浇铸产品的含0.02-1重量％锡的基体材料。此工艺优点是得到含0.25-0.5重量％锡的浇铸产品。

基体材料和涂层之间的金属间相颗粒细微且均匀。由此导致本发明金属带具有良好的可加工性，特别是可弯曲性，高耐剪切性，低弹性模量以及高蠕变强度。

合金组分锌和银影响基体材料和锡-银组成的涂层之间金属间相的扩散行为。通过铜扩散入锡层中必然形成的铜-锡相在其与温度和时间有关的清楚鲜明的形成过程中，特别延缓或防止形成所谓的ε-相。由此保证大大改善基体材料和涂层间的强度。由此，在对金属带或由其制备的插塞连接件不利和困难的使用条件下，涂层的脱落现象，特别是剥离推迟到更高的温度和更长时间。

刚好在150℃以上可能由老化引起的涂层失效的主要原因是在形成时由于较高的扩散速度从基体材料和涂层之间的相边界开始的所谓η-相(Cu₆Sn₅)超比例快速转换为ε-相(Cu₃Sn)。现在本发明认识到，ε-相的存在本身并不必然在基体材料和涂层之间边界处导致剥落，甚至在变形过程中引起的插塞连接件的应力状况下也是如此。如果ε-相的清楚鲜明的形成被阻止或防止，则会有利于涂层的金属间相和耐久性。

锌和银以及在基体材料中存在的镍在本发明规定的含量下适于在扩散过程和其参与构成金属间相时，特别是通过在相边界富集来抑制或大大减缓η-相快速转变为ε-相，实现基体材料和涂层之间均匀、高粘接性结合。

如果向涂层合金中还添加铟，即最高10重量％，但优选0.1重量％-5重量％，如权利要求4所规定，虽然降低了熔点，但总体上改善了对外界条件的稳定性。此外，加入铟也积极影响焊接性能。

镁提高强度和高温下合金的应力弛豫特性，只轻微损害导电率，导电率是基于主要组分铜。镁溶解在铜基质中，按照权利要求5规定在基体材料中最高含量为0.1重量％。此外，基体材料可含有最高0.05重量％磷。磷作为脱氧剂，和镁一起提高强度和高温下的应力弛豫特性。磷组分还起到获得金属带在变形过程时的弹力的作用。

加入最高0.1重量％铁组分可实现改善可加工性和热压延性。此外，铁组分在镍和硅化合物析出过程中降低了粒子尺寸，并且防止裂纹结构形成，这又有利于基体材料和涂层之间的粘接强度。

Claims (6)

1．用于制备电接触构件，特别是插塞连接件的导电金属带，具有铜合金组成的基体材料，它具有熔融技术涂上的由锡-银合金组成的金属涂层，其中在基体材料和涂层之间形成金属间相，其特征为，基体材料-以重量百分比表示-包括

镍(Ni)    1.0％-4.0％

硅(Si)    0.08％-1.0％

锡(Sn)    0.02％-1.0％

锌(Zn)    0.01％-2.0％

锆(Zr)    0.005％-0.2％

银(Ag)    0.02％-0.5％

其余为铜，包括熔炼带来的杂质，并且由锡-银合金组成的涂层含1重量％-3.8重量％银。

2．权利要求1的金属带，其特征为，基体材料含银量为0.05重量％-0.2重量％。

3．权利要求1或2的金属带，其特征为，涂层的含银量为1.2重量％-2.5重量％。

4．权利要求1至3之一项的金属带，其特征为，涂层含最高10重量％，优选0.1重量％-5重量％铟。

5．权利要求1至4之一项的金属带，其特征为，基体材料含最高0.1重量％镁(Mg)，最高0.05重量％磷(P)和/或最高0.1重量％铁(Fe)。

6．权利要求1至5之一项的金属带制备的插塞连接件。