ES2275942T3 - Contacto electrico. - Google Patents
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Abstract
Contacto eléctrico que tiene un cuerpo de base hecho de una aleación a base de cobre o de acero fino y una capa de contacto hecha de una aleación a base de oro que presenta un espesor de al menos 0,3 mum y que está constituida por oro con 0,5% en peso a 15% en peso de uno o más metales del grupo del platino, pero solo 0,5% en peso a 8% en peso en el caso de utilizar paladio como metal del grupo del platino, estando prevista entre el cuerpo de base y la capa de contacto una capa intermedia hecha de plata o de una aleación a base de plata.
Description
Contacto eléctrico.
La invención concierne a contactos eléctricos
que tienen un cuerpo de base hecho de una aleación a base de cobre
o de acero fino y una capa de contacto hecha de una aleación a base
de oro. Tales contactos eléctricos se utilizan como contactos de
enchufe, por ejemplo en conectores de enchufe para automóviles y en
la técnica de las telecomunicaciones. Se requiere actualmente que
los conectores de enchufe en el sector del automóvil sean adecuados
para temperaturas ambiente de hasta 150ºC y que sus propiedades
elásticas no disminuyan tan fuertemente durante la vida útil usual
de los automóviles que resulte perjudicada por ello la fiabilidad
del establecimiento del contacto. Los contactos eléctricos
conocidos para esta finalidad de utilización están constituidos por
un cuerpo de base hecho de una aleación a base de cobre que
proporciona la conductividad eléctrica y la propiedad elástica
necesarias, y por una capa de oro duro aplicada por vía galvánica
sobre el cuerpo de base, cuya capa consiste en oro con menos de 1%
en peso de cobalto. Asimismo, es conocido que, en lugar de una capa
de oro duro sobre el cuerpo de base, se prevea una capa de plata en
calidad de capa de contacto. Se utilizan también frecuentemente
capas de contacto de estaño que se aplican por estañado al fuego
del cuerpo de base. En las condiciones marginales requeridas hasta
ahora, se pueden conseguir así una resistencia suficiente frente al
desgaste de los contactos eléctricos y una resistencia de paso
suficientemente baja de los contactos. Sin embargo, esto no se
aplica ya a contactos de enchufe que, entre otras, según la
especificación de US Car, tienen que satisfacer en situaciones de
cambio de temperatura, durante la vida útil prevista, elevados
requisitos de temperatura de hasta 200ºC. Estos requisitos más
estrictos provienen de que se deberán controlar y gobernar cada vez
más funciones del motor por vía eléctrica o electrónica, lo que
requiere la utilización de la electrónica y, por tanto, de
contactos de enchufe en el propio motor o en el sistema de los gases
de escape.
Las capas de contacto empleadas hasta ahora a
base de oro-cobalto no son adecuadas para los
elevados requisitos de temperatura, ya que el cobalto se segrega de
la aleación por encima de 150ºC. La consecuencia es que el cobalto
puede oxidarse entonces e incrementa la resistencia de paso de los
contactos. Sin embargo, los contactos estañados al fuego no pueden
emplearse ya tampoco a 200ºC, puesto que se está entonces ya cerca
del punto de fusión del estaño de 232ºC y el estaño se reblandece y
muestra fluencia. La difusión acelerada de Sn en Cu, y viceversa
conduce muy rápidamente a la formación de fases intermetálicas que
se oxidan y conducen a altas resistencias de paso de los contactos.
En el caso de revestimiento de Ag, tiene lugar un reblandecimiento
irreversible a partir de aproximadamente 160ºC.
En la técnica de las telecomunicaciones se
requieren ciclos de enchufado muy altos - a menudo de hasta 10.000.
Este requisito es satisfecho actualmente por contactos de enchufe
con un revestimiento de PdNi o de PdCo en calidad de capa de
contacto. Sin embargo, tales revestimientos han resultado ser muy
caros debido al precio fuertemente incrementado del Pd.
El documento DE 37 15 171 A1 revela clavijas de
contacto elásticas para la comprobación eléctrica de placas de
circuito impreso equipadas recién fabricadas. Las clavijas de
contacto elásticas tienen un perno de contacto de acero inoxidable
o de cobre-berilio con un revestimiento de níquel o
de níquel duro galvánica o químicamente aplicado, sobre el cual
puede estar aplicada adicionalmente una capa de un metal noble o de
una aleación de metal noble. El metal noble puede consistir en oro,
plata, oro duro, rodio, paladio o bien aleaciones de estos metales
nobles no especificadas con más detalle. Para las capas de níquel
duro se indica un espesor de aproximadamente 2 \mum a 7 \mum.
En el caso de una capa de contacto de plata, se indica para ésta un
espesor de como máximo 5 \mum. En el caso de una capa de contacto
de cobre o de paladio, se indica un espesor de dicha capa de como
máximo 2 \mum.
El documento DE 40 13 6627 A1 revela un elemento
de contacto, especialmente para su uso en relés electromagnéticos,
con una capa de contacto hecha de una aleación de paladio, en la que
se ha reducido en una capa de contacto exterior de al menos 0,1
\mum de espesor el contenido de paladio en favor de un contenido
de plata o de oro.
El documento GB 2 130 795 A revela un contacto
de relé que, para lograr una resistencia al desgaste especialmente
alta, tiene sobre un muelle de contacto, que puede ser de bronce
fosforoso, una barrera antidifusión hecha de titanio, circonio o
mezclas de éstos y sobre ella, como capa de contacto, una capa
conductiva hecha de un nitruro, carburo o siliciuro de un metal de
transición, especialmente nitruro de titanio o nitruro de circonio.
Sobre ésta puede encontrarse aún una capa de cubierta de 2 \mum de
espesor hecha de oro o de una aleación de oro no especificada con
más detalle.
La presente invención se basa en el problema de
encontrar una estructura de contacto especialmente adecuada para
los rigurosos requisitos (200ºC de temperatura ambiente y 42 V de
tensión) y al mismo tiempo barata, que sea apropiada especialmente
para contactos de enchufe en automóviles y en la técnica de las
telecomunicaciones.
Este problema se resuelve por medio de un
contacto de enchufe dotado de las características indicadas en la
reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos de la invención son
objeto de las reivindicaciones subordinadas.
El contacto eléctrico según la invención tiene
un cuerpo de base hecho de una aleación a base de cobre, una capa
de contacto de al menos 0,3 \mum de espesor hecha de oro con 0,5%
en peso a 15% en peso de uno o varios metales del grupo del
platino, excluido paladio, que convenientemente está contenido, en
su caso, en la capa de contacto en una proporción de hasta un 8% en
peso, y entre el cuerpo de base y la capa de contacto una capa
intermedia de plata, o de una aleación a base de plata, o de níquel.
Bajo la designación de "metales del grupo del platino" se
agrupan los metales rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio y
platino, que se presentan combinados. Por una aleación a base de
plata se entiende una aleación constituida en su mayor parte por
plata.
La capa de contacto garantiza una resistencia de
transición de los contactos suficientemente baja y una resistencia
al desgaste suficiente, especialmente una resistencia a la abrasión,
así como una seguridad suficiente frente a una soldadura de
contactos aplicados uno a otro. En el caso de un espesor de la capa
de contacto de no más de 5 \mum, se alcanza también la baja
resistencia de paso de los contactos pretendida durante un periodo
de tiempo de 3000 horas a 200ºC cuando está prevista entre el cuerpo
de base y la capa de contacto una capa intermedia de plata o una
aleación a base de plata, por ejemplo plata con un pequeño
porcentaje de un aditivo disuelto en ella, tal como, por ejemplo,
níquel o paladio, por ejemplo plata de grano fino AgNi0,15. Esta
capa intermedia impide que se difundan componentes no nobles del
cuerpo de base hacia la superficie de contacto y se oxiden allí. La
plata pura es especialmente adecuada para la capa intermedia.
También el níquel como capa intermedia puede impedir una difusión
de componentes no nobles del cuerpo de base hacia la superficie de
contacto, pero es adecuado para la presente finalidad únicamente
cuando no importa una ductilidad especial, ya que el níquel es tan
frágil que se pueden presentar fisuras en los pequeños radios de
curvado que aparecen típicamente al conformar contactos de enchufe.
Frente a esto, la plata es más dúctil y deberá contener
preferiblemente en todo caso tales componentes de aleación en
cantidades tan pequeñas que se conserven tanto la ductilidad
necesaria para la respectiva finalidad de utilización prevista en
contactos de enchufe como la eficacia en calidad de capa de barrera
antidifusión. Además, la plata tiene la ventaja de que se puede
aplicar a bajo coste en capas de hasta algunas decenas de \mum de
espesor. Preferiblemente, el espesor de la capa intermedia es de
0,2 \mum a 15 \mum y en el mejor de los casos de aproximadamente
1 \mum a 2 \mum. Esto es suficiente para conferir a una capa de
contacto que tenga de preferencia tan solo un espesor de 0,5 \mum
a 2 \mum, en las condiciones de utilización y en los tiempos de
utilización prefijados, una baja resistencia de transición de los
contactos. Precisamente en capas de contacto tan delgadas ha dado
buenos resultados una capa intermedia de plata, por un lado porque
impide la difusión de componentes no nobles del cuerpo de base hacia
la capa de contacto y, por otro lado, porque, como capa
sacrificable, es capaz de compensar pérdidas de material de la capa
de contacto.
Convenientemente, la capa de contacto no tiene
un espesor superior a 10 \mum. Una capa de contacto que tenga un
espesor de más de 10 \mum no aporta ya ninguna mejora técnica,
siendo preferible que la capa de contacto no tenga un espesor
superior a 5 \mum.
Como metal del grupo del platino que se alea con
el oro entra en consideración sobre todo el platino. También se
puede utilizar perfectamente paladio en contenidos muy pequeños, en
cualquier caso en contenidos de menos de un 8% en peso. Tanto el
oro-platino como el oro-paladio
muestran una resistencia muy buena a la oxidación y presentan, con
la composición reivindicada, una ductilidad suficiente para que se
puedan deformar sin que se produzcan daños en la capa de contacto.
El platino tiene frente al paladio la ventaja de ser más barato. La
baratura es un criterio importante que debe tenerse en cuenta
especialmente en el caso de piezas producidas en grandes series
para la industria del automóvil y para la técnica de las
telecomunicaciones. El oro-platino se caracteriza,
además, por una resistencia especial a la corrosión y por una
tendencia menor que la del oro-paladio a formar
capas orgánicas de cubierta por vía catalítica.
La capa de contacto deberá consistir en oro con
0,5% en peso a 15% en peso de uno o más metales del grupo del
platino. Por debajo de un contenido de 0,5% en peso es demasiado
grande la tendencia a la soldadura en frío. Por encima del 15% en
peso la capa de contacto resulta ser demasiado frágil y ya no puede
ser deformada posteriormente para obtener contactos de enchufe sin
correr el riesgo de que se produzca una rotura de la capa de
contacto.
Se prefiere especialmente una capa de contacto
de oro con 1% en peso a 5% en peso de platino en un espesor de 0,5
\mum a 2 \mum, especialmente de oro con 1 a 3% en peso de
platino en un espesor de 0,5 \mum a 2 \mum, cuya capa,
dispuesta sobre una capa intermedia de plata, se considera, en las
condiciones de utilización dadas, como el óptimo respecto de
costes, capacidad de manipulación y resistencia.
Por último, además de un metal del grupo del
platino, la aleación a base de oro podría contener también
plata.
La capa intermedia tiene preferiblemente un
espesor comprendido entre 1 \mum y 15 \mum. Por debajo de 1
\mum la acción inhibidora de la difusión de la capa intermedia es
tan pequeña que, para compensarla, se tendría que incrementar el
espesor de la capa de contacto, lo que es antieconómico. Por otro
lado, un aumento del espesor de la capa intermedia hasta más allá
de 15 \mum sería técnicamente innecesario y, por tal motivo,
resultaría antieconómico. Se considera como óptima una capa
intermedia de plata en un espesor de aproximadamente 1 \mum a 2
\mum.
Los contactos de enchufe eléctricos según la
invención se fabrican usualmente a partir de un producto
semielaborado de forma de fleje por medio de procesos de
troquelado, doblado y estampado. Sobre flejes de cobre, o de una
aleación a base de cobre, o de acero fino con la propiedad elástica
deseada se aplica la capa intermedia de plata, o de una aleación a
base de plata, o de níquel y sobre esta se aplica la capa de
contacto de la aleación a base de oro. La capa intermedia y la capa
de contacto son aplicadas preferiblemente por pulverización
catódica. Para los pequeños espesores de capa previstos,
especialmente para la capa de contacto, se considera que esto es lo
más económico y, además, conduce a capas suficientemente densas y
dúctiles sin inclusiones extrañas. La capa intermedia y la capa de
contacto pueden depositarse con ventaja incluso sucesivamente en una
sola pasada de revestimiento. Sin embargo, entra en consideración
también una deposición electrolítica, especialmente para la capa
intermedia.
Preferiblemente, el material del que está hecha
la capa intermedia no sólo se aplica sobre el lado delantero del
cuerpo de base no noble sobre el cual se dispone también la capa de
contacto, sino que se aplica también sobre el lado trasero del
cuerpo de base. Precisamente a las altas temperaturas bajo las
cuales deberán utilizarse los contactos según la invención, esto
tiene como consecuencia la ventaja de que la resistencia de contacto
aumenta menos con el transcurso del tiempo que sin un revestimiento
del lado posterior del cuerpo de base.
Esto se ilustra con el ejemplo siguiente: Se
revistió un cuerpo de base de forma de fleje de cobre por un lado
con 2 \mum de plata y luego con 1 \mum de AuPt2,5. Como
resistencia de contacto se midieron al principio 2 m\Omega.
Después de 3000 h de envejecimiento en aire a 200ºC, la resistencia
de contacto se elevó a valores comprendidos entre 1 \Omega y 10
\Omega. Sin embargo, si se revestía también el lado posterior del
fleje de cobre con 2 \mum de plata, la resistencia de contacto en
las mismas condiciones de envejecimiento aumentaba tan solo en unos
pocos m\Omega. Las superficies laterales del cuerpo de base
formadas por troquelado estaban exentas de plata en el caso de este
buen resultado. Esto conduce a la ventaja adicional de que es
posible, sin ninguna desventaja para la resistencia de contacto,
revestir primero cuerpos de base de forma de fleje o de placa e
individualizar éstos seguidamente por troquelado.
Para el cuerpo de base son especialmente
adecuados los materiales siguientes:
(a) CuNiSi(Mg): Los materiales con las
designaciones C7025, C7026 según ASTM
(b) CuFeP: El material con la designación C194
según ASTM
(c) CuCrSiTi(X): Los materiales con las
designaciones C18070, C18080, C18090 según ASTM
(d) CuNiSn: El material con la designación
C72500 según ASTM
(e) CuSnZn: El material con la designación C425
según ASTM
(f) CuNiZn: Los materiales con las designaciones
C75700, C77000, C76400 según ASTM
(g) Acero fino: Los materiales con las
designaciones
- 1.4310 según DIN 17224,
- 1.4311 según DIN 17440,
- 1.4406 según DIN 17440,
- 1.4428 según DIN 17443,
- 1.4429 según DIN 17440,
- 1.4568 según DIN 17224,
- 1.4841 según DIN 17224,
- 1.4318, 1.1231, 1.1248, 1.1269, 1.1274, 1.5029 según DIN V 17006-100,
de los cuales se prefieren
especialmente los citados bajo (a), (b) y (c), ya que combinan una
alta conductividad eléctrica con una alta estabilidad de sus
propiedades elásticas a la temperatura de utilización requerida de
200ºC.
La invención es adecuada no solo para contactos
de enchufe, sino también para contactos de conmutación.
La única figura adjunta muestra una sección
transversal a través de un producto semielaborado de forma de fleje
para un contacto de enchufe eléctrico según la invención con un
cuerpo de base 1 de una aleación a base de cobre, por ejemplo
CuCrSiTi(X), con una capa intermedia 2 de plata en un espesor
de
0,2 \mum a 15 \mum y con una capa de contacto 3 que tiene un espesor de 0,5 \mum a 2 \mum y que está constituida por oro con 1% en peso a 5% en peso de platino. La capa intermedia 2 se encuentra solamente sobre el lado delantero 4 del cuerpo de base. Ventajosamente, el material del cual está hecha la capa intermedia 2, u otro material adecuado como barrera antidifusión, puede aplicarse también sobre el lado posterior 5.
0,2 \mum a 15 \mum y con una capa de contacto 3 que tiene un espesor de 0,5 \mum a 2 \mum y que está constituida por oro con 1% en peso a 5% en peso de platino. La capa intermedia 2 se encuentra solamente sobre el lado delantero 4 del cuerpo de base. Ventajosamente, el material del cual está hecha la capa intermedia 2, u otro material adecuado como barrera antidifusión, puede aplicarse también sobre el lado posterior 5.
Claims (16)
1. Contacto eléctrico que tiene un cuerpo de
base hecho de una aleación a base de cobre o de acero fino y una
capa de contacto hecha de una aleación a base de oro que presenta un
espesor de al menos
0,3 \mum y que está constituida por oro con 0,5% en peso a 15% en peso de uno o más metales del grupo del platino, pero solo 0,5% en peso a 8% en peso en el caso de utilizar paladio como metal del grupo del platino, estando prevista entre el cuerpo de base y la capa de contacto una capa intermedia hecha de plata o de una aleación a base de plata.
0,3 \mum y que está constituida por oro con 0,5% en peso a 15% en peso de uno o más metales del grupo del platino, pero solo 0,5% en peso a 8% en peso en el caso de utilizar paladio como metal del grupo del platino, estando prevista entre el cuerpo de base y la capa de contacto una capa intermedia hecha de plata o de una aleación a base de plata.
2. Contacto eléctrico según la reivindicación 1,
caracterizado porque la capa de contacto tiene un espesor no
superior a 10 \mum.
3. Contacto eléctrico según la reivindicación 2,
caracterizado porque la capa de contacto tiene un espesor no
superior a 5 \mum.
4. Contacto eléctrico según la reivindicación 3,
caracterizado porque la capa de contacto tiene un espesor de
0,5 \mum a 2 \mum.
5. Contacto eléctrico según la reivindicación 4,
caracterizado porque la capa de contacto tiene un espesor de
0,5 \mum a 1 \mum.
6. Contacto eléctrico según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como metal
del grupo del platino se elige platino o paladio, prefiriéndose
especialmente el platino.
7. Contacto eléctrico según la reivindicación 1,
caracterizado porque la capa de contacto está constituida
por oro con 1% en peso a 5% en peso de uno o más metales del grupo
del platino.
8. Contacto eléctrico según la reivindicación 7,
caracterizado porque la capa de contacto se compone de 1% en
peso a 3% en peso de uno o más metales del grupo del platino.
9. Contacto eléctrico según la reivindicación 7
u 8, caracterizado porque la capa de contacto contiene
solamente platino en calidad del metal del grupo del platino.
10. Contacto eléctrico según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa
intermedia posee un espesor de 0,2 \mum a 15 \mum.
11. Contacto eléctrico según la reivindicación
10, caracterizado porque la capa intermedia posee un espesor
de 0,5 \mum a 10 \mum.
12. Contacto eléctrico según la reivindicación
11, caracterizado porque la capa intermedia posee un espesor
de 1 \mum a 2 \mum.
13. Contacto eléctrico según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como
material para el cuerpo de base se elige un material del grupo
siguiente:
(a) CuNiSi(Mg): Los materiales con las
designaciones C7025, C7026 según ASTM
(b) CuFeP: El material con la designación C194
según ASTM
(c) CuCrSiTi(X): Los materiales con las
designaciones C18070, C18080, C18090 según ASTM
(d) CuNiSn: El material con la designación
C72500 según ASTM
(e) CuSnZn: El material con la designación C425
según ASTM
(f) CuNiZn: Los materiales con las designaciones
C75700, C77000, C76400 según ASTM
(g) Acero fino: Los materiales con las
designaciones
- 1.4310 según DIN 17224,
- 1.4311 según DIN 17440,
- 1.4406 según DIN 17440,
- 1.4428 según DIN 17443,
- 1.4429 según DIN 17440,
- 1.4568 según DIN 17224,
- 1.4841 según DIN 17224,
- 1.4318, 1.1231, 1.1248, 1.1269, 1.1274, 1.5029 según DIN V 17006-100.
14. Contacto eléctrico según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la capa de
contacto se ha formado por pulverización catódica o por otro
procedimiento PVD.
15. Contacto eléctrico según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo
de base tiene un lado delantero y un lado trasero, porque la capa
de contacto está dispuesta sobre el lado delantero y porque el
material del cual está hecha la capa intermedia se encuentra tanto
en el lado delantero como en el lado trasero del cuerpo de base.
16. Contacto eléctrico según la reivindicación
15, caracterizado porque, en el caso de cuerpos de base cuyo
espesor sea pequeño en comparación con su longitud y anchura, las
superficies laterales del cuerpo de base existentes entre el lado
delantero y el lado trasero están exentas del material del cual está
hecha la capa intermedia.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10138204A DE10138204B4 (de) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | Elektrischer Kontakt |
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|---|---|
| ES2275942T3 true ES2275942T3 (es) | 2007-06-16 |
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|---|---|---|---|
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