DE102021111558B4

DE102021111558B4 - Verfahren zur Bearbeitung eines Halbzeugs für ein elektrisches Kontaktelement, Halbzeug für ein elektrisches Kontaktelement

Info

Publication number: DE102021111558B4
Application number: DE102021111558.2A
Authority: DE
Inventors: Isabell Buresch; Soenke Sachs; Helge Schmidt
Original assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Germany GmbH
Priority date: 2021-05-04
Filing date: 2021-05-04
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2041-05-05
Also published as: CN115296109A; KR20220150835A; DE102021111558A1; FR3122593A1

Abstract

Gezeigt ist ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbzeugs (100) für ein elektrisches Kontaktelement (200), wobei in einem Beschichtungsschritt (B) auf einen elektrisch leitenden Grundkörper (20) des Halbzeugs (100) in einer Beschichtungsrichtung (S) eine Beschichtung (30) aufgebracht wird, die Ag als eine Komponente, insbesondere als Matrix, und mindestens eine weitere Komponente aufweist, wobei die Beschichtung (30) in einem auf den Beschichtungsschritt (B) folgenden Behandlungsschritt (Z) durch Umformen, insbesondere Gleitziehen des Halb-zeugs (100) durch eine Öffnung (91) oder durch Profilwalzen, bearbeitet wird, wobei Ag und die weitere Komponente in alternierenden Schichten (31, 32, 33, 34, 39) oder als alternierende Schichten (31, 32, 33, 34, 39) aufgetragen werden, wobei die alternierenden Schichten (31, 32, 33, 34, 39) mindestens eine Schicht (39, 31) Ag, eine Schicht (39, 32) der weiteren Komponente und eine zweite Schicht (39, 33) Ag umfassen. Ferner gezeigt ist ein entsprechendes Halbzeug (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung eines Halbzeugs für ein elektrisches Kontaktelement.
Das Halbzeug kann beispielsweise länglich ausgestaltet sein und dazu dienen, eine käfigartige Aufnahme für ein Gegenkontaktelement zu bilden. Bekannt ist, dass in einem Beschichtungsschritt auf einen elektrisch leitenden Grundkörper des Halbzeugs in einer Beschichtungsrichtung eine Beschichtung aufgebracht wird, die Ag (Silber) als eine Komponente aufweist. Dadurch kann zum Beispiel ein Übergangswiderstand verbessert werden.
So aufgebrachte Schichten weisen oft nicht die gewünschte Härte in Kombination mit einem geringen Kontaktwiderstand oder den gewünschten geringen Reibungskoeffizient auf.
Ferner sind Lösungen bekannt, bei denen die Beschichtung in einem auf den Beschichtungsschritt folgenden Behandlungsschritt oder Bearbeitungsschritt durch einen Umformschritt wie z.B. durch Gleitziehen des Halbzeugs durch eine Öffnung oder durch Profilwalzen bearbeitet wird.
Um die Eigenschaften weiter in gewünschter Weise zu beeinflussen, ist bekannt, dass die Beschichtung mindestens eine weitere Komponente aufweisen kann.
Aus der DE 11 2018 002 665 T5 , der DE 10 2011 111 300 A1 und der DE 10 2008 056 264 A1 sind Verfahren bekannt, mit denen Beschichtungen auf Halbzeugen aufgebracht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Wirkung des Umformens zu verstärken.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, dass Ag und die weitere Komponente in alternierenden Schichten aufgetragen werden, wobei die alternierenden Schichten mindestens eine Schicht Ag, eine Schicht der weiteren Komponente und eine zweite Schicht Ag umfassen.
Bei einem entsprechenden Halbzeug weist die Beschichtung Ag als Komponente, z.B. als Matrixbeschichtung, und mindestens eine weitere Komponente auf und ist durch den Umformschritt, insbesondere das Gleitziehen oder das Profilwalzen verändert, wobei Ag und die weitere Komponente in alternierenden Schichten aufgetragen wurden, und wobei die alternierenden Schichten mindestens eine Schicht Ag, eine Schicht der weiteren Komponente und eine zweite Schicht Ag umfassen.
Das Halbzeug und/oder die Beschichtung kann zum Beispiel bezüglich des Querschnitts der Öffnung entsprechen und/oder (Mikro-)Rillen oder (Mikro-)Muster, die durch das Gleitziehen bzw. das Profilwalzen entstehen, aufweisen.
Die erfindungsgemäße Lösung kann mit den folgenden, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
Bei dem Umformschritt kann eine Kraft senkrecht zur Oberfläche auf die Beschichtung ausgeübt werden. Dies kann zu der Veränderung in der Beschichtung führen.
Die Beschichtung kann den Grundkörper entlang einer Umfangsrichtung umschließen. Bei einem solchen Halbzeug muss man bei der weiteren Verarbeitung zu einem Kontaktelement gegebenenfalls nicht mehr auf die richtige Ausrichtung achten. Die Beschichtung kann entlang der Umfangsrichtung eine gleichbleibende Dicke aufweisen, zumindest vor dem Behandlungsschritt mit dem Umformen. In anderen Ausgestaltungen kann die Schichtdicke entlang der Umfangsrichtung unterschiedlich sein, je nachdem, welche Eigenschaften dort in welchem Maß gewünscht sind.
In alternativen Ausgestaltungen kann die Beschichtung auch nur an Teilen des Umfangs vorhanden sein. So kann etwa bei einem rechteckigen Querschnitt eine Beschichtung nur an einer Seite vorhanden sein. Eine solche Seite kann beispielsweise eine Seite sein, an der eine Kontaktfläche vorhanden ist, oder eine Seite, die zur mechanischen Führung des Kontaktelements dient.
Das Halbzeug kann ein Draht sein, insbesondere ein Runddraht oder ein Profildraht. Ein Draht kann vielseitig zur Herstellung eines Kontaktelements verwendet werden. Das Gleitziehen kann in diesem Fall ein Drahtziehen sein.
Der Grundkörper selbst kann vor dem Beschichtungsschritt durch Gleitziehen oder Profilwalzen erzeugt werden. Der Grundkörper kann auch als Halbzeug aufgefasst werden, da an ihm noch weitere Verarbeitungsschritte vollzogen werden.
In alternativen Ausgestaltungen kann das Halbzeug ein längliches Element sein. Insbesondere kann ein entlang einer Längsrichtung gleichbleibender Querschnitt vorhanden sein. Der Querschnitt kann ellipsenförmig, rechteckig oder polygonal sein oder beliebige andere Formen aufweisen.
Um die Eigenschaften in gewünschter Weise zu beeinflussen, weist die Beschichtung neben Ag mindestens eine weitere Komponente auf. Komponente ist hier insbesondere zu verstehen als Materialkomponente, d.h., dass das Material der Beschichtung aus solchen Materialkomponenten besteht oder sie aufweist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können Ag und die weitere Komponente als getrennte Schichten oder in getrennten Schichten aufgetragen werden. Das Verfahren kann dadurch besonders einfach durchzuführen sein.
Die Beschichtung und die Schichten können mit den üblichen Verfahren aufgetragen werden, beispielsweise durch Schmelztauchen, galvanisch, durch mechanische Verfahren wie Plattieren oder durch PVD (Physical Vapour Deposition) oder CVD (Chemical Vapour Deposition).
Um die Wirkung des Umformens zu verstärken, werden Ag und die weitere Komponente als alternierende Schichten oder in alternierenden Schichten aufgetragen. Dabei sind jeweils verschiedene Materialien in zwei aufeinanderfolgenden Schichten vorhanden. Die alternierenden Schichten umfassen dabei mindestens eine Schicht Ag, eine Schicht der weiteren Komponente und eine zweite Schicht Ag. Die beiden Ag-Schichten können die Schicht mit der weiteren Komponente einschließen. Vorzugsweise sind vier oder mehr Schichten vorhanden. Insbesondere können diese nach einem definierten Muster wiederholt werden, z.B. A-B-A-B-A-B... oder A-B-C-A-B-C-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können zumindest zwei aufeinander folgende Schichten aus dem gleichen Material bestehen. So kann es zum Beispiel prozesstechnisch einfacher sein, zwei dünnere Schichten aus einem Material und dann eine weitere dünne Schicht aus einem anderen Material aufzubringen, also z.B. A-A-B-A-A-B..
Die Schichtdicke für Ag beträgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung zwischen 100 und 2000 nm vorzugweise zwischen 200 und 1000 nm, speziell zwischen 300 und 600 nm. Die Schichtdicke für die zusätzliche Komponente kann zwischen 5 und 200 nm, vorzugweise zwischen 10 und 100 nm, speziell zwischen 30 und 60 nm, betragen. Mit solchen Schichtdicken kann die Wirkung des Umformens besonders effizient sein.
Der Legierungsgehalt der weiteren Komponente in der Beschichtung kann 0,3 - 15%, vorzugsweise 0,5 - 10% betragen. Dies kann zu einer Beschichtung mit besonders vorteilhaften Eigenschaften, insbesondere mechanischen Eigenschaften führen. Die Prozentangaben sind hier als at. %, also Prozent der Atome der weiteren Komponente relativ zur Gesamtzahl der Atome der Beschichtung zu verstehen.
Durch das Umformen können Ag und die weitere Komponente legiert werden. Insbesondere können die Komponenten mechanisch legiert werden. Dies kann durch die Vermischung unter hohem Druck bei der Umformung wie z.B. beim Drahtziehen durch die Öffnung / den Ziehring geschehen. Um hier ein besonders gutes Ergebnis zu erzielen, kann eine Vielzahl an Schichten mit kleinen Schichtdicken verwendet werden. Insbesondere können mindestens 8, vorzugweise mindestens 16 Schichten vorhanden sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als weitere Komponente ein Material verwendet, das beim Legieren die Matrix Ag härtet. Eine Legierung aus Ag und der weiteren Komponenten kann härter sein als Ag. Eine so erzielte Härte kann den Abrieb verringern und dadurch die Lebensdauer eines daraus produzierten Kontaktelements verlängern.
Beispielsweise enthält die weitere Komponente mindestens ein Material aus der Gruppe Ni (Nickel), Pd (Palladium), Ru (Ruthenium), Ti (Titan), Mo (Molybdän), W (Wolfram), Au (Gold), Cu (Kupfer) oder besteht aus einem solchen Material.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die weitere Komponente als Barriereschicht fungieren, die Diffusionsvorgänge innerhalb der Schicht verlangsamt oder unterbindet und so die Korrosionsfestigkeit und Temperaturstabilität der Schicht verbessert. Darüber hinaus kann die weitere Komponente Kristallitwachstum der Matrix verlangsamen oder unterbinden und so die durch die Umformung, insbesondere durch Drahtziehen, erzeugte feinkristalline Struktur stabilisieren. Eine so hergestellte Schicht behält ihre Härte, Abriebfestigkeit und Korrosionsfestigkeit auch beim Einsatz bei hohen Temperaturen (150 °C - 250 °C) bei. Dies ist insbesondere der Fall, wenn Nickel (Ni) als weitere Komponente verwendet wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die weitere Komponente als Partikel in eine Ag-Schicht eingebettet werden. Beispielsweise können solche Partikel bei einem galvanischen Aufbringen in dem galvanischen Bad vorhanden sein und sich während des Beschichtungsprozesses ablagern. Auch bei einer Beschichtungsmethode, die ein Tauchen beinhaltet, können entsprechende Partikel im Tauchbad vorhanden sein. Bei Vakuumbeschichtungsverfahren wie CVD oder PVD kann die zweite Komponente durch Co-Sputtern /-Verdampfen oder der Beschichtung aus einem Ag-Matrix-Legierungstarget abgeschieden werden.
Durch das Umformen, insbesondere das Gleitziehen oder Profilwalzen kann den Partikeln eine Vorzugsorientierung gegeben werden oder eine Vorzugsorientierung der Partikel geändert werden. Die Partikel können beispielsweise flocken-, band- oder fadenförmig sein und eine Vorzugsorientierung kann bezüglich einer Orientierung einer Ebene oder einer Längsrichtung dieser Partikel definiert sein. Insbesondere kann eine Längsrichtung der Partikel parallel zu einer Längsrichtung des Grundkörpers sein. Speziell die Partikel an der Oberfläche des Halbzeugs können dadurch eine besonders große Wirkung erzielen. Bei einem entsprechend behandelten oder bearbeiteten Halbzeug weisen Partikel der weiteren Komponente eine Vorzugsorientierung auf. Auch die Form der Partikel kann durch das Ziehen verändert werden.
Die Partikel können vor der Behandlung die Form einer Kugel oder eines Rotationsellipsoids aufweisen. Durch das Ziehen kann diese Form verändert werden. Insbesondere kann die Form abgeflacht werden. Flachseiten einer solchen Form können an der Oberfläche liegen oder zur Oberfläche hin orientiert sein.
Die Partikel können reibungsvermindernde Eigenschaften aufweisen. Dadurch kann insbesondere ein Stecken oder Führen des Kontaktelements erleichtert und/oder ein Verschleiß verringert sein.
Die weitere Komponente kann mindestens ein Material aus der Gruppe Graphen, Graphit, Carbon Nanotubes, Sulfide, Schwefelsulfid, Molybdänsulfid, Wolframsulfid, hexagonales Bomitrid, PTFE (Polytetrafluorethylen) enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.
Durch das Umformen, insbesondere Gleitziehen oder Profilwalzen kann innerhalb oder an einer Oberfläche der Beschichtung eine Vorzugsorientierung von Kristalliten erzeugt werden oder eine Vorzugsorientierung von Kristallen an der Oberfläche oder in der Beschichtung geändert werden. Dies kann unabhängig davon sein, ob die Beschichtung nur eine einzige Schicht oder eine Vielzahl von Schichten beinhaltet und unabhängig davon, ob Partikel in einer oder mehreren Schichten vorhanden sind.
An einer Oberfläche eines so behandelten oder bearbeiteten Halbzeugs können Kristallite überwiegend in einer oder zwei Kristallebenen terminieren. Beispielsweise können das die Kristallebenen <111 > und/oder <110> sein, insbesondere bei einem Ag-Gittertyp. Als überwiegend kann ein Anteil angesehen werden, wenn an mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 50 % der Oberfläche eine Terminierung entlang einer solchen Kristallebene vorhanden ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann die Beschichtung neben Ag mindestens zwei weitere Komponenten umfassen. Dadurch können die Eigenschaften besonders positiv beeinflusst werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt kann das beschichtete und durch Umformen, insbesondere Gleitziehen oder Profilwalzen behandelte Halbzeug vergütet werden. Dazu kann das Halbzeug für eine bestimmte Zeit auf eine definierte Temperatur gebracht werden, etwa durch Stromfluss, in einem Tauchbad oder in einem Ofen. Ein schnelles Abkühlen/Abschrecken, z.B. durch Tauchen, kann ebenfalls Teil des Vergütens sein. Insbesondere die Härte der Beschichtung und/oder des Halbzeugs kann dadurch verändert werden.
Das Material für den Grundkörper kann insbesondere Kupfer, eine Kupferlegierung, Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Eisen oder Stahl umfassen, um eine mechanisch besonders stabile Konstruktion zu ermöglichen.
Zwischen dem Grundkörper und der Beschichtung kann eine weitere Schicht vorhanden sein. Diese kann beispielsweise dazu dienen, ein Haften der aufgebrachten Komponenten zu ermöglichen oder eine Leitfähigkeit zu erzeugen oder zu erhöhen. Die weitere Schicht kann Cu (Kupfer) umfassen oder aus Cu bestehen; es können auch Ni- oder NiP-Schichten oder auch ein Strike aus einem Legierungsmetall als Haftungsgrund aufgebracht werden.
Die Erfindung umfasst ferner ein elektrisches Kontaktelement umfassend mindestens ein erfindungsgemäßes Halbzeug. Das Kontaktelement kann beispielsweise eine tonnen- oder trichterförmige Aufnahme aus dem Halbzeug aufweisen, in die ein stiftförmiges Gegenkontaktelement eingeführt werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand vorteilhafter Ausgestaltungen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die dabei dargestellten vorteilhaften Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind jeweils voneinander unabhängig und können beliebig miteinander kombiniert werden, je nachdem, wie dies im Anwendungsfall notwendig ist.
Es zeigen:

1A-1C schematische Schnittansichten einer Ausführungsform eines Beschichtungsschritts;
2A-2C schematische Schnittansichten einer Ausführungsform eines Behandlungsschritts;
3A-3D schematische Schnittansichten einer weiteren Ausführungsform eines Beschichtungsschritts;
4A-4C schematische Schnittansichten einer weiteren Ausführungsform eines Behandlungsschritts;
5 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Halbzeugs;
6 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Behandlungsschritts;
7 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines teilweise bearbeiteten Halbzeugs;
8 eine schematische Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform eines nicht bearbeiteten Halbzeugs;
9 ein Detail der Schnittansicht des nicht bearbeiteten Halbzeugs aus 8;
10 eine schematische Schnittansicht durch die Ausführungsform aus 9 nach einem Behandlungsschritt;
11 ein Detail der Schnittansicht des bearbeiteten Halbzeugs aus 10;
12 ein weiter vergrößertes Detail des bearbeiteten Halbzeugs aus 10;
13 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Kontaktelementes.

In den 1A, 1B und 1C ist ein Beschichtungsschritt B gezeigt. Auf einen elektrisch leitenden Grundkörper 20, der als Halbzeug 100 aufgefasst werden kann, wird eine Beschichtung 30 aufgebracht. Dies kann mit den üblichen Methoden geschehen, beispielsweise durch Schmelztauchen, mechanisches Beschichten, galvanisches Beschichten, physikalische Gasphasenabscheidung (PVD Physical Vapour Deposition) oder chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
Bei dem Grundkörper 100 kann es sich beispielsweise um einen Draht 101 handeln. Ein solcher Draht 101 kann eine längliche Ausgestaltung mit einem gleichbleibenden Querschnitt haben. Der Querschnitt kann insbesondere kreiszylindrisch oder nahezu kreiszylindrisch aber auch polygonal, insbesondere rechteckig oder achteckig sein. Der Draht 101 kann durch Drahtziehen oder Profilwalzen hergestellt sein.
Die Beschichtung 30 kann bei einem Draht entlang der Umfangsrichtung U an der gesamten Zylindermantelfläche angebracht sein.
Bei anderen Ausgestaltungen kann der Grundkörper 20 auch eine andere Form haben. Beispielsweise kann es sich bei dem Grundkörper 20 um eine Platte oder ein Band handeln. Eine Platte oder ein Band können einen rechteckigen oder polygonalen Querschnitt aufweisen. Eine Beschichtung 30 kann auch nur an Teilen der Außenfläche erfolgen. Bei einem Band oder einer Platte kann beispielsweise nur eine Seite beschichtet werden, etwa eine Seite die zur mechanischen oder elektrischen Kontaktierung dient.
Die Beschichtung 30 wird entlang einer Beschichtungsrichtung S aufgebracht, die bei dem Draht 101 einer Radialrichtung R entspricht. Schichtdicken 81, 82, 83, 85 der Beschichtung 30 oder einzelner Schichten 31, 32, 33 werden ebenfalls entlang der Beschichtungsrichtung S oder entlang einer Höhenrichtung H, die parallel zur Beschichtungsrichtung S verläuft, gemessen. Die einzelnen Schichten 31, 32, 33 werden entlang der Beschichtungsrichtung S übereinander aufgebracht. Die Beschichtungsrichtung S ist also senkrecht zu einer Längsrichtung L des Grundkörpers 20.
In den 2A, 2B und 2C ist ein Behandlungsschritt Z gezeigt, bei dem das beschichtete Halbzeug 100 beispielsweise durch Gleitziehen oder Profilwalzen behandelt oder bearbeitet wird. Beim Gleitziehen wird der Grundkörper 100 durch eine Öffnung 91 gezogen, siehe auch 6.
Die Öffnung 91 kann Teil eines Ziehsteins 90 sein, der verschieden große Öffnungen 91 aufweist, um mehrere Ziehschritte nacheinander durchführen zu können. Die Öffnungen 91 können dabei jeweils trichterförmig ausgestaltet sein, um ein einfaches Gleitziehen zu ermöglichen.
Durch das Gleitziehen wird eine Höhe 80 des Grundkörpers 20 verringert. Bei dem Draht 100 entspricht die Höhe 80 dem Durchmesser 70.
Wie in 6 zu sehen ist, ist vor dem Ziehschritt ein erster Durchmesser 71 und nach dem Ziehschritt ein zweiter Durchmesser 72, der kleiner ist als der erste Durchmesser 71, vorhanden. Durch das Gleitziehen kann eine Längung des Halbzeugs 100 in einer Längsrichtung L auftreten. In 7 ist eine mikroskopische Aufnahme eines Halbzeugs 100, das teilweise gezogen wurde, zu sehen.
Beim Gleitziehen durch die Öffnung 91 wird mechanischer Druck auf den Grundkörper 20 und insbesondere die Beschichtung 30 ausgeübt. Dadurch können insbesondere Eigenschaften der Beschichtung 30 positiv beeinflusst werden.
Das Ziehen oder Gleitziehen ist eine spezielle Ausführung eines Umformens. Eine andere Ausführung des Umformens kann ein Profilwalzen sein. Bei diesem Umformen wird jeweils eine Kraft entgegen der Beschichtungsrichtung S auf die Beschichtung 30 ausgeübt. Die Beschichtung 30 wird dadurch umgeformt und in ihren Eigenschaften verändert.
In den 3A, 3B, 3C und 3D ist eine Ausführungsform eines Beschichtungsschritts B gezeigt. Auf den Grundkörper 20 werden alternierend Schichten 39 aus verschiedenen Materialien aufgebracht. Das Material einer ersten Schicht 31 unterscheidet sich von dem Material einer zweiten Schicht 32, die über der ersten Schicht 31 angebracht wird. Eine dritte Schicht 33, die über der zweiten Schicht 32 angebracht wird, kann entweder aus einem weiteren Material, das sich vom Material der ersten Schicht 31 und dem Material der zweiten Schicht 32 unterscheidet, oder aus dem gleichen Material wie die erste Schicht 31 bestehen. Dieser Vorgang kann wiederholt werden, bis eine gewünschte Anzahl an Schichten 39 vorhanden ist. Dabei kann eine sich wiederholende Reihenfolge von Schichten aus verschiedenen Materialien aufgebracht werden, beispielsweise mit einer alternierenden Schichtenfolge A-B-A-B-A-B... , oder mit drei sich wiederholenden Schichten A-B-C-A-B-C-... Selbstverständlich können auch andere Schichtfolgen, insbesondere sich nicht wiederholende Schichtfolgen verwendet werden. Ferner ist zum Beispiel denkbar, dass zwei aufeinanderfolgende Schichten aus dem gleichen Material bestehen, also z.b. A-A-B-A-A-B-.. Dies kann etwa prozesstechnisch einfacher herstellbar sein.
Durch den Beschichtungsschritt B entsteht eine Beschichtung 30 mit einer Schichtdicke 85, die der Summe der Schichtdicken der einzelnen Schichten 39 entspricht, in dem gezeigten Beispiel also der Summe aus der Schichtdicke 81 der ersten Schicht 31, der Schichtdicke 82 der zweiten Schicht 32 und der Schichtdicke 83 der dritten Schicht 33. Mindestens eine der Schichten 39 enthält Silber (Ag) oder besteht komplett daraus.
Die Beschichtung 30 kann weitere Komponenten aufweisen, insbesondere mindestens ein Material aus der Gruppe Ni (Nickel), Pd (Palladium), Ru (Ruthenium), Ti (Titan), W (Wolfram), Au (Gold), Cu (Kupfer), Fe (Eisen), Co (Cobalt) oder Mo (Molybdän). Beispielsweise umfasst eine Schicht 39 ein solches Material oder besteht aus einem solchen Material. Diese Materialen können insbesondere dazu beitragen, dass mechanische Eigenschaften wie die Härte verbessert werden, beispielsweise indem dadurch Ag gehärtet wird.
In den 4A, 4B und 4C ist zu sehen, wie eine solche Beschichtung 30 durch ein Umformen, insbesondere ein Gleitziehen verändert wird. Durch den mechanischen Druck werden die einzelnen Schichten 31, 32 und 33 mechanisch miteinander vermengt. Nach dem Gleitziehen kann die bearbeitete Beschichtung 38 als eine einzige Schicht 39 aufgefasst werden. Die Schichtdicke 85 hat sich dabei verringert. Wie in 2A-C zu sehen ist, hat sich auch der Durchmesser 79 des Grundkörpers 20 verringert.
Das Gleitziehen oder Profilwalzen kann dazu führen, dass die Materialen der einzelnen Schichten 31, 32, 33, 39 miteinander vermischt und/oder legiert werden. Ein solches mechanisches Legieren verändert die Eigenschaften der Beschichtung 30. Beispielsweise kann die Beschichtung dann eine höhere Härte aufweisen als jede der Komponenten der unbearbeiteten Beschichtung 30 für sich.
Das bearbeitete Halbzeug 100 kann Spuren des Umformens, insbesondere des Gleitziehens oder des Profilwalzens aufweisen. Beispielsweise kann der Querschnitt des Halbzeugs 100 der Öffnung 91 entsprechen. Ferner können Rillen oder wellenförmige Topographien entlang einer Längsrichtung L vorhanden sein, die beispielsweise von kleinen Vorsprüngen in der Öffnung herrühren oder gezielt eingebracht werden können.
In der 5 ist eine weitere, nicht beanspruchte Ausgestaltung gezeigt, bei der die Beschichtung 30 nicht aus verschiedenen Schichten 39 besteht, sondern Partikel 40 in einer einzigen Schicht 39 eingebettet sind. Die Schicht 39 kann wieder Ag, insbesondere als Matrix, d.h. als Grundmaterial oder Grundstruktur umfassen. Die Partikel 40 umfassen andere Materialien, die zum Beispiel reibungsvermindemde Eigenschaften haben können. Die Partikel 40 können ein Material aus der Gruppe Graphen, Graphit, Carbon Nanotubes, Sulfide, Schwefelsulfid, Molybdänsulfid, PTFE (Polytetrafluorethylen) Wolframsulfid oder hexagonales Bornitrid enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.
Die Partikel 40 können zum Beispiel während des Beschichtungsschritts B in die Beschichtung 30 eingebracht werden. Wird die Beschichtung 30 durch Tauchen oder galvanisch erzeugt, so können die Partikel 40 in der Flüssigkeit vorhanden sein und sich zufällig ablagern. Die Konzentration der Partikel 40 in der Beschichtung kann zum Beispiel durch die Konzentration der Partikel 40 in der Flüssigkeit gesteuert werden.
Die Partikel 40 können unsymmetrisch oder symmetrisch, flocken-, band- oder fadenförmig sein. Durch den Behandlungsschritt Z mit dem Umformen, insbesondere dem Ziehen oder dem Profilwalzen können die Orientierungen der Partikel 40 vorteilhaft verändert werden. Beispielsweise können bei einer fadenförmigen Ausgestaltung die Längsrichtungen der Fäden parallel zur Längsrichtung L des Halbzeugs 100, entlang der eine Walz- oder Ziehbewegung stattfindet, orientiert werden. Dadurch kann insbesondere eine Oberfläche 50 des Halbzeugs 100 zu einem großen Teil durch Oberflächen der Partikel 40 gebildet sein. Dadurch kann ein Reibungskoeffizient sehr gering sein.
Bei einer flocken- oder bandförmigen Ausgestaltung kann durch das Ziehen die Orientierung der Partikel 40 so geändert werden, dass ihre Oberflächen an der Oberfläche 50 des Halbzeugs liegen. Auch dies führt dazu, dass die Eigenschaften des Halbzeugs 100 an der Oberfläche maßgeblich durch die Eigenschaften der Partikel 40 definiert sind, beispielsweise die Gleiteigenschaften.
Die Partikel 40 können vor der Behandlung kugelförmig sein. Durch den Behandlungsschritt Z mit dem Umformen können die Partikel 40 abgeplattet und/oder gestreckt werden und eine flache Seite zur Oberfläche 50 hin orientiert sein oder an der Oberfläche 50 liegen.
Durch den Behandlungsschritt Z mit dem Umformen kann ferner die Konzentration der Partikel 40 an der Oberfläche 50 erhöht werden. Auch dadurch werden Eigenschaften des Halbzeugs 100 positiv beeinflusst.
In den 8 und 9 sind mikroskopische Aufnahmen eines Querschnitts durch ein Halbzeug 100 in Form eines Drahtes 101 nach einem Beschichtungsschritt B, aber vor einem Behandlungsschritt Z dargestellt. Zusätzlich zu dem Grundkörper 20 aus einem Stahl und der Beschichtung 30 ist eine Zwischenschicht 25 vorhanden, die Kupfer enthält und dazu dienen kann, einen Strom zu leiten und/oder ein Haften der Beschichtung 30 auf dem Grundkörper 20 zu ermöglichen. Insgesamt hat der Draht 101 in diesem Stadium etwa einen Durchmesser von 0,5 Millimeter. Wie in 9 zu erkennen ist, umfasst die Beschichtung 30 mehrere separate Schichten 39. Vergleichsweise dicke Schichten 30, 33 aus Ag wechseln sich ab mit dünneren Schichten 32, 34 aus Palladium (Pd).
Der Legierungsgehalt der weiteren Komponente in der Beschichtung, hier etwa dem Palladium kann 0,3 - 15 %, vorzugsweise 0,5 - 10 % betragen. Dies kann zu einer Beschichtung mit besonders vorteilhaften Eigenschaften, insbesondere mechanischen Eigenschaften führen.
In den 10 bis 12 ist der Draht 101 nach einem Behandlungsschritt Z gezeigt. Er hat nun einen Durchmesser von etwa 0,3 Millimeter. Insbesondere in der 12 ist zu erkennen, dass in Bereichen, in denen eine hohe mechanische Belastung in der Beschichtung 30 vorhanden war, Ag und Pd mechanisch legiert sind, siehe die Bereiche 65.
Zu erkennen sind ferner Kristallite 60. Durch das Ziehen kann die Beschichtung 30 so verändert werden, dass die Kristallite 60 an der Oberfläche 50 hauptsächlich in einer oder zwei Kristallebenen terminieren, beispielsweise in einer <111 >- oder einer <110>-Ebene. Dies kann die Eigenschaften ebenfalls positiv beeinflussen.
In der 13 ist ein Kontaktelement 200 gezeigt, das aus einem Draht 101 hergestellt werden kann. Einzelne Segmente des Drahtes 101 werden gebogen und zu einer sich verjüngenden Aufnahme für ein Gegenkontaktelement verbunden. Durch die Behandlung mit einem Umformschritt, insbesondere einem Ziehschritt oder einem Walzschritt werden insbesondere Reibungseigenschaften wie ein Reibungskoeffizient oder eine Härte verändert. Dadurch kann die Lebensdauer eines solchen Kontaktelements 200 verlängert sein.
Bezugszeichenliste

20: Grundkörper
25: Zwischenschicht
30: Beschichtung
31: erste Schicht
32: zweite Schicht
33: dritte Schicht
34: vierte Schicht
38: bearbeitete Beschichtung
39: Schicht
40: Partikel
50: Oberfläche
60: Kristallit
65: Bereich
70: Durchmesser
71: erster Durchmesser
72: zweiter Durchmesser
79: Durchmesser Grundkörper
80: Höhe
81: Schichtdicke erste Schicht
82: Schichtdicke zweite Schicht
83: Schichtdicke dritte Schicht
84: Schichtdicke vierte Schicht
85: Schichtdicke Beschichtung
90: Ziehstein
91: Öffnung
100: Halbzeug
101: Draht
200: Kontaktelement
B: Beschichtungsschritt
L: Längsrichtung
R: Radialrichtung
S: Beschichtungsrichtung
U: Umfangsrichtung
Z: Behandlungsschritt

Claims

Verfahren zur Bearbeitung eines Halbzeugs (100) für ein elektrisches Kontaktelement (200), wobei in einem Beschichtungsschritt (B) auf einen elektrisch leitenden Grundkörper (20) des Halbzeugs (100) in einer Beschichtungsrichtung (S) eine Beschichtung (30) aufgebracht wird, die Ag als eine Komponente, insbesondere als Matrix, und mindestens eine weitere Komponente aufweist, wobei die Beschichtung (30) in einem auf den Beschichtungsschritt (B) folgenden Behandlungsschritt (Z) durch Umformen, insbesondere Gleitziehen des Halbzeugs (100) durch eine Öffnung (91) oder durch Profilwalzen, bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass Ag und die weitere Komponente in alternierenden Schichten (31, 32, 33, 34, 39) aufgetragen werden, wobei die alternierenden Schichten (31, 32, 33, 34, 39) mindestens eine Schicht (39, 31) Ag, eine Schicht (39, 32) der weiteren Komponente und eine zweite Schicht (39, 33) Ag umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halbzeug (100) ein Draht (101), insbesondere ein Runddraht oder ein Profildraht, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei durch das Umformen, insbesondere das Gleitziehen oder das Profilwalzen, Ag und die weitere Komponente legiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die weitere Komponente als Partikel (40) in eine Ag-Schicht eingebettet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei durch das Umformen, insbesondere das Gleitziehen oder das Profilwalzen den Partikeln (40) eine Vorzugsorientierung gegeben wird oder eine Vorzugsorientierung der Partikel (40) geändert wird.
Halbzeug (100) für ein elektrisches Kontaktelement (200), wobei das Halbzeug (100) einen elektrisch leitenden Grundkörper (20) und eine Beschichtung (30) auf dem Grundkörper (20) umfasst, wobei die Beschichtung Ag als Komponente, insbesondere als Matrix, und mindestens eine weitere Komponente aufweist und durch Umformen, insbesondere durch Gleitziehen oder Profilwalzen, verändert ist, dadurch gekennzeichnet, dass Ag und die weitere Komponente in alternierenden Schichten (31, 32, 33, 34, 39) aufgetragen wurden, wobei die alternierenden Schichten (31, 32, 33, 34, 39) mindestens eine Schicht (39, 31) Ag, eine Schicht (39, 32) der weiteren Komponente und eine zweite Schicht (39, 33) Ag umfassen.
Halbzeug (100) nach Anspruch 6, wobei Ag und die weitere Komponente durch das Umformen, insbesondere das Gleitziehen oder das Profilwalzen mechanisch legiert sind.
Halbzeug (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei an einer Oberfläche (50) des Halbzeugs (100) Kristallite (60) überwiegend in einer oder zwei Kristallebenen terminieren, insbesondere in einer <111 >- und/oder einer <110>-Ebene.
Halbzeug (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die weitere Komponente mindestens ein Material aus der Gruppe Ni, Pd, Ru, Ti, Mo, W, Fe, Co enthält oder aus einem solchen Material besteht.
Halbzeug (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die weitere Komponente mindestens ein Material aus der Gruppe Graphen, Graphit, Carbon Nanotubes, Sulfide, Schwefelsulfid, Molybdänsulfid, Wolframsulfid, hexagonales Bomitrid, PTFE enthält oder aus einem solchen Material besteht.
Halbzeug (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei der Legierungsgehalt der weiteren Komponente in der Beschichtung (30) 0,3 - 15%, vorzugsweise 0,5 - 10% beträgt.
Elektrisches Kontaktelement (200) umfassend mindestens ein Halbzeug (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 11.