JP5133057B2 - Me−DLC硬質材料コーティングを備えた銅含有導電性材料 - Google Patents
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Description
本発明は、請求項1の上位概念に記載の、差込み式もしくは締付け式接続としての使用のための銅含有合金から成る導電性材料に関する。さらに請求項18記載の接点ピース、ならびに請求項19記載の半製品ないしは請求項20記載の帯材もしくは異形材。
銅含有合金は、表面処理のためのめっき層(galvanischen Schichten)の施与についての銅材料の良好な適性のように、同じく従来技術から公知である。これに対しPVD−、CVD−ないしはPVD/CVD膜は今日まで比較的柔らかい銅材料にあまり使用されてこなかった、というのも、例えば、差込み式もしくは締付け式接続の取付けの場合にも生じうるような高い負荷を伴う滑り荷重の場合に該膜が母材中に押し込まれるかないしは突き破るからであり、かつ工具コーティングに使用される多くの膜系が高すぎる摩擦係数(例えば炭化物WC、ないしはCrxCyは約0.5以上の摩擦係数を有する)、高すぎる粗さまたは不良な導電性を示すからであり、これにより該膜系がこのような使用にあまり適当でなくなる。
本発明の課題は、従来技術の上記欠点が回避されかつ従来のコーティングされた材料に対してより良好な電気的性質ならびにより良好な工具寿命−および滑り特性が達成される、銅含有導電性材料を提供することである。
本発明により改質された、炭素含量40原子%以上であるがしかし70原子%以下である炭素含有の減摩−ないしは硬質層、これは銅−もしくは銅合金上に析出される、が使用されることによって、表面の硬さならびにしたがって材料の耐摩耗性および耐摩擦性を高めることが、そのすぐれた電気的性質が本質的に変わることなく可能である。この場合には炭化物として結合したかもしくは遊離の炭素の含量が炭素含量とみなされ、この含量は炭化物形成物質および任意のさらなる元素とともに100%に補完される。その際、例えば下記のより詳細な方法を用いて、減摩性および電気的性質が限定された硬質膜が析出し
、この硬質膜によって導電性材料の工具寿命の延長がもたされる。この膜は従来の例えば炭化物の硬質膜より若干硬くないが、しかしその担体材料より顕著に硬くかつこれをそのことにより摩耗から保護する。驚くべきことにこの膜はその担体材料を差込み式および締付け式の使用の場合に従来の硬質膜系より良好に保護し、その際、高い単位面積当たりの圧力を伴う使用のために付加的にもう1つの支持層が備えられていてもよい。このことは本硬質膜の場合には比較的低い摩擦係数によるものとも考えられ、この摩擦係数は好ましくは例えば差込み式接続への使用の場合に作用する、というのも、そのことにより同時に挿入力が減じられるからであり、かつコーティングされていない場合もある相対物の引っかき傷が防止されるからである。
硬質膜)、CrNないしはCr/CrN、CrxCyないしはCr/CrxCy、Crx(CN)yないしはCr/Crx(CN)y、TiAlないしはTiAlNおよびTiAl/TiAlNが挙げられよう。
次に本発明を種々のにつき説明する。全てのMe−DLC膜ないしは支持層を250℃未満の温度で銅材料上に、例えば独国特許出願公開第10018143号明細書で図1およびこれに属する記載[0076]〜[0085]で改変されたような、バルザース(Balzers)BAI 830 C製造装置で析出させた。さらに全てのコーティングにおいて、例えば上記明細書の方法例1から公知の、低電圧を用いた加熱−およびエッチング処理を伴った前処理を行なった。上記の公開明細書の相応して表示された箇所は、本願の組み込まれた構成要素であると宣言する。
ここでは最終的な、すなわち外側の層範囲内に金属含有のDLC減摩層をCuSn8青銅上にクロム接着層を用いて、しかし付加的な支持層なしに施与した。上記の前処理の後
に付加的にクロム接着層を独国特許出願公開第10018143号明細書の方法例1と同様にして施与した。
例1との違いは、アセチレンガス流量が最後の工程段階で5分間で80sccmにしか高められず、かつその量で60分間維持されることである。
例1との違いは、アセチレンガス流量が最後の工程段階で2分間で30sccmに高められ、かつその量で60分間維持されることである。
例1との違いは、アセチレンガスは添加されず、かつWCターゲットが、Crターゲットのスイッチが切られた後に60分間一定のAr流量で運転されることである。
例5については先ずCrN支持層を析出し、引き続き例3と同様にしてMe−DLC導電層を該支持層上に施与した。CrN支持層の析出は表5)に記載したパラメータに従って行ない、その際、プラズマ密度を高めるために付加的に熱陰極と補助陽極の間の中心軸で点火される低電圧アーク放電を行なった。
例6については先ずクロム接着層を例1の場合と同様に施与した。これに続くWC含有の機能層をAgでドーピングした。
表7からわかるように従来技術の膜は、比較例1および4に記載されているように、比較的高い接触抵抗を有する。例1にこの場合には典型的な例として、表面に向かって著しくC含量を有するa−C:H:Me−ないしはMe−DLC膜が示されている。例4には、遊離炭素のさしたる含量なしで、炭化物膜について示されている。
(スズ引き)
試験体ジオメトリ ライダ・オン・フラット ライダ・オン・フラット
ライダ直径 4mm 4mm
接点面 0.3mm2 0.3m2
試験雰囲気 ドライ ドライ
頻度 2.5sで1サイクル 2.5sで1サイクル
試験時間 3000サイクル 25サイクル
垂直力 20N 5N
摩擦行程(Reibweg) 3mm 3mm
Claims (19)
- 接点面の少なくとも部分上に析出された、少なくとも接着層と炭素含有の減摩層から成るカバー層を有する差込み式もしくは締付け式接続としての使用のための銅含有合金から成る導電性材料であって、
接着層と減摩層の間に支持層が備えらえているか、あるいは該接着層が支持層として実施されており、
該減摩層が50原子%以上60原子%以下の炭素含量を有すること、
減摩層が、40〜50%の含量の次の元素:Ag、Au、Cu、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Os、Rh、Ruおよび/またはこれらの合金の1つ以上を含有すること、および
接触抵抗が0.1〜90mΩであることを特徴とする、導電性材料。 - 接着層および/または支持層が、30〜60%の含量の次の元素:Ag、Au、Cu、Fe、Ir、Ni、Pd、Pt、Os、Rh、Ruおよび/またはこれらの合金の1つ以上を含有する、請求項1記載の導電性材料。
- 減摩層が硬質膜でありかつダイヤモンド状炭素を含むことを特徴とする、請求項1記載の導電性材料。
- 減摩層が付加的に元素周期律表の第IV、VおよびVI亜族の元素(すなわちTi、Zr、Hf;V、Nb、Ta;Cr、Mo、W)ないしはSiからの少なくとも1種の金属Meを含むことを特徴とする、請求項1記載の導電性材料。
- 減摩層が金属炭化物膜と該金属炭化物膜に付着された、表面に向かって増大する遊離炭素の含量を有する金属炭化物膜とを含有することを特徴とする、請求項4記載の導電性材料。
- 金属炭化物膜が元素周期律表の第IV、VおよびVI亜族の元素の炭化物であることを特徴とする、請求項5記載の導電性材料。
- 支持層が元素周期律表の第IV、VおよびVI亜族の元素(すなわちTi、Zr、Hf;V、Nb、Ta;Cr、Mo、W)ないしはアルミニウムもしくはSiからの少なくとも1種の金属Meを含むことを特徴とする、請求項6記載の導電性材料。
- 支持層が付加的もしくは排他的に、少なくとも1種の金属Meと少なくとも1種の非金属とを含む1つ以上の硬質材料化合物で、該金属が元素周期律表の第IV、VおよびVI亜族の元素(すなわちTi、Zr、Hf;V、Nb、Ta;Cr、Mo、W)、アルミニウムまたはSiの少なくとも1つでありかつ該非金属が元素C、N、BまたはOの少なくとも1つであることを特徴とする、請求項6記載の導電性材料。
- 支持層と減摩層の間に移行層が施与されていることを特徴とする、請求項6から8までのいずれか1項に記載の導電性材料。
- 移行層が元素周期律表の第IV、VおよびVI亜族の元素(すなわちTi、Zr、Hf;V、Nb、Ta;Cr、Mo、W)ないしはアルミニウムもしくはSiからの少なくとも1種の金属Meから成ることを特徴とする、請求項9記載の導電性材料。
- 移行層が漸変層であり、その際、該移行層のC含量が減摩層に向かって増大することを特徴とする、請求項9記載の導電性材料。
- 支持層の膜厚が0.5〜6μmであることを特徴とする、請求項7から11までのいずれか1項に記載の導電性材料。
- 接触抵抗が0.5mΩ〜10mΩであることを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項に記載の導電性材料。
- 銅含有合金が銅、青銅、黄銅または洋銀であることを特徴とする、請求項1記載の導電性材料。
- 銅含有合金がめっき層でプレコーティングされていることを特徴とする、請求項1記載の導電性材料。
- 銅含有合金がCr、NiないしはCrNi合金から成るめっき層でプレコーティングされていることを特徴とする、請求項1記載の導電性材料。
- 請求項1から16までのいずれか1項に記載の導電性材料を含むかまたは該導電性材料から成る、電気接点ピース。
- 請求項17記載の少なくとも1つの電気接点ピースを備えた導電性の半製品。
- 請求項18記載の少なくとも1つの電気接点ピースを備えた導電性の帯材もしくは異形材。
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