JP7211075B2 - 防食端子材及び端子並びに電線端末部構造 - Google Patents

防食端子材及び端子並びに電線端末部構造 Download PDF

Info

Publication number
JP7211075B2
JP7211075B2 JP2018244741A JP2018244741A JP7211075B2 JP 7211075 B2 JP7211075 B2 JP 7211075B2 JP 2018244741 A JP2018244741 A JP 2018244741A JP 2018244741 A JP2018244741 A JP 2018244741A JP 7211075 B2 JP7211075 B2 JP 7211075B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tin
layer
copper
zinc
alloy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018244741A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2020105574A (ja
Inventor
賢治 久保田
隆士 玉川
透 西村
圭栄 樽谷
清隆 中矢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2018244741A priority Critical patent/JP7211075B2/ja
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to CN201980079051.9A priority patent/CN113166964A/zh
Priority to TW108148090A priority patent/TW202100810A/zh
Priority to PCT/JP2019/051404 priority patent/WO2020138414A1/ja
Priority to US17/416,542 priority patent/US20220085526A1/en
Priority to EP19901658.5A priority patent/EP3904564A4/en
Priority to KR1020217016238A priority patent/KR20210106991A/ko
Publication of JP2020105574A publication Critical patent/JP2020105574A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7211075B2 publication Critical patent/JP7211075B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/60Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
    • C25D5/615Microstructure of the layers, e.g. mixed structure
    • C25D5/617Crystalline layers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/10Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
    • C25D5/12Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/10Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
    • C25D5/12Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium
    • C25D5/14Electroplating with more than one layer of the same or of different metals at least one layer being of nickel or chromium two or more layers being of nickel or chromium, e.g. duplex or triplex layers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/48After-treatment of electroplated surfaces
    • C25D5/50After-treatment of electroplated surfaces by heat-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D7/00Electroplating characterised by the article coated
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02Contact members
    • H01R13/03Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02Contact members
    • H01R13/10Sockets for co-operation with pins or blades
    • H01R13/11Resilient sockets
    • H01R13/113Resilient sockets co-operating with pins or blades having a rectangular transverse section
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/10Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation
    • H01R4/18Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/58Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H01R4/62Connections between conductors of different materials; Connections between or with aluminium or steel-core aluminium conductors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/12Electroplating: Baths therefor from solutions of nickel or cobalt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/22Electroplating: Baths therefor from solutions of zinc
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/30Electroplating: Baths therefor from solutions of tin
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/38Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/48After-treatment of electroplated surfaces
    • C25D5/50After-treatment of electroplated surfaces by heat-treatment
    • C25D5/505After-treatment of electroplated surfaces by heat-treatment of electroplated tin coatings, e.g. by melting
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R4/00Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation
    • H01R4/10Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation
    • H01R4/18Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping
    • H01R4/183Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section
    • H01R4/184Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section comprising a U-shaped wire-receiving portion
    • H01R4/185Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation effected solely by twisting, wrapping, bending, crimping, or other permanent deformation by crimping for cylindrical elongated bodies, e.g. cables having circular cross-section comprising a U-shaped wire-receiving portion combined with a U-shaped insulation-receiving portion

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Description

本発明は、腐食防止効果の高い防食端子材及び端子並びに電線端末部構造に関する。
従来、導線の端末部に圧着した端子を別の機器に設けられた端子に接続することにより、その導線を上記別の機器に接続することが行われている。導線および端子は、導電性の高い銅または銅合金により形成されることが一般的であるが、軽量化等のために、アルミニウム製又はアルミニウム合金製の導線も用いられる。
例えば、特許文献1には、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導線に、スズめっきが形成された銅(銅合金)からなる端子が圧着され、自動車等の車両に搭載される端子付き電線が開示されている。
導線をアルミニウム又はアルミニウム合金で構成し、端子を銅又は銅合金で構成すると、端子と導線との間に水が入ったときに、異金属の電位差によるガルバニック腐食が発生して導線が腐食し、圧着部での電気抵抗値の上昇や圧着力の低下が生ずるおそれがある。
ガルバニック腐食を防止するために、例えば特許文献1では、端子の基材層とスズ層との間に、基材層に対して犠牲防食作用を有する金属(亜鉛または亜鉛合金)からなる防食層が形成されている。
特許文献2に示すコネクタ用電気接点材料は、金属材料よりなる基材と、基材上に形成された合金層と、合金層の表面に形成された導電性皮膜層とを有している。合金層は、Snを必須に含有し、さらにCu、Zn、Co、Ni及びPdから選択される1種以上の添加元素を含んでいる。導電性皮膜層としては、Sn(OH)(水酸化酸化物)を含むものが開示されている。
SnにZnを添加した例としては、特許文献3にSnめっき材が開示されている。このSnめっき材は、銅又は銅合金の表面に、下地Niめっき層、中間Sn-Cuめっき層及び表面Snめっき層を順に有している。このSnめっき材において、下地Niめっき層はNi又はNi合金で構成され、中間Sn-Cuめっき層は少なくとも表面Snめっき層に接する側にSn-Cu-Zn合金層が形成されたSn-Cu系合金で構成され、表面Snめっき層はZnを5~1000質量ppm含有するSn合金で構成され、最表面にZn濃度が0.2質量%を超えて10質量%までのZn高濃度層をさらに有している。
特許文献4では、銅または銅合金からなる基材の表面にSn含有層が形成されたSnめっき材において、Sn含有層がCu-Sn合金層とこのCu-Sn合金層の表面に形成された厚さ5μm以下のSnからなるSn層とから構成され、Sn含有層の表面にNiめっき層が形成され、このNiめっき層の表面に最表層としてZnめっき層が形成されている。
特開2013‐218866号公報 特開2015‐133306号公報 特開2008‐285729号公報 特開2018‐90875号公報
特許文献1のように錫層の下地に亜鉛または亜鉛合金からなる防食層を設けた場合、防食層上に錫めっき処理を実施する際に錫置換が生じて防食層と錫めっきの密着性が悪くなるという問題があった。
特許文献2のようにSn(OH)(水酸化酸化物)を含む導電性皮膜層を設けた場合、腐食環境や加熱環境に曝された際に速やかに導電性皮膜層に欠損が生じるため持続性が低いという問題があった。さらに特許文献3のようにSn-Cu系合金層(中間Sn-Cuめっき層)上にSn-Zn合金(表面Snめっき層)が積層され、最表層にZn高濃度層を持つものは、Sn-Zn合金めっきの生産性が悪く、Sn-Cu系合金層の銅が表層に露出した場合にアルミニウム製の導線に対する防食効果がなくなるという問題があった。特許文献4のようにCu-Sn合金層とSn層が積層されたSnめっき材上にZnめっき層を積層した材料を用いた端子では、Sn層とZnめっき膜の密着性が非常に悪いために、Niめっき層を介在させたとしても、密着性が劣ることがあった。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであって、腐食防止効果が高く、皮膜の密着性に優れる防食端子材及び端子並びに電線端末部構造を提供することを目的とする。
本発明の防食端子材は、少なくとも表面が銅又は銅合金からなる基材の少なくとも一部に第1皮膜が形成されており、前記第1皮膜は、銅錫合金からなる銅錫合金領域と銅錫合金以外の錫又は錫合金からなる錫領域とが混在する混在層の上に、亜鉛又は亜鉛合金からなる亜鉛層が形成され、前記亜鉛層は、前記混在層の前記銅錫合金領域及び前記錫領域の両方に接しており、厚さ方向に沿う断面において、前記銅錫合金領域に接する長さをR1(μm)、前記錫領域に接する長さをR2(μm)とすると、R1/R2が0.05以上2.5以下であり、前記第1皮膜は、前記亜鉛層の上に錫又は錫合金からなる錫層が形成されている。
この防食端子材は、混在層に銅錫合金領域が混在しているので、その上に設けられる亜鉛層は、錫領域だけでなく、亜鉛層と良好な密着性を持つ銅錫合金領域にも接触して密着性が高められる。この場合、R1/R2が0.05未満では、銅錫合金領域に接する長さが少な過ぎて密着性が損なわれ、R1/R2が2.5を超えると、曲げ加工時に割れが発生して密着性がかえって損なわれる。
この端子材を端子に成形して電線のアルミニウム線材を接続する場合には、端子に成形されたときに電線の心線が接触する部分に第1皮膜が配置されるようにすれば、亜鉛層により腐食電位がアルミニウムと近いため、アルミニウム線材と接触した場合の異種金属接触腐食の発生を抑えることができる。
また、錫層が亜鉛層の腐食を防ぐため、防食性能をより高めることができる。また、亜鉛層の上に積層される錫層には結晶粒界を通して亜鉛層の亜鉛が拡散する。このため、錫層の腐食電位がアルミニウムに近くなり、アルミニウム線材と接触した場合の異種金属接触腐食の発生を有効に抑えることができる。しかも、第1皮膜は錫層の下地に亜鉛層を有しており、万一、摩耗等により錫層の全部又は一部が消失した場合でも、その下の亜鉛層により異種金属接触腐食の発生を抑えることができ、電気抵抗値の上昇やアルミニウム線材への圧着力の低下を抑制できる。
本発明の防食端子材は、少なくとも表面が銅又は銅合金からなる基材の少なくとも一部に第1皮膜が形成されており、前記第1皮膜は、銅錫合金からなる銅錫合金領域と銅錫合金以外の錫又は錫合金からなる錫領域とが混在する混在層の上に、亜鉛又は亜鉛合金からなる亜鉛層が形成されるとともに、前記混在層と前記亜鉛層との間にニッケル又はニッケル合金からなる接着層が形成されており、前記接着層は、前記混在層の前記銅錫合金領域及び前記錫領域の両方に接しており、厚さ方向に沿う断面において、前記銅錫合金領域に接する長さをR1(μm)、前記錫領域に接する長さをR2(μm)とすると、R1/R2が0.05以上2.5以下であり、前記第1皮膜は、前記亜鉛層の上に錫又は錫合金からなる錫層が形成されている。接着層は錫領域及び銅錫合金領域と亜鉛層との密着性が良好であるため、剥離を防止し密着性を高めることができる。
防食端子材のさらに他の一つの実施態様は、前記錫領域に入り込んだ状態でNiSnからなる金属間化合物が形成されている。
NiSnからなる金属間化合物が錫領域に入り込んだ状態に形成されているので、接着層と混在層との密着性も良好になる。したがって、端子への厳しい加工を伴う場合でも層間剥離を防止し密着性を高めることができる。
防食端子材のさらに他の一つの実施態様は、前記銅錫合金領域は、1at%以上50at%以下のニッケルを含有している。銅錫合金にニッケルが含有すると、亜鉛層との密着性がより良好となる。その含有量が1at%未満では、密着性向上の効果に乏しく、50at%を超えると銅錫合金が脆弱になるとともに、摩擦低減効果が減少する。また、銅錫合金領域と錫領域との界面を急峻な凹凸形状とすることができ、摩擦係数の低減にも有利である。
防食端子材のさらに他の一つの実施態様は、前記亜鉛層は、単位面積当たりの亜鉛の付着量が0.07mg/cm以上2.0mg/cm以下である。ここで、単位面積当たりの付着量とは、亜鉛層の総厚さ×単位面積に含まれる量をいう。
亜鉛層の亜鉛付着量が0.07mg/cm未満では、亜鉛の量が不十分で腐食電流値が高くなる傾向にあり、2.0mg/cmを超えると、亜鉛の量が多過ぎて接触抵抗が高くなる傾向にある。
防食端子材のさらに他の一つの実施態様は、前記亜鉛層は、添加元素として、ニッケル、鉄、マンガン、モリブデン、コバルト、カドミウム、鉛のいずれか1種以上を含み、単位面積当たりの前記添加元素の付着量は、0.01mg/cm以上0.3mg/cm以下である。
亜鉛層に上記添加元素を含有させて亜鉛合金とすることにより、亜鉛層自体の耐食性をさらに向上させることができる。ニッケル亜鉛合金は、亜鉛層の耐食性を向上させる効果が高く、特に好ましい。亜鉛層の上に錫層が形成される場合、錫層への過剰な亜鉛拡散を防ぐことができる。そして、腐食環境に晒され錫層が消失した際も、長く亜鉛層を保ち続け腐食電流の増大を防ぐことができる。この場合、添加元素の付着量が0.01mg/cm未満では亜鉛の拡散を抑制する効果に乏しく、0.3mg/cmを超えると、亜鉛の拡散が不足して腐食電流が高くなるおそれがある。
防食端子材のさらに一つの実施態様は、前記基材の前記第1皮膜が形成されていない部分に、第2皮膜が形成されており、前記第2皮膜は、前記基材の上に前記混在層が形成されるとともに、前記混在層の表面に前記銅錫合金領域と前記錫領域とが露出しており、前記銅錫合金領域の露出面積率が5%以上70%以下である。
第2皮膜の表面が、硬い銅錫合金領域が露出し、その周囲の軟らかい錫領域による潤滑作用も相まって摩擦係数を低減することができる。この場合、銅錫合金領域の露出面積率が5%未満では摩擦係数を低減する効果が小さく、70%を超えると、錫領域の露出面積が少なくなって電気接続特性が低下するおそれがある。
また、本発明の防食端子材は、帯板状のキャリア部と、前記キャリア部の長さ方向に間隔をおいて配置され、前記キャリア部に連結された複数の端子用部材とを有する。
そして、本発明の防食端子は、上記の防食端子材からなる端子であり、本発明の電線端末部構造は、その防食端子がアルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム線材からなる電線の端末に圧着されている。
本発明によれば、亜鉛層が混在層の錫領域と銅錫合金領域との両方に接触しているので、密着性が良く、また、端子としてアルミニウム線材と接触した場合の異種金属接触腐食の発生を抑えることができる。
本発明の防食端子材の実施形態を模式的に示す要部断面図である。 実施形態の防食端子材の平面図である。 実施形態の防食端子材が適用される防食端子の例を示す斜視図である。 図3の防食端子を圧着した電線の端末部を示す正面図である。 実施例11のSIM(走査イオン顕微鏡)像である。 図5の円で囲った部分の拡大TEM(透過型電子顕微鏡)像である。
本発明の実施形態の防食端子材1、防食端子10及びこの防食端子10による電線端末部構造を説明する。
本実施形態の防食端子材1は、図2に全体を示したように、複数の端子10を成形するための帯板状に形成されたストリップ材であり、平行に延びる一対の帯状のキャリア部21の間に、端子10として成形される複数の端子用部材22がキャリア部21の長さ方向に間隔をおいて配置され、各端子用部材22が細幅の連結部23を介して両キャリア部21に連結されている。各端子用部材22は例えば図3に示すような形状に成形され、連結部23から切断されることにより、防食端子10として完成する(図4参照)。
この防食端子10(図3の例ではメス端子)は、先端から、オス端子15(図4参照)が嵌合される接続部11、電線12の露出した心線(アルミニウム線材)12aがかしめられる心線圧着部13、電線12の被覆部12bがかしめられる被覆圧着部14がこの順で並び、一体に形成されている。接続部11は角筒状に形成され、その先端に連続するばね片11aが折り込まれるように内部に挿入されている(図4参照)。
図4は電線12に防食端子10をかしめた端末部構造を示している。この電線端末部構造において、心線圧着部13の付近が電線12の心線12aに直接接触する。
図2に示すストリップ材において、防食端子10に成形されたときに接続部11を形成してオス端子15に接触し接点となる部分を接点予定部25、心線圧着部13付近において心線12aが接触する部分の表面を心線接触予定部26とする。
この場合、接点予定部25は、実施形態のメス端子10に形成されると、角筒状に形成される接続部11の内面、およびその接続部11内に折り込まれているばね片11aとの対向面となる。図2に示すように、接続部11を展開した状態においては、接続部11の両側部の表面、ばね片11aの裏面が接点予定部25である。
防食端子材1は、図1に断面(図2のA-A線に沿う断面に相当する)を模式的に示したように、銅又は銅合金からなる基材2上に皮膜3が形成されている。
皮膜3は、ニッケル又はニッケル合金からなる下地層4、銅錫合金と銅錫合金以外の錫又は錫合金からなる錫とが混在した混在層5が基材2の上にこの順で形成されるとともに、心線接触予定部26の表面には、混在層5の上にさらにニッケル又はニッケル合金からなる接着層6、亜鉛又は亜鉛合金からなる亜鉛層7がこの順に形成され、さらに本実施形態では亜鉛層7の上に錫又は錫合金からなる錫層8が形成されている。この皮膜3のうち、心線接触予定部26の表面に形成されている皮膜を第1皮膜31とし、心線接触予定部26を除く部分(接点予定部25を含む)の表面に形成されている皮膜を第2皮膜32とする。
つまり、第1皮膜31は、前述の下地層4、混在層5、接着層6、亜鉛層7、錫層8が基材2の上にこの順で形成されている。第2皮膜32は、下地層4、混在層5が基材2の上にこの順で形成されている。第1皮膜31は、端子10として成形された後の表面(端子用部材22の表面)の30%以上80%以下の面積率で存在するのが望ましい。以下、これらの詳細を説明する。
基材2は、少なくともその表面が銅又は銅合金からなるものであれば、特に、その組成等が限定されるものではない。銅又は銅合金からなる板材を用いるとよいが、板材の表面に銅又は銅合金からなる銅めっき層等の銅層が施されたものでもよい。この場合、板材としては銅以外の金属材であってもよい。
下地層4は、ニッケル又はニッケル合金からなり、例えば、厚さが0.1μm以上5.0μm以下で、ニッケル含有率は80質量%以上である。この下地層4は、基材2から亜鉛層7や錫層8への銅の拡散を防止する機能があるので、形成した方が好ましい。この下地層4のニッケル含有率は90質量%以上とするのがより好ましい。
混在層5は、基材2の上に、銅めっき層、錫めっき層を順に形成して、リフロー処理することにより得られた層であり、CuSnやCuSn等の銅錫合金からなる銅錫合金領域51と、これら銅錫合金以外の錫又は錫合金からなる錫領域52とが混在し、表面に、銅錫合金領域51及び錫領域52の両方が露出している。混在層5の平均厚さは0.1μm以上3.0μm以下が好ましい。この場合、リフロー処理により錫めっき層の内部歪みが解放されることで、均一な混在層が形成されるため、錫ウィスカーが発生し難くなる。なお、リフロー処理が不足して混在層5の平均厚さが薄くなりすぎると、錫めっき層の内部歪みが解放しきれず、錫ウィスカーが発生し易くなる。一方、混在層5の平均厚さが厚過ぎると、加工時に割れが発生しやすくなる。
また、この銅錫合金領域51は、1at%以上50at%以下のニッケルを含有している。銅錫合金にニッケルが含有すると、亜鉛層7との密着性がより良好となる。ニッケルの含有量が1at%未満では、密着性向上の効果に乏しく、50at%を超えると、銅錫合金が脆弱になるとともに、摩擦低減効果が減少する。また、銅錫合金領域51と錫領域52との界面を急峻な凹凸形状とすることができ、摩擦係数の低減に有利である。
接着層6はニッケル又はニッケル合金からなる。この接着層6は必ずしも必要ではないが、接着層6を形成することにより、混在層5と亜鉛層7との密着性を向上させることができる。特に、腐食環境下における剥離防止効果に優れている。また、基材2からの銅成分拡散を防止するバリアとして機能し、耐熱性向上に寄与する。ただし、混在層5の錫領域52が酸化しやすく、酸化膜を除去しにくいので、この錫領域52上にニッケルを電析させるために、活性化し密着性のよいニッケルめっき層とするのが望ましい。このため、ニッケルストライクめっき浴を用いた電解めっきにより形成するのが望ましい。この接着層6は平均厚さが0.01μm以上1.0μm以下である。接着層6の厚さが0.01μm未満では、亜鉛層7の密着性を向上させる効果に乏しい。この接着層6の厚さの上限は、厚くても特に問題ないが、密着性向上の効果を十分に持つ1.0μmでよい。この接着層6の好ましい厚さは0.05μm以上0.3μm以下である。
また、NiSnからなる金属間化合物61が混在層5の錫領域52に入り込んだ状態に形成されている(図6参照)。この金属間化合物61は鱗片状又は針状、柱状に形成され、接着層6側の界面から錫領域52内に延びている。この金属間化合物61が形成されることにより、錫領域52と接着層6との密着性もより良好になり、腐食環境下において剥離を確実に防止することができる。
亜鉛層7は、亜鉛又は亜鉛合金からなり、厚さが0.1μm以上5.0μm以下で、単位面積当たりの亜鉛付着量が0.07mg/cm以上2.0mg/cm以下である。亜鉛付着量が0.07mg/cm未満では、亜鉛の量が不十分で腐食電流値が高くなる傾向にあり、2.0mg/cmを超えると、亜鉛の量が多過ぎて接触抵抗が高くなる傾向にある。
この亜鉛層7の厚さが0.1μm未満では第1皮膜31の表面(錫層8)の腐食電位を卑化する効果が乏しく、5.0μmを超えるとプレス加工性が低下するため、端子10へのプレス加工時に割れが発生するおそれがある。亜鉛層7の厚さは、0.3μm以上2.0μm以下がより好ましい。
この亜鉛層7は混在層5の上に形成されるので、混在層5の銅錫合金領域51と錫領域52との両方に接触する。厚さ方向の断面において、銅錫合金領域51に接する長さをR1(μm)、錫領域52に接する長さをR2(μm)とすると、R1/R2が0.05以上2.5以下である。R1/R2が0.05未満では、銅錫合金領域51に接する長さが少な過ぎて密着性が損なわれ、R1/R2が2.5を超えると、曲げ加工時に割れが発生して密着性がかえって損なわれる。
なお、亜鉛層7と混在層5との間に介在される接着層6は極めて薄肉であるので、亜鉛層7と混在層5とがほぼ直接接触しているとみなしてよい。
また、亜鉛層7には、亜鉛の他に、添加元素として、ニッケル、鉄、マンガン、モリブデン、コバルト、カドミウム、鉛、錫のいずれかを1種以上含んでもよい。亜鉛層7にこれら添加元素を含有させて亜鉛合金とすることにより、亜鉛層7自体の耐食性を向上させることができる。ニッケル亜鉛合金は、亜鉛層の耐食性を向上させる効果が高く、特に好ましい。亜鉛層の上に錫層が形成される場合、錫層への過剰な亜鉛拡散を防ぐことができる。そして、腐食環境に晒され錫層が消失した際も、長く亜鉛層を保ち続け腐食電流の増大を防ぐことができる。
この添加元素を含有する場合、添加元素の付着量は、0.01mg/cm以上0.3mg/cm以下がよい。添加元素の付着量が0.01mg/cm未満では亜鉛の拡散を抑制する効果に乏しく、0.3mg/cmを超えると、亜鉛の拡散が不足して腐食電流が高くなるおそれがある。
錫層8は、錫又は錫合金からなり、亜鉛層7の表面を覆って亜鉛層7の腐食を防ぎ、防食性能を高めることができる。また、錫層8に亜鉛層7から亜鉛が拡散する。このため、錫層8の腐食電位がアルミニウムに近くなり、アルミニウム線材と接触した場合の異種金属接触腐食の発生を有効に抑えることができる。しかも、第1皮膜31は錫層8の下地に亜鉛層7を有しており、万一、摩耗等により錫層8の全部又は一部が消失した場合でも、その下の亜鉛層7により異種金属接触腐食の発生を抑えることができ、電気抵抗値の上昇やアルミニウム線材への圧着力の低下を抑制できる。
この錫層8を設ける場合、その厚さは、0.3μm以上8.0μm以下が好ましい。この錫層8の厚さが0.3μm未満では、防食性能を高める効果に乏しく、錫層8の厚さが8.0μmを超えると、厚過ぎることから、亜鉛層7から亜鉛が拡散しにくくなる。
なお、この亜鉛の拡散が生じるので、亜鉛層7と錫層8との全体で単位面積当たりの亜鉛の付着量は0.07mg/cm以上2.0mg/cm以下である。
一方、第2皮膜32は、第1皮膜31における下地層4及び混在層5と同じ組成、膜厚の下地層4及び混在層5により形成されており、また、最表面で混在層5の銅錫合金領域51と錫領域52との両方が露出している。銅錫合金領域51の露出面積率は5%以上70%以下である。第2皮膜32は接点予定部25であり、その表面に硬い銅錫合金領域51が露出し、その周囲の軟らかい錫領域52による潤滑作用も相まって摩擦係数を小さくすることができる。この場合、銅錫合金領域51の露出面積率が5%未満では摩擦係数を小さくする効果が小さく、70%を超えると、電気接続特性が低下するおそれがある。
以上の層構成を有する皮膜3において、第1皮膜31は、前述したように、接点予定部25を除く部分の表面に存在している。異種金属接触腐食では離れた部位からも腐食電流が回りこんでくるため、亜鉛層8が存在している部位の比率は高い方が望ましく、端子10として成形されたときの表面全体の30%以上80%以下の面積率で、亜鉛層8が存在するのが望ましい。
次に、この防食端子材1の製造方法について説明する。
基材2として、銅又は銅合金からなる板材を用意する。前述したように、銅以外の金属板に銅又は銅合金からなる銅層を形成したものを用いてもよい。この板材に裁断、穴明け等の加工を施すことにより、図2に示すような、キャリア部21に複数の端子用部材22を連結部23を介して連結されてなるストリップ材に成形する。
<下地用ニッケルめっき層形成工程>
ストリップ材に脱脂、酸洗等の処理をすることによって表面を清浄にした後、その全面にニッケル又はニッケル合金からなるニッケルめっきを施して、基材2の上に下地層4となるニッケルめっき層を形成する。
このニッケルめっきは緻密なニッケル主体の膜が得られるものであれば特に限定されず、公知のワット浴やスルファミン酸浴、クエン酸浴などを用いて電気めっきにより形成することができる。防食端子10へのプレス曲げ性と銅に対するバリア性を勘案すると、スルファミン酸浴から得られる純ニッケルめっきが望ましい。
<混在層形成工程>
ニッケルめっき層形成後、銅又は銅合金からなる銅めっき、錫又は錫合金からなる錫めっきを順に施すことにより、ニッケルめっき層の上に銅めっき層、錫めっき層を形成した後、熱処理(リフロー処理)することにより、ニッケル又はニッケル合金からなる下地層4の上に混在層5を形成する。
この場合の銅めっきは、一般的な銅めっき浴を用いればよく、例えば硫酸銅(CuSO)及び硫酸(HSO)を主成分とした硫酸銅浴等を用いることができる。
錫めっきは、一般的な錫めっき浴を用いればよく、例えば硫酸(HSO)と硫酸第一錫(SnSO)を主成分とした硫酸浴を用いることができる。
熱処理(リフロー処理)としては、基材2の表面温度が240℃以上360℃以下になるまで昇温後、当該温度に1秒以上12秒以下の時間保持した後、急冷することにより行われる。
この熱処理(リフロー処理)を施すことにより、下地層4の上に銅錫合金と錫とが混在した混在層5が形成される。この場合、銅めっき層の厚さを最適値に制御することにより、錫めっき層と銅めっき層およびニッケルめっき層を相互拡散させて、ニッケルを含む銅錫合金を成長させることができる。銅錫合金領域51の露出率はリフロー時の熱処理条件と各めっき層の厚さを調整することにより変量することができる。
なお、銅めっき層を形成しないで、ニッケルめっき層の上に錫めっき層を形成して、熱処理してもよい。この際、銅錫合金領域51を形成するためにニッケルめっき層を薄く成膜して熱処理の際に基材2から銅が供給されるようにする。
<接着用ニッケルめっき層形成工程>
混在層5までを形成した基材2の表面の接点予定部25をマスキングした後、接着層6を形成する場合には、その状態でニッケルめっき層を形成する。このニッケルめっき層はニッケル又はニッケル合金からなり、電解めっきや無電解めっきにより形成することができる。また、塩化ニッケルおよび塩酸からなる公知のニッケルストライク浴を用いることが好ましいが、その他のクエン酸浴やスルファミン酸浴といった浴からも成膜することができる。ニッケル合金からなる接着層5とする場合は、市販されているニッケル錫合金めっき浴や、亜リン酸と硫酸ニッケルからなるニッケルリン合金めっき浴から成膜することができる。
このニッケルめっき層形成の前処理として、混在層5を形成した基材2をpH=10以上のアルカリ性の水溶液に浸漬すると銅錫合金と錫が混在した混在層5に対して密着性のよいニッケルめっき層を形成することができる。アルカリ性水溶液はクエン酸などの錫と銅の両方を錯化できる錯化剤を含むとより良い密着性となる。
この場合、前述したNiSnからなる金属間化合物61は、ニッケルめっき層と混在層5中の錫とを相互拡散させることにより形成できる。硫酸による酸洗などの銅合金に用いられる前処理を使用すると錫の酸化膜が残存してNiSnの成長を阻害することがある。これを防ぎ、NiSnを成長させるためには、30g/Lの水酸化ナトリウム中で5秒以上、十分に脱脂した混在層5付きの基材2を浸漬し、その後直ちにニッケルストライクめっきを実施する必要がある。後述の亜鉛めっき層、錫めっき層を含めて全てのめっき成膜後に30℃~120℃の条件で熱処理を実施することにより、接着層6が形成され、接着層6からNiSnからなる金属間化合物61が混在層5の錫領域52中に成長する。高温の熱処理ではNiSnからなる金属間化合物は成長しないため、高温に曝すことを避け、低温の熱処理とするか、または、室温の場合は1週間以上保持する必要がある。
<亜鉛めっき層形成工程>
亜鉛層7を形成するための亜鉛めっきは、公知の硫酸浴やジンケート浴を用いた電解亜鉛めっき浴から電析することができる。接着層6を形成しない場合は、強酸性の硫酸浴を用いることで比較的密着性のよい皮膜が得られる。亜鉛合金めっき処理としては、硫酸塩浴、塩化物浴、アルカリ浴を用いたニッケル亜鉛合金めっき処理、硫酸塩浴を用いた亜鉛コバルト合金めっき処理、クエン酸含有硫酸塩浴を用いた亜鉛マンガン合金めっき処理、硫酸塩浴を用いた亜鉛モリブデンめっき処理を利用できる。また、めっき法ではなく、蒸着法を用いることも可能である。錫層8を積層する場合、亜鉛めっき層を亜鉛合金とすると、置換反応により亜鉛層7の欠損を防ぐことができる。
この亜鉛めっき層と後述の錫めっき層との相互拡散を常温(25℃)で進行させるためには、亜鉛めっき層の表面を清浄な状態にしてから錫めっき層を積層することが肝要である。亜鉛めっき層の表面には水酸化物や酸化物が速やかに形成されるため、めっき処理により連続成膜する場合には、水酸化物や酸化物を除くために、水酸化ナトリウム水溶液や塩化アンモニウム水溶液で洗浄してから直ちに錫めっき層を成膜するとよい。なお、蒸着等の乾式法で錫めっき層を成膜する際には、亜鉛めっき層表面をアルゴンスパッタ処理によりエッチングしてから錫めっき層を成膜するとよい。
<錫めっき層形成工程>
錫層8を形成するための錫めっき層は、例えば有機酸浴(例えばフェノールスルホン酸浴、アルカンスルホン酸浴又はアルカノールスルホン酸浴)、酸性浴(硼フッ酸浴、ハロゲン浴、硫酸浴、ピロリン酸浴等)、或いはアルカリ浴(カリウム浴やナトリウム浴等)等を用いた電気めっき処理を採用できる。高速成膜性と皮膜の緻密さおよび亜鉛の拡散しやすさを勘案すると、酸性の有機酸浴や硫酸浴を用い、添加剤として非イオン性界面活性剤を浴に添加するとよい。
<熱処理工程>
亜鉛めっき層及び錫めっき層を順に形成した素材に熱処理を施す。
この熱処理は、素材の表面温度が30℃以上190℃以下となる温度で加熱する。この熱処理により、接点予定部25以外の部分では、亜鉛めっき層中の亜鉛が錫めっき層内および錫めっき層上に拡散する。亜鉛の拡散は速やかに起こるため、30℃以上の温度に24時間以上晒すとよい。ただし、亜鉛合金は溶融錫をはじき、錫層5に錫はじき箇所を形成するため、190℃を超える温度には加熱しない。また、160℃を超えて長時間晒すと逆に錫が亜鉛層4側に拡散し、錫層5への亜鉛の拡散を阻害するおそれがある。このため、より好ましい条件としては、加熱温度が30℃以上160℃以下、保温時間が30分以上60分以下である。
このようにして製造された防食端子材1は、全体としては基材2の上にニッケル又はニッケル合金からなる下地層3、その上に銅錫合金領域51と錫領域52とからなる混在層5が形成され、マスクにより覆っておいた接点予定部25においては、その混在層5の銅錫合金領域51及び錫領域52が表面に露出しており、接点予定部25以外の部分では、混在層5の上に接着層6、亜鉛層7、錫層8が順に形成されている。
そして、プレス加工等によりストリップ材のまま図3に示す端子の形状に加工され、連結部23が切断されることにより、防食端子10に形成される。
図4は電線12に防食端子10をかしめた端末部構造を示しており、心線かしめ部13付近が電線12の心線12aに直接接触する。
この防食端子10は、心線接触予定部26においては、錫層8中に、錫よりもアルミニウムと腐食電位が近い亜鉛を含有していることから、この心線接触予定部26における錫層8の腐食電位がアルミニウムに近くなっている。このため、アルミニウム製の心線(アルミニウム線材)12aの腐食を防止する効果が高く、心線接触予定部26が心線12aに圧着された状態であっても、異種金属接触腐食の発生を有効に防止することができる。この場合、図2のストリップ材の状態でめっき処理し、熱処理したことから、防食端子10の端面も連結部23で連結されていたわずかな部分を除き基材2が露出していないので、優れた防食効果を発揮することができる。
しかも、錫層8の下に亜鉛層7が形成されているので、万一、摩耗等により錫層8の全部又は一部が消失した場合でも、その下の亜鉛層7はアルミニウムと腐食電位が近いので、異種金属接触腐食の発生を確実に抑えることができる。
このような防食性の高い第1皮膜31において、混在層5の上に設けられる亜鉛層7は、混在層5の錫領域52だけでなく、亜鉛層7との密着性が高い銅錫合金領域51にも接触して密着性が高められ、剥離を防止することができる。しかも、混在層5と亜鉛層7との間に接着層6が介在しているので、これらの密着性をより高めることができ、NiSnからなる金属間化合物が錫領域52に入り込んだ状態に形成されていることから、接着層6と混在層5との密着性も良好になる。
一方、接点予定部25の第2皮膜32においては、銅錫合金領域51と錫領域52とからなる混在層5が表面に配置されているので、硬い銅錫合金領域51が露出し、その周囲の軟らかい錫領域52による潤滑作用も相まって摩擦係数を小さくすることができ、また、リフロー処理した錫領域52を有しているので接触抵抗も小さく、コネクタの接点として優れた性能を発揮する。
なお、錫層8の上に薄く金属亜鉛層が形成されていてもよく、アルミニウム製の心線12aとの接触による腐食の発生をより確実に抑えることができる。この表面金属亜鉛層は、前述した熱処理によって、亜鉛合金めっき層中の亜鉛が錫めっき層を経由して表面に拡散することにより錫層8の表面に形成される層であり、錫層8の下に設けられた亜鉛層7とは異なる。
基材としてC1020の銅板を用い、この銅板を図2に示すストリップ材に打抜いて、脱脂、酸洗することにより基材とし、その上に錫めっきを施してリフロー処理し、その後、接点予定部をマスキングして、亜鉛めっきを施し、実施例1~4を作製した。また、この試料1~4に対して、亜鉛めっきの前にニッケルストライクめっきによる接着層を形成したものも作製し、実施例5とした。また、基材の上にニッケルめっき、銅めっき、錫めっきを順に施して、リフロー処理した後、接点予定部を除き、ニッケルストライクめっき、亜鉛めっきを施して、実施例6~9を作製した。実施例6については、ニッケルストライクめっきを錫ニッケル合金めっきとした。さらに、基材の上にニッケルめっき、銅めっき、錫めっきを順に施して、リフロー処理した後、接点予定部を除き、ニッケルストライクめっき、亜鉛めっき、錫めっきを順に施して、30℃~190℃の温度で1時間以上36時間以下の範囲内で熱処理することにより、実施例10~17を作製した。このうち、実施例11のニッケルストライクめっきはニッケルリン合金めっきとした。また、亜鉛めっきについては、実施例11~17では、表1に示す元素を添加した。
比較例として、基材に銅めっき、錫めっきを順に施してリフロー処理し、銅錫合金領域が表面に露出していないもの(比較例18)、リフロー処理を長時間実施し表面がほとんど銅錫合金領域で覆われており、わずかしか錫領域が存在しないもの(比較例19)も作製した。
主なめっきの条件は以下のとおりである。
<ニッケルめっき条件>
・めっき浴組成
スルファミン酸ニッケル:300g/L
塩化ニッケル:5g/L
ホウ酸:30g/L
・浴温:45℃
・電流密度:5A/dm
<亜鉛めっき条件>
・めっき浴組成
硫酸亜鉛七水和物:250g/L
硫酸ナトリウム:150g/L
・pH=1.2
・浴温:45℃
・電流密度:5A/dm
<亜鉛ニッケル合金めっき条件>
・めっき浴組成
硫酸亜鉛七水和物:75g/L
硫酸ニッケル六水和物:180g/L
硫酸ナトリウム:140g/L
・pH=2.0
・浴温:45℃
・電流密度:5A/dm
<亜鉛マンガン合金めっき条件>
・めっき浴組成
硫酸マンガン一水和物:110g/L
硫酸亜鉛七水和物:50g/L
クエン酸三ナトリウム:250g/L
・pH=5.3
・浴温:30℃
・電流密度:5A/dm
<亜鉛モリブデン合金めっき条件>
・めっき浴組成
七モリブデン酸六アンモニウム(VI):1g/L
硫酸亜鉛七水和物:250g/L
クエン酸三ナトリウム:250g/L
・pH=5.3
・浴温:30℃
・電流密度:5A/dm
<錫めっき条件>
・めっき浴組成
メタンスルホン酸錫:200g/L
メタンスルホン酸:100g/L
光沢剤
・浴温:25℃
・電流密度:5A/dm
得られた各試料について、亜鉛層が混在層の銅錫合金領域に接する長さR1(μm)と錫領域に接触する長さR2(μm)との比率(R1/R2)、接着層の有無と接着層を有する場合その組成及び厚さ、混在層の錫領域中へ入り込んでいるNiSnの有無、混在層の銅錫合金領域中のニッケル含有率、錫層の有無と錫層を有する場合その厚さ、亜鉛層中の添加元素及びその付着量、接点予定部における混在層中の銅錫合金領域の露出率を測定した。
<R1/R2>
R1およびR2の測定は、セイコーインスツル株式会社製の集束イオンビーム装置:FIB(型番:SMI3050TB)で断面加工した試料を走査イオン顕微鏡で観察し、視野15μm四方の断面から各層と接する長さを測定した。2視野を観察しその平均値とした。なお、亜鉛層と混在層との間に接着層を有する場合であっても、接着層を亜鉛層の一部とみなしてR1およびR2の測定を行った。
<接着層、亜鉛層、錫層の厚さ>
接着層、亜鉛層、錫層の厚さは、セイコーインスツル株式会社製の集束イオンビーム装置:FIB(型番:SMI3050TB)で断面加工した試料を走査イオン顕微鏡で観察し、視野15μm四方の断面から測定した。2視野観察しその平均値とした。
<NiSnの有無、接着層、銅錫合金領域中のニッケル含有率>
NiSn化合物の有無およびその同定、接着層、混在層の銅錫合金領域中のニッケル含有率はは、セイコーインスツル株式会社製の集束イオンビーム装置:FIB(型番:SMI3050TB)を用いて、試料を100nm以下に薄化した断面の試料を作製し、この試料をFEI社製の走査透過型電子顕微鏡:STEM(型番:Titan G2 ChemiSTEM)を用いて、加速電圧200kVで断面観察し、STEMに付属するエネルギー分散型X線分析装置:EDSを用いて測定した。
<亜鉛層中の亜鉛、各添加元素の付着量>
亜鉛層中の亜鉛付着量、添加金属元素の付着量は、試料の当該層が成膜されている部位を所定面積分切り出して、レイボルド社製のストリッパーL80にて亜鉛層を錫層ごと溶解し、溶解液中に含まれている亜鉛および添加元素の濃度を高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置で分析して算出した。表1において各添加金属元素の横に単位面積当たりの付着量(mg/cm)を記載した。
これらの結果を表1に示す。表1中、熱処理条件における空欄は熱処理を行わなかったことを示す。
Figure 0007211075000001
得られた実施例1~17、比較例18,19について、クロスカット試験により密着性を評価し、密着曲げ試験により曲げ加工性を評価した。また、端子に成形してアルミニウム線材をかしめた状態での腐食環境放置試験、接点予定部についての摩擦試験を実施した。
<密着性>
防食皮膜が形成されている心線接触予定部について、JIS K 5600-5-6のクロスカット法にて評価した。カット間隔は1mmとした。カットの縁がなめらかでどの格子にも剥がれがなかったものを「A」とし、カットの交差部において小さな剥がれ(全体の5%以下)が認められたものを「B」、皮膜がカットの縁に沿って又は交差点において、あるいはその両方で剥がれたものについて、剥がれ部が全体の5%を超えるが35%以下であるものを「C」、剥がれ部が35%を超えるものを「D」とした。
<曲げ試験>
防食皮膜が形成されている心線接触予定部について、JCBA(日本伸銅協会技術標準)T307の試験方法(項目4)に準拠した曲げ試験により、曲げ加工性を評価した。すなわち、圧延方向に対して曲げの軸が直交方向になるように特性評価用条材から幅10mm×長さ30mmの試験片を複数採取し、この試験片を曲げ角度が90度、曲げ半径が0.5mmのW型の治具を用い、9.8×103Nの荷重でW曲げ試験を行った。
その後、実体顕微鏡にて曲げ加工部を観察し、曲げ加工性を評価した。曲げ試験後の曲げ加工部に明確なクラックが認められないレベルを「A」と評価し、めっき面に部分的に微細なクラックが発生しているが銅合金母材(基材2)の露出は認められないレベルを「B」と評価し、銅合金母材の露出はないが「B」と評価したレベルより大きいクラックが発生しているレベルを「C」と評価し、発生したクラックにより銅合金母材(基材2)が露出しているレベルを「D」と評価した。
<腐食環境放置試験>
090型(自動車業界で慣用されている端子の規格による呼称)のメス端子に成形して純アルミニウム線材をかしめ、各端子について、23℃の5%塩化ナトリウム水溶液(塩水)に24時間浸漬後、85℃、85%RHの高温高湿環境下に24時間放置し、その後、アルミニウム線と端子間の接触抵抗を四端子法により測定した。電流値は10mAとした。
<接点予定部の摩擦試験>
嵌合型のコネクタのオス端子とメス端子の接点部を模擬するように、各試料について内径1.5 mmの半球状としたメス試験片を作成し、板状の同種の試料をオス試験片としてアイコーエンジニアリング株式会社製の摩擦測定機(横型荷重試験機 型式M-2152ENR)を用い、所定の荷重をかけた状態で摺動することにより、両試験片間の摩擦力を測定して動摩擦係数を求めた。
これらの結果を表2に示す。
Figure 0007211075000002
表2の結果から、混在層における銅錫合金領域と錫領域との比率(R1/R2)が0.05以上2.5以下の実施例1~17は、比較例18,19より密着性、曲げ加工性が良好であることがわかる。その中でも接着層を設けた実施例5~17は密着性に優れており、さらに、NiSn化合物が認められた実施例7~17は特に密着性が良好である。実施例9~17は密着性が良好である上に、曲げ加工においてもめっき皮膜の割れや剥がれが認められず、密着性、曲げ加工性の両方で優れた結果となっている。
耐食性については、実施例1~17は、比較例18,19よりも優れており、特に亜鉛層の上に錫層を有する実施例10~17は、腐食環境試験において低い接触抵抗を有しており、アルミニウム線と端子の間に生じるガルバニック腐食からアルミニウム線をほほ保護する効果が特に高いことがわかる。
接点予定部については、銅錫合金領域の露出率が過少あるいは過大な実施例1、2と比較例18及び19とは摩擦係数が0.4以上と比較的高かったが、実施例3~17については低い摩擦係数であり、銅錫合金領域の露出率は5%以上70%以下が適正であるとわかった。
図5は、実施例11の第1皮膜形成部分の断面SIM写真であり、基材の上に下地層、銅錫合金領域と錫領域とが混在した混在層、接着層、亜鉛層、錫層が順に形成されている。図6は、図5の円で囲った部分の拡大像であるが、接着層との界面からNiSnが錫領域に柱状に延びているのが認められる。
これに対して、比較例18は、銅錫合金領域を有する混在層が存在せず、錫層の上に亜鉛層が形成されたため、密着性、曲げ加工性に劣る結果となった。また、接点予定部の摩擦係数も高かった。比較例19は、混在層中に存在する錫層が少なく曲げ加工性が著しく悪く、腐食試験においても非常に激しいアルミニウム線の腐食が発生した。さらに摩擦係数も実施例3~17と比較すると高い値であった。
1 防食端子材
2 基材
3 皮膜
31 第1皮膜
32 第2皮膜
4 下地層
5 混在層
51 銅錫合金領域
52 錫領域
6 接着層
61 金属間化合物(NiSn
7 亜鉛層
8 錫層
10 防食端子
11 接続部
11a ばね片
12 電線
12a 心線(アルミニウム線材)
12b 被覆部
13 心線圧着部
14 被覆圧着部
25 接点予定部
26 心線接触予定部

Claims (10)

  1. 少なくとも表面が銅又は銅合金からなる基材の少なくとも一部に第1皮膜が形成されており、前記第1皮膜は、銅錫合金からなる銅錫合金領域と銅錫合金以外の錫又は錫合金からなる錫領域とが混在する混在層の上に、亜鉛又は亜鉛合金からなる亜鉛層が形成され、前記亜鉛層は、前記混在層の前記銅錫合金領域及び前記錫領域の両方に接しており、厚さ方向に沿う断面において、前記銅錫合金領域に接する長さをR1(μm)、前記錫領域に接する長さをR2(μm)とすると、R1/R2が0.05以上2.5以下であり、
    前記第1皮膜は、前記亜鉛層の上に錫又は錫合金からなる錫層が形成されていることを特徴とする防食端子材。
  2. 少なくとも表面が銅又は銅合金からなる基材の少なくとも一部に第1皮膜が形成されており、前記第1皮膜は、銅錫合金からなる銅錫合金領域と銅錫合金以外の錫又は錫合金からなる錫領域とが混在する混在層の上に、亜鉛又は亜鉛合金からなる亜鉛層が形成されるとともに、前記混在層と前記亜鉛層との間にニッケル又はニッケル合金からなる接着層が形成されており、前記接着層は、前記混在層の前記銅錫合金領域及び前記錫領域の両方に接しており、厚さ方向に沿う断面において、前記銅錫合金領域に接する長さをR1(μm)、前記錫領域に接する長さをR2(μm)とすると、R1/R2が0.05以上2.5以下であり、
    前記第1皮膜は、前記亜鉛層の上に錫又は錫合金からなる錫層が形成されていることを特徴とする防食端子材。
  3. 前記錫領域に入り込んだ状態でNiSnからなる金属間化合物が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の防食端子材。
  4. 前記銅錫合金領域は、1at%以上50at%以下のニッケルを含有していることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の防食端子材。
  5. 前記亜鉛層は、単位面積当たりの亜鉛の付着量が0.07mg/cm以上2.0mg/cm以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の防食端子材。
  6. 前記亜鉛層は、添加元素として、ニッケル、鉄、マンガン、モリブデン、コバルト、カドミウム、鉛のいずれか1種以上を含み、単位面積当たりの前記添加元素の付着量は、0.01mg/cm以上0.3mg/cm以下であることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の防食端子材。
  7. 前記基材の前記第1皮膜が形成されていない部分に、第2皮膜が形成されており、前記第2皮膜は、前記基材の上に前記混在層が形成されるとともに、前記混在層の表面に前記銅錫合金領域と前記錫領域とが露出しており、前記銅錫合金領域の露出面積率が5%以上70%以下であることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の防食端子材。
  8. 帯板状のキャリア部と、前記キャリア部の長さ方向に間隔をおいて配置され、前記キャリア部に連結された複数の端子用部材とを有することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の防食端子材。
  9. 請求項1からのいずれか一項に記載の防食端子材からなることを特徴とする端子。
  10. 請求項9に記載の防食端子がアルミニウム又はアルミニウム合金のアルミニウム線材からなる電線の端末に圧着されていることを特徴とする電線端末部構造。
JP2018244741A 2018-12-27 2018-12-27 防食端子材及び端子並びに電線端末部構造 Active JP7211075B2 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018244741A JP7211075B2 (ja) 2018-12-27 2018-12-27 防食端子材及び端子並びに電線端末部構造
TW108148090A TW202100810A (zh) 2018-12-27 2019-12-27 防蝕端子材及端子以及電線終端部構造
PCT/JP2019/051404 WO2020138414A1 (ja) 2018-12-27 2019-12-27 防食端子材及び端子並びに電線端末部構造
US17/416,542 US20220085526A1 (en) 2018-12-27 2019-12-27 Anti-corrosion terminal material, terminal, and electrical wire end section structure
CN201980079051.9A CN113166964A (zh) 2018-12-27 2019-12-27 防腐蚀端子材及端子和电线末端部结构
EP19901658.5A EP3904564A4 (en) 2018-12-27 2019-12-27 CORROSION-RESISTANT TERMINAL MATERIAL, TERMINAL, AND ELECTRICAL WIRE END SECTION STRUCTURE
KR1020217016238A KR20210106991A (ko) 2018-12-27 2019-12-27 방식 단자재 및 단자 그리고 전선 단말부 구조

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018244741A JP7211075B2 (ja) 2018-12-27 2018-12-27 防食端子材及び端子並びに電線端末部構造

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020105574A JP2020105574A (ja) 2020-07-09
JP7211075B2 true JP7211075B2 (ja) 2023-01-24

Family

ID=71127881

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018244741A Active JP7211075B2 (ja) 2018-12-27 2018-12-27 防食端子材及び端子並びに電線端末部構造

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220085526A1 (ja)
EP (1) EP3904564A4 (ja)
JP (1) JP7211075B2 (ja)
KR (1) KR20210106991A (ja)
CN (1) CN113166964A (ja)
TW (1) TW202100810A (ja)
WO (1) WO2020138414A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023061782A (ja) * 2021-10-20 2023-05-02 Jx金属株式会社 めっき材及び電子部品
WO2023182259A1 (ja) * 2022-03-22 2023-09-28 株式会社オートネットワーク技術研究所 端子材料および電気接続端子

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004068026A (ja) 2001-07-31 2004-03-04 Kobe Steel Ltd 接続部品用導電材料及びその製造方法
JP2006183068A (ja) 2004-12-27 2006-07-13 Kobe Steel Ltd 接続部品用導電材料及びその製造方法
JP2018090875A (ja) 2016-12-06 2018-06-14 Dowaメタルテック株式会社 Snめっき材およびその製造方法
JP2018159125A (ja) 2017-03-22 2018-10-11 Dowaメタルテック株式会社 Snめっき材およびその製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4402132B2 (ja) * 2007-05-18 2010-01-20 日鉱金属株式会社 リフローSnめっき材及びそれを用いた電子部品
CN101978562B (zh) * 2008-03-19 2013-04-03 古河电气工业株式会社 连接器用金属材料及其制造方法
JP2013218866A (ja) 2012-04-09 2013-10-24 Auto Network Gijutsu Kenkyusho:Kk 端子付き電線及びその製造方法
JP2015110829A (ja) * 2013-10-30 2015-06-18 三菱マテリアル株式会社 錫めっき銅合金端子材
JP2015133306A (ja) 2014-01-16 2015-07-23 株式会社オートネットワーク技術研究所 コネクタ用電気接点材料及びその製造方法
US11214692B2 (en) * 2017-12-04 2022-01-04 Hamilton Sundstrand Corporation Increasing anti-corrosion through nanocomposite materials
JP7333010B2 (ja) * 2019-06-27 2023-08-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 電気接点材料、端子金具、コネクタ、ワイヤーハーネス、及び電気接点材料の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004068026A (ja) 2001-07-31 2004-03-04 Kobe Steel Ltd 接続部品用導電材料及びその製造方法
JP2006183068A (ja) 2004-12-27 2006-07-13 Kobe Steel Ltd 接続部品用導電材料及びその製造方法
JP2018090875A (ja) 2016-12-06 2018-06-14 Dowaメタルテック株式会社 Snめっき材およびその製造方法
JP2018159125A (ja) 2017-03-22 2018-10-11 Dowaメタルテック株式会社 Snめっき材およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113166964A (zh) 2021-07-23
TW202100810A (zh) 2021-01-01
US20220085526A1 (en) 2022-03-17
KR20210106991A (ko) 2021-08-31
EP3904564A1 (en) 2021-11-03
WO2020138414A1 (ja) 2020-07-02
JP2020105574A (ja) 2020-07-09
EP3904564A4 (en) 2022-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6304447B2 (ja) 錫めっき付銅端子材及び端子並びに電線端末部構造
KR102355341B1 (ko) 주석 도금 형성 구리 단자재 및 단자 그리고 전선 단말부 구조
JP6812852B2 (ja) 防食端子材及び防食端子並びに電線端末部構造
CN110214203B (zh) 连接器用端子材及端子以及电线末端部结构
JP7167932B2 (ja) 防食端子材及び防食端子並びに電線端末部構造
JP7211075B2 (ja) 防食端子材及び端子並びに電線端末部構造
TWI761560B (zh) 附錫鍍敷銅端子材及端子以及電線終端部構造
TWI765040B (zh) 鍍錫銅端子材、端子及電線終端部構造
JP6930327B2 (ja) 防食端子材とその製造方法、及び防食端子並びに電線端末部構造
JP6946884B2 (ja) 防食端子材とその製造方法、及び防食端子並びに電線端末部構造
JP6743556B2 (ja) 錫めっき付銅端子材の製造方法
JP2020056090A (ja) 防食端子材とその製造方法、及び防食端子並びに電線端末部構造
JP7380448B2 (ja) アルミニウム心線用防食端子材とその製造方法、及び防食端子並びに電線端末部構造

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210930

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220531

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220722

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220905

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20221213

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20221226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7211075

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150