CN1407123A - 用于金属带材的材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种用于制备电接触构件的金属带材的材料，该材料具有下列成分(重量％):镍(Ni)0.5－3.5％;硅(Si)0.08－1.0％;锡(Sn)0.1－1.0％;锌(Zn)0.1－1.0％;锆(Zr)0.005－0.2％;银(Ag)0.02－0.5％;余量为铜，以及熔化过程中带进的杂质。

Description

用于金属带材的材料
本发明涉及到一种用来制备电接触构件的金属带材用材料。
插塞接触连接在电工技术领域的应用是非常广泛的。在此插塞接触连接基本上指的是由插头和插头衬套构成的用来断开和闭合导电的连接的机械装置。插塞接触连接在许多领域中得到应用，例如应用在汽车电器，通信技术或工业装置的电子构件中。
常用的这种插塞接触元件的制备方法是，先由铜-或铜合金带材冲压成毛坯，然后将这种毛坯进一步加工成插塞接触元件。铜具有高的电导率。为了耐腐蚀和耐磨损以及提高表面硬度，铜-或铜合金带材首先要涂锡。锡由于其良好的耐腐蚀性特别适合于作为铜的涂层材料。以熔体浸渍法进行涂覆可作为技术标准。
已知许多相关的用来在基材表面涂覆的不同的锡合金，特别是锡-银-合金，因为这种合金可作为非常好的接触材料。
从欧洲专利说明书0443291B1获知，对于电插接连接件可用纯锡或锡-铅-合金涂覆到插头元件的基材上，而另一插头元件具有由含有直至10重量％的银的合金以熔体的方式涂覆上的较硬的表面涂层。除了银之外还提出了一系列的其他的合金金属。这种方法是针对性地用于制备具有始终不变的低的接触电阻和尽可能小的插-拔力的高质量插接连接件。
DE3628783C2公开了一种由铜合金制成的电插接连接件，铜合金具有0.3-2重量％的镁以及0.001-0.1重量％的磷。这种电插接连接件由于其强度、电导率和在较高的温度下的应力张驰性能而显得杰出。即使当它们被制成较紧凑的大小和较复杂的形状时，它们也显示出了令人满意的使用性能。
从DE4338769A1可获知一种用来制备电插接连接件的铜合金，该铜合金的基本成分含量为：0.5-3重量％的镍，0.1-0.9重量％的锡，0.08-0.8重量％的硅，0.1-3重量％的锌，0.007-0.25重量％的铁，0.001-0.2重量％的磷以及0.001-0.2重量％的镁，余量为铜，以及熔化过程中所带进的杂质。
这些已知的金属带材或更确切地说由其制成的插接连接件已在实际应用中证明是有效的。然而对接触构件的机械和电学性能方面的技术和质量的要求在不断增加。特别对在苛刻的或腐蚀性的环境条件下使用的接触构件，例如汽车电气设备，在此首先是在发动机的电气设备中的插接连接件的技术和质量的要求不断增加。在这样的苛刻的使用条件下首先对涂层的耐热性、耐张驰性、耐腐蚀性和粘附强度提出了要求，在这样的条件下已知的接触构件达到了它的极限。这可导致表面涂层的脱落。
所以从这个技术背景出发，本发明的任务是，以经济的优越方式提供用于制备电接触构件的金属带材用材料，它将良好的电和机械性能与基材和涂层之间的粘附的改善结合在一起。
该任务根据本发明通过权利要求1中的特征得到实现。
该材料是由一种铜合金构成的，该铜合金的合金成分含量为：镍0.5-3.5重量％，硅0.08-1.0重量％，锡0.1-1.0重量％，锌0.1-1.0重量％，锆0.005-0.2重量％和银0.02-0.5重量％。
加入锡虽然使得材料的电导率下降，然而却可以提高材料的强度和韧性。电导率的下降可通过加入合金元素银而补偿。合金元素银的主要目的在于，其作为基体成分在温度的影响下参与与金属带材的涂层材料的扩散过程，并且影响金属间化合物的所期望由扩散调节控制的相形成。所以银含量为0.02-0.5重量％。0.005-0.2重量％的锆可提高耐腐蚀性和耐热性并且改善热可塑性。
材料含有的银含量优选为小于0.15重量％(权利要求2)。
小于0.5重量％的锰可提高材料的耐热性(权利要求3)。
小于0.2重量％的镁(权利要求4)在提高合金的温度下可改善材料的强度和应力张驰性能，而对基于主要成分的铜的电导率只有微小的不利影响。镁溶于铜基体中。
假如根据权利要求5加入0.1-5重量％的铟，虽然要降低熔点，然而可改善总的对外界条件的耐性。另外对焊接性能还有有利的影响。
相应于权利要求6，当在材料中的锡与锌的比例为约1∶1时，将减小电导率损失，并且可提高可涂覆性能。此外，可达到在时效硬化的状态下在良好的延伸下最大的硬度提高。
在权利要求7中给出的锡与银的比例大约为1∶4时导致用锡涂覆的金属带材的再回收方面的优点。
此外，当银与锌的比例大于0.1时也是有利的(权利要求8)。
相应于权利要求9，当镁和锆总量与锡的比例大于0.01时将达到另一个优越的性能。
根据权利要求10的特征，当镍加硅的总量与锡+锌+银+镁的总量比大于1.5，小于4时，材料的脱皮性能将显著改善。
根据权利要求11应用上述材料的金属带材首先由于它的良好的电和机械性能，特别是由于它在良好的可变形性的同时良好的电导率和耐张驰性以及涂层的抗脱落性而显得杰出。稳定的接触电阻是可保证的。金属带材具有在低的接触电阻下的高耐热性。它在较高的硬度下耐磨损-和耐磨穿，而且它还是良好可变形的和良好可焊接的。在改善了的耐摩擦腐蚀性下插-和拔力是低的。
此外，这种金属带材在经济上是优越的，因为可用含有锡的铜废料来制备这种金属带材。在物质循环中将达到均衡的锡平衡。这样可保证用废料制备得到的金属带材的稳定的质量。通过协调使用裸废料(铜镍硅-材料)，涂覆锡的废料和新金属(铜)可根据涂覆锡的废料的锡涂层的厚度而得到作为铸造产品的基材，基材中的锡含量为0.02-1重量％。方法优选的铸造产品含有锡为0.25-0.5重量％。
在基材和涂层之间的金属间相是细粒的和均匀的。这就导致了金属带材的良好的可变形性，特别是可弯性，较高的抗切强度和低的弹性模量以及高的抗蠕变性。
合金成分锌和银影响在基材和根据权利要求12规定的锡-银涂层之间金属间相中的扩散性能。强制地通过从铜向锡层扩散所形成的铜-锡-相在它的形成过程中通过温度和时间而特别地以减缓和阻止方式影响所谓的ε-相的形成。这样就保证了在基材和涂层之间好得多的强度。这样脱落现象，特别是涂层的脱落即使在金属带材或由其制备的插接连接件在不利的和苛刻的使用条件下能够被推向在更高的温度下和更长的时间后发生。
对于可能的在150℃以上的温度涂层就发生老化引起的失效的主要原因是由于高的扩散速度由基材和涂层之间的相界出发在形成过程中所谓的η-相(Cu6Sn5)超比例地迅速转变成ε-相(Cu3Sn)。本发明得到如下的知识，即单独的ε-相的存在不一定会导致在基材和涂层之间的界面上发生脱落过程，即使在插接连接件通过变形过程所引起的应力状态下也不一定发生脱落过程。假如ε-相的形成被阻止或抑制，那么对于金属间相和涂层的长时间耐久性有有利的影响。
锌和银以及在材料中存在的镍以根据本发明所规定的含量适合于在扩散过程和在它们参与形成金属间相时特别地通过在相界的富集而抑制或相当程度地减慢从η-相向ε-相的快速转变，结果就能在基材和涂层之间形成均匀的高粘附的连接。

Claims (12)

1.一种作为用来制备电接触构件的金属带材的材料，其具有下列成分(重量％)：
镍(Ni)                        0.5-3.5％
硅(Si)                        0.08-1.0％
锡(Sn)                        0.1-1.0％
锌(Zn)                        0.1-1.0％
锆(Zr)                        0.005-0.2％
银(Ag)                        0.02-0.5％
余量为铜，以及熔化过程中带进的杂质。
2.根据权利要求1的材料，其含有的银的含量小于0.15％。
3.根据权利要求1或2的材料，其含有含量小于0.5％的锰(Mn)。
4.根据权利要求1-3之一的材料，其含有含量小于0.2％的镁(Mg)。
5.根据权利要求1-4之一的材料，其含有含量为0.1-5％的铟(In)。
6.根据权利要求1-5之一的材料，在材料中的所含的锡和锌的含量比大约为1∶1。
7.根据权利要求1-6之一的材料，在材料中所含的锡和银的含量比大约为1∶4。
8.根据权利要求1-7之一的材料，其中银和锌的含量比大于0.1。
9.根据权利要求4-8之一的材料，其中镁加锆的总量与锡含量的比大于0.01。
10.根据权利要求4-9之一的材料，其中镍加硅的总量与锡加锌加银加镁的总量比大于1.5，小于4。
11.根据权利要求1-10的材料用于涂覆的、导电的金属带材，这种金属带材用来制备电接触构件，特别可用在汽车制造(发动机室(Motorraum))的较高温度下的插接连接件的部件。
12.根据权利要求11的材料应用，用于用锡-银-合金涂层的金属带材。
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