TW202146671A

TW202146671A - 用於充電端子的銀合金包層結構

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Publication number: TW202146671A
Application number: TW110103215A
Authority: TW
Inventors: 約瑟夫·Ｇ凱撒; 亞力山卓·Ｊ柳韋雷斯
Original assignee: 美商萬騰榮公司
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2021-12-16
Also published as: KR20220133242A; MX2022009277A; EP4097265A1; WO2021154771A1; US20230187866A1; CN115038804A; JP2023513011A

Abstract

用於形成用於高功率應用的充電端子的層狀結構。在一些實施方式中，層狀結構可以包括襯底和設置在襯底的至少一部分上的接觸層。襯底可以具有大於40%國際退火銅標準（IACS）的電導率。接觸層可以展示出小於1.4，例如0.1至1.4的摩擦係數，如根據美國材料與試驗學會（ASTM）G99-17測量的。接觸層可以包括貴金屬基合金，例如銀釤合金。

Description

用於充電端子的銀合金包層結構

[相關申請的交叉引用]

本申請要求2020年1月28日提交的申請號為62/966，821的美國臨時申請的優先權，其全部內容通過引用併入本文。

本公開涉及具有低摩擦係數、低電阻和高耐磨性（wear/abrasion resistance）的材料和結構。特別地，本公開涉及用作用於高功率應用的充電端子的結構，其展示出增強的性能特徵。

通過電池供電的產品需要充電。有效的充電，尤其是對於高功率產品，需要持續增加的電流/電壓負載，這轉而又需要提高導電性並最小化充電端子的電阻損耗。更高的充電速率和從而導致的更短的充電時間可以將電流電平從傳統的10 A增加至30 A，最高至500 A，甚至在將來的快速充電系統中達到1000 A。

通常，典型的電端子包括導電基底和接觸層。導電基底提供電傳輸，而當電從充電端子的插頭端傳輸並在充電的插座端被接收時，接觸層（例如，銀金屬）會降低表面接觸電阻。然而，這些塗覆的端子經常遭受關於摩擦係數、耐久性和/或插入力的問題。在一些應用中，例如，電動汽車終端，市場要求將充電迴圈延長到成千上萬次插入/拔出迴圈。當將充電端子的插頭端插入插座端時，加上可接受的插入力的物理限制，這帶來了獨特的挑戰。隨著充電端子的表面隨時間磨損，這進一步複雜化，這降低了充電端子的電接觸性質。

已經發現，使用常規方法生產的常規充電端子材料，例如具有電鍍（純）銀接觸層的銅基底，無法生產出滿足這些日益增長的要求的充電端子接觸。

即使考慮到已知的產品，仍然需要有效的結構，例如展示出改善的導電性和低電阻、同時顯示出改善的摩擦係數、耐久性和/或插入力的充電端子。

在一些實施方式中，本公開涉及一種層狀結構，該層狀結構包括：基底，該基底的電導率大於40%國際退火銅標準（International Annealed Copper Standard，IACS）（或大於3.4801×10⁷ S/m），例如大於60%；和接觸層，該接觸層設置在基底的至少一部分上。該接觸層展示出小於1.4的摩擦係數。摩擦係數是根據美國材料與試驗學會（American Society for Testing and Materials，ASTM）G99-17進行測量的。在一些實施方式中，接觸層包含稀土金屬。在一些實施方式中，接觸層包含釤。在一些實施方式中，接觸層包含貴金屬基合金。在一些實施方式中，接觸層包含銀合金。在一些實施方式中，接觸層包含釤銀合金。在一些實施方式中，接觸層包含氧化釤。在一些實施方式中，接觸層包含小於0.1 wt%的氧化釤。在一些實施方式中，接觸層包含小於0.2 vol%的氧化釤。在一些實施方式中，接觸層包括氧化釤，氧化釤分佈在接觸層的從接觸層的表面測量的0.001 μm至50 μm的整個深度上。在一些實施方式中，接觸層包括銅、鎳、或鋅、或其組合。在一些實施方式中，接觸層包含：0.001 wt%至10 wt%的釤；和/或50 wt%至99.9 wt%的銀。在一些實施方式中，接觸層包含：0.001 wt%至10 wt%的釤；和/或其餘為銀。在一些實施方式中，接觸層包含：50 wt%至99.9 wt%的銀；0.1 wt%至約20 wt%的鎳；1 wt%至30 wt%的銅；和0.001 wt%至10 wt%的鋅。在一些實施方式中，基底包括金屬，優選為銅或銅合金。

在一些實施方式中，接觸層展示出0.1至1.4的摩擦係數。在一些實施方式中，接觸層展示出大於80% IACS（或大於4.6401×10⁷ S/m）的電導率。在一些實施方式中，接觸層展示出大於86% IACS（或大於4.9881×10⁷ S/m）的電導率。在一些實施方式中，接觸層展示出大於80 HV的硬度，如通過ASTM E384-17測量的。在一些實施方式中，接觸層展示出25 HV至100 HV的硬度。在一些實施方式中，接觸層展示出150 HV至200 HV的硬度。在一些實施方式中，基底展示出大於95% IACS（或大於5.5101×10⁷ S/m）的電導率。在一些實施方式中，基底展示出小於70 ksi的屈服強度，如通過ASTM E8/E8M-16a測量的。在一些實施方式中，層狀結構展示出大於80% IACS（或大於4.6401×10⁷ S/m）的電導率。

在一些實施方式中，接觸層的厚度為5 μm至40 μm。在一些實施方式中，層狀結構的厚度為0.1 μm至5 μm。在一些實施方式中，層狀結構是通過將接觸層包層（cladding）在基底上來形成的。在一些實施方式中，層狀結構還包括設置在基底和接觸層之間的擴散阻擋層。在一些實施方式中，擴散阻擋層包含鎳或鈮。在一些實施方式中，擴散阻擋層的厚度為0.01 mm至0.05 mm。在一些實施方式中，層狀結構還包括襯裡層，該襯裡層設置在與接觸層相反的基底的至少一部分上。在一些實施方式中，襯裡層包含高強度的銅基合金或鐵基合金。在一些實施方式中，襯裡層包含鋼。在一些實施方式中，襯裡層的厚度為0.1 mm至1 mm。在一些實施方式中，基底和/或接觸層基本上是平坦的。在一些實施方式中，基底是圓柱形的，接觸層圍繞圓柱形基底的外表面的至少一部分設置。在一些實施方式中，層狀結構配置用於高功率應用。

在一些實施方式中，本公開涉及由層狀結構製成的電端子或電連接器。電端子或電連接器配置為執行大於5000次的插入和拔出迴圈，而不會發生故障。在一些實施方式中，當電端子或電連接器執行至少5000次插入和拔出迴圈時，接觸電阻的增加小於30%、小於15%、小於10%、小於5%、小於3%、小於2%或小於1%。

在一些實施方式中，本公開涉及一種充電端子，該充電端子包括：基底，該基底的電導率大於60% IACS（或大於3.4801×10⁷ S/m）；和接觸層，該接觸層設置在基底的至少一部分上。該充電端子展示出0.1至1.4的摩擦係數，如根據ASTM G99-17測量的。

在一些實施方式中，本公開涉及一種接觸層組合物，其包含：釤；銀；鎳；銅；和/或鋅。該接觸層組合物展示出0.1至1.4的摩擦係數，如根據ASTM G99-17測量的。在一些實施方式中，接觸層組合物包含：0.001 wt%至10 wt%的釤；和/或50 wt%至99.9 wt%的銀。在一些實施方式中，接觸層組合物包含：50 wt%至99.9 wt%的銀；0.1 wt%至約20 wt%的鎳；1 wt%至30 wt%的銅；和0.001 wt%至10 wt%的鋅。在一些實施方式中，接觸層展示出大於86% IACS（或大於4.9881×10⁷ S/m）的電導率。在一些實施方式中，釤為氧化釤。

在一些實施方式中，本公開涉及用於製備本文所述的層狀結構的方法。該方法包括：提供基底；以及在基底上形成接觸層。在一些實施方式中，在基底上形成接觸層包括在基底上形成包含釤金屬的合金。在一些實施方式中，在基底上形成接觸層還包括通過將接觸層暴露於空氣以使至少一些釤金屬氧化。在一些實施方式中，該方法還包括在基底和接觸層之間形成擴散阻擋層，該擴散阻擋層可選地包括鎳或鈮。在一些實施方式中，該方法還包括在基底和接觸層之間形成襯裡層，該襯裡層可選地包括高強度的銅基或鐵基合金。在一些實施方式中，接觸層、擴散阻擋層和/或襯裡層中的任何層是通過包層來實現的。

概要

如上所述，使用常規方法生產的常規充電端子材料不能滿足不斷發展的高功率產品（例如電動汽車）所要求的增加的機械和電氣性能要求。特別地，存在對展示出改進的導電性和低電阻，同時顯示出改善的摩擦係數、耐久性和/或插入力的結構的需要。

發明人現已經發現，將某些稀土金屬添加到貴金屬基接觸層中以建立和/或改善電端子之間的接觸時，可用於改善電端子的性能，例如摩擦係數、硬度和/或尤其是磨損。在一些情況下，已經發現在接觸層材料中添加某些稀土金屬，例如釤，降低了充電端子插入和/或拔出過程中的摩擦力。已經顯示出這些改善而沒有顯著影響充電能力，例如電導率。通常，其他合金元素添加物，例如稀土金屬以外的合金元素，顯著損害導電性，因為它們需要更大重量百分比的添加物以有效硬化以改善磨損性能。不受理論的束縛，據信在某些貴金屬基合金（例如銀合金）中添加稀土金屬（例如釤）會在合金表面產生潤滑性表面氧化物，這降低了合金的摩擦係數，同時保持可接受的導電性。這一出乎意料的結果可用於滿足需要極高壽命週期的電動汽車充電的苛刻要求。例如，電動汽車的充電端子可以經歷數千次插入和拔出。考慮到本文所述的接觸層所提供的低摩擦係數，充電端子不會由於其整個使用壽命中的過度磨損而引起電氣性能的顯著損失，例如有效電接觸（或低接觸電阻）的損失。

在一些實施方式中，本公開涉及一種層狀結構（用於充電端子）。層狀結構可以包括基底和具有稀土金屬添加物的貴金屬基合金，該貴金屬基合金在基底的至少一部分上形成接觸層。在一些實施方式中，包含在接觸層中的稀土金屬可以包括鑭系元素、鈧或釔中的任何一種或其組合。在一些實施方式中，包含在接觸層中的稀土金屬可以包括釤。在一些實施方式中，接觸層可以包括貴金屬基接觸層並且可以包括銀。因此，接觸層可以稱為釤銀合金。在一些實施方式中，接觸層可以進一步可選地包括銅、鎳、或鋅、或其組合。銅、鎳和/或鋅的添加可以改善貴金屬基合金的硬度。

如本文所討論的，接觸層的組成提供了優異的表面特性，例如接觸電阻、磨耗/磨損性能和/或摩擦係數。特別地，已經發現接觸層表面特性出乎意料地降低了插入力，同時改善了充電端子（例如，插頭和/或插座充電接觸部）的磨損和電阻損耗。這種性能在涉及電動汽車（Electric vehicle，EV）和/或插電式混合動力電動汽車（Plug-in hybrid electric vehicle，PHEV）的應用中特別有益。接觸層可以通過各種方法例如包層、電鍍等來形成/施加。該層不受其形成方式的限制。

基底特性

基底具有電（導電）性能和機械性能，與接觸層協同作用，以在電氣和機械方面出人意料地改善充電端子的整體性能。在一些實施方式中，基底可以由導電材料製成，例如金屬或金屬合金，更具體地，例如銅或銅合金，以用於使電流流過充電端子。在一些實施方式中，如高功率應用的快速充電需求所要求的，基底可以具有相對較高的電導率。在一些實施方式中，基底可以具有大於40%國際退火銅標準（IACS），例如大於60 IACS的電導率。IACS在本文中用作比較性質，用於說明本文所述的各種材料的電導率，並且不僅限於銅的電導率。例如，說明中可以將材料的電導率指定為85% IACS，這意味著特定材料的電導率是IACS中指定的純銅的85%。IACS中指定的純銅的電導率，即100% IACS，為每米5.8001×10⁷ 西（S/m）。因此，85% IACS的電導率為85%×5.8001×10⁷ S/m = 4.9301×10⁷ S/m。

在較低功率和/或低載電流的應用中，基底金屬的導電性在功能上不太重要。相對於機械剛度和彈性特性，基於電導率來選擇基底不太重要。因此，在這些較小的型材、精密的連接中，具有較高的剛度和彈性性能但具有相應較低的電導率的更廣泛的基底合金可能是合適的，並且實際上是理想的。眾所周知，使用元素添加來產生更高強度的銅合金。然而，這些添加不利地影響電導率並產生具有較低電導率的基底，例如，小於60% IACS（或小於3.4801×10⁷ S/m）。並且，對這些較低電導率的基底進行改性以提高電導率將不利地影響所需的彈性，並使所得的產品不合適。換句話說，一定程度的彈性（如在一些低功率和/或更精細的應用中要求的）與在較高功率電平下導電的能力衝突。因此，適用於低功率應用的材料可能受限於低功率，並且僅適合於這些精密但機械要求更高的應用。

在一些情況下，當基底是銅基基底時，為了實現高剛度、高強度和彈性特性，適合於形成基底的材料可以具有相對高的重量百分比的合金元素（例如，非銅元素）或相對較低的銅含量，例如小於40%的銅。這是因為相對高的銅含量，例如超過40%的銅、超過50%的銅、超過60%的銅、超過70%的銅、超過80%的銅、超過90%的銅、超過95%的銅或接近100%的銅產生相對軟的基底。添加合金元素可增加硬度、剛度和/或強度，但是也可能顯著降低基底的電導率。如上所述，當通過添加合金元素對材料進行改性以實現彈性時，由於低的電導率（例如，小於60% IACS（或小於3.4801×10⁷ S/m）），這種改性也可能導致該材料不適用於高功率應用。

在本文所述的各種實施方式中，基底的電導率可以為40% IACS（2.3200×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m），例如45% IACS（2.6100×10⁷ S/mm）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、50% IACS（2.9000×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、55% IACS（3.1900×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、60% IACS（3.4801×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、65% IACS（3.7701×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、70% IACS（4.0601×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、75% IACS（4.3501×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、80% IACS（4.6401×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、85% IACS（4.9301×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、90% IACS（5.2201×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）或95% IACS（5.5101×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）。就下限而言，基底的電導率可以大於40% IACS（2.3200×10⁷ S/m），例如，大於45% IACS（2.6100×10⁷ S/m）、大於50% IACS（2.9000×10⁷ S/m）、大於55% IACS（3.1900×10⁷ S/m）、大於60% IACS（3.4801×10⁷ S/m），例如，大於65% IACS（3.7701×10⁷ S/m）、大於70% IACS（4.0601×10⁷ S/m）、大於75% IACS（4.3501×10⁷ S/m）、大於80% IACS（4.6401×10⁷ S/m）、大於85% IACS（4.9301× 10⁷ S/m）、大於90% IACS（5.2201×10⁷ S/m）、大於91% IACS（5.2781×10⁷ S/m）、大於92% IACS（5.3361×10⁷ S/m）、大於93% IACS（5.3941×10⁷ S/m）、大於94% IACS（5.4521×10⁷ S/m）、大於95% IACS（5.5101×10⁷ S/m）、大於96% IACS（5.5681×10⁷ S/m）、大於97% IACS（5.6261×10⁷ S/m）、大於98% IACS（5.6841×10⁷ S/m）、大於99% IACS（5.7421×10⁷ S/m）或更高。

在一些實施方式中，本文所述的基底展示出5 ksi至70 ksi的屈服強度，如根據ASTM E8/E8M-16a測量的，例如，6 ksi至70 ksi、8 ksi至70 ksi、10 ksi至60 ksi、20 ksi至50 ksi或30 ksi至40 ksi。就下限而言，基底可以展示出大於5 ksi的屈服強度，例如，大於6 ksi、大於8 ksi、大於10 ksi、大於20 ksi、大於30 ksi、大於40 ksi、大於50 ksi、大於60 ksi或大於65 ksi。就上限而言，基底可以展示出小於70 ksi的屈服強度，例如，小於60 ksi、小於50 ksi、小於40 ksi、小於30 ksi、小於20 ksi、小於10 ksi、小於8 ksi或小於6 ksi。

相反，對於一些應用，尤其是相對低功率的應用，以較低的電導率（例如，低於60% IACS（3.4801×10⁷ S/m））為代價要求更高的強度，用於這些應用的銅基基底可以展示出大於70 ksi的屈服強度，並且可以展示出70 ksi至120 ksi的屈服強度。

稀土金屬添加的影響

如上所述，稀土金屬的添加允許接觸層實現非常低的摩擦係數，從而減小了所產生的充電端子的插入力。不受理論的束縛，據信低摩擦係數可能是由於一種或多種潤滑性氧化物所導致的，該潤滑性氧化物可以由包含在接觸層中的一種或多種金屬衍生（develop）。在一些實施方式中，氧化物可以包括當接觸層暴露於空氣時由包含在接觸層中的稀土金屬衍生的氧化物。在一些實施方式中，一種或多種衍生的氧化物可以包括氧化釤。在一些實施方式中，一種或多種衍生的氧化物可以進一步包括氧化釤（III）。在一些實施方式中，包含在接觸層中的其他金屬，例如銀、鎳、銅、鋅等，也可以在基底的表面上形成一種或多種氧化物。稀土金屬氧化物，例如氧化釤的獨特且出乎意料的性質被認為賦予了銀合金基體的表面低摩擦作用。

據信，氧化物可以形成接觸層的表面層或者可以僅存在於接觸層的表面，而表面以下的一種或多種金屬可以保持元素金屬，直到由於磨損/侵蝕等而暴露於空氣中，然後被氧化。因此，在充電端子的整個使用壽命中，接觸層可以展示出優異的導電性，因為接觸層的組成大部分仍為元素金屬，而接觸層的裸露表面由於衍生的氧化物而可以展示出非常低的摩擦係數，從而允許便於插入和/或拔出充電端子。

組成的 wt%

在一些實施方式中，稀土金屬，例如釤，可以以比貴金屬（例如銀）（顯著）少的量存在於接觸層中。在一些實施方式中，基於接觸層的總重量，接觸層可以包括0.001 wt%至10 wt%的稀土金屬，例如，0.1 wt%至9 wt%、1 wt%至8 wt%、2 wt%至7 wt%、3 wt%至6 wt%或4 wt%至5 wt%。就下限而言，接觸層可以包括大於0.001 wt%的稀土金屬，例如，大於0.005wt%、大於0.01wt%、大於0.05wt%、大於0.1wt%、大於0.5wt%、大於1 wt%、大於2 wt%、大於3 wt%、大於4 wt%、大於5 wt%、大於6 wt%、大於7 wt%、大於8 wt%、大於9 wt%、大於9.5 wt%、大於9.9 wt%或更多。就上限而言，接觸層可以包含小於10 wt%的稀土金屬，例如，小於9 wt%、小於8 wt%、小於7 wt%、小於6 wt%、小於5 wt%、小於4 wt%、小於3 wt%、小於2 wt%、小於1 wt%、小於0.5 wt%、小於0.1 wt%、小於0.05 wt%、小於0.01 wt%、小於0.005 wt%或更少。在一些情況下，稀土金屬包括釤，並且釤以上述量存在。在一些實施方式中，接觸層的其餘部分或餘量可以是貴金屬，例如銀。

在一些實施方式中，基於接觸層的總重量，接觸層可以包括50 wt%至99.9 wt%的貴金屬，例如銀，例如，50 wt%至99 wt%、55 wt%至95 wt%、60 wt%至90 wt%、65 wt%至85 wt%或70 wt%至80 wt%。就下限而言，接觸層可以包括大於50 wt%的貴金屬，例如，大於55wt%、大於60 wt%、大於65 wt%、大於70 wt%、大於75 wt%、大於80 wt%、大於85 wt%、大於90 wt%、大於95 wt%、大於98 wt%、大於99 wt%、大於99.5 wt%或更多。就上限而言，接觸層可以包含小於99.9 wt%的貴金屬，例如，小於99 wt%、小於95 wt%、小於90 wt%、小於85 wt%、小於80 wt%、小於75 wt%、小於70 wt%、小於65 wt%、小於60 wt%、小於55 wt%、小於52 wt%或更少。在一些情況下，貴金屬包括銀，並且銀以上述量存在。

在一些實施方式中，基於接觸層的總重量，接觸層可以包括0.1 wt%至20 wt%的鎳，例如，0.3 wt%至20 wt%、0.5 wt%至20 wt%、1 wt%至20 wt%、3 wt%至18 wt%、5 wt%至16 wt%、7 wt%至14 wt%、9 wt%至12 wt%或10 wt%至11 wt%。就下限而言，接觸層可以包括大於0.1 wt%的鎳，例如，大於0.3 wt%、大於0.5 wt%、大於1 wt%、大於2 wt%、大於3 wt%、大於4 wt%、大於5 wt%、大於6 wt%、大於7 wt%、大於8 wt%、大於9 wt%、大於10 wt%、大於11 wt%、大於12 wt%、大於13 wt%、大於14 wt%、大於15 wt%、大於16 wt%、大於17 wt%、大於18 wt%、大於19 wt%、大於19.5 wt%、大於19.9 wt%或更多。就上限而言，接觸層可以包含小於20 wt%的鎳，例如，小於19 wt%、小於18 wt%、小於17 wt%、小於16 wt%、小於15 wt%、小於14 wt%、小於13 wt%、小於12 wt%、小於11 wt%、小於10 wt%、小於9 wt%、小於8 wt%、小於7 wt%、小於 6 wt%、小於5 wt%、小於4 wt%、小於3 wt%、小於2 wt%、小於1.5 wt%、小於1.1 wt%、小於1 wt%、小於0.8 wt 小於0.6 wt%、小於0.5 wt%、小於0.3 wt%、小於0.2 wt%、小於0.15 wt%或更少。

在一些實施方式中，基於接觸層的總重量，接觸層可以包括1 wt%至30 wt%的銅，例如，2 wt%至30 wt%、2 wt%至28 wt%、2 wt%至26 wt%、2 wt%至24 wt%、3 wt%至22 wt%、3 wt%至20 wt%、3 wt%至18 wt%、5 wt%至16 wt%、7 wt%至14 wt%、9 wt%至12 wt%或10 wt%至11 wt%。就下限而言，接觸層可以包括大於1 wt%的銅，例如，大於2 wt%、大於3 wt%、大於4 wt%、大於5 wt%、大於6 wt%、大於7 wt%、大於8 wt%、大於9 wt%、大於10 wt%、大於11 wt%、大於12 wt%、大於13 wt%、大於14 wt%、大於15 wt%、大於16 wt%、大於17 wt%、大於18 wt%、大於19 wt%、大於19.5 wt%、大於19.9 wt%、大於20 wt%、大於21 wt%、大於22 wt%、大於23 wt%、大於24 wt%、大於25 wt%、大於26 wt%、大於27 wt%、大於28 wt%、大於29 wt%、大於29.5 wt%、大於29.9 wt%或更多。就上限而言，接觸層可以包含小於30 wt%的銅，例如，小於29 wt%、小於28 wt%、小於27 wt%、小於26 wt%、小於25 wt%、小於24 wt%、小於23 wt%、小於22 wt%、小於21 wt%、小於20 wt%、小於19 wt%、小於18 wt%、小於17 wt%、小於16 wt%、小於15 wt%、小於14 wt%、小於 13 wt%、小於12 wt%、小於11 wt%、小於10 wt%、小於9 wt%、小於8 wt%、小於7 wt%、小於6 wt%、小於5 wt 、小於4 wt%、小於3 wt%、小於2 wt%、小於1.5 wt%、小於1.1 wt%或更少。

在一些實施方式中，基於接觸層的總重量，接觸層可以包括0.001 wt%至10 wt%的鋅，例如，0.1 wt%至9 wt%、1 wt%至8 wt%、2 wt%至7 wt%、3 wt%至6 wt%或4 wt%至5 wt%。就下限而言，接觸層可以包括大於0.001 wt%的鋅，例如，大於0.005 wt%、大於0.01 wt%、大於0.05 wt%、大於0.1 wt%、大於0.5 wt%、大於1 wt%、大於2 wt%、大於3 wt%、大於4 wt%、大於5 wt%、大於6 wt%、大於7 wt%、大於8 wt%、大於9 wt%、大於9.5 wt%、大於9.9 wt%或更多。就上限而言，接觸層可以包含小於10 wt%的鋅，例如，小於9 wt%、小於8 wt%、小於7 wt%、小於6 wt%、小於5 wt%、小於4 wt%、小於3 wt%、小於2 wt%、小於1 wt%、小於0.5 wt%、小於0.1 wt%、小於0.05 wt%、小於0.01 wt%、小於0.005 wt%或更少。

在一些實施方式中，當接觸層暴露於空氣時，基於接觸層的總重量，可以在接觸層的表面上衍生的氧化物（例如氧化釤）可以為0.01 wt%至0.1 wt%，例如，0.02 wt%至0.1 wt%、0.02 wt%至0.09 wt%、0.03 wt%至0.09 wt%、0.03 wt%至0.08 wt%、0.04 wt%至0.07 wt%或 0.04 wt%至0.06 wt%。就下限而言，接觸層可以包括大於0.01 wt%的表面氧化物，例如，大於0.02 wt%、大於0.03 wt%、大於0.04 wt%、大於0.05 wt%、大於0.06 wt%、大於0.07 wt%、大於0.08 wt%、大於0.09 wt%、大於0.095 wt%或更多。就上限而言，接觸層可以包括小於0.1 wt%的表面氧化物，例如，小於0.09 wt%、小於0.08 wt%、小於0.07 wt%、小於0.06 wt%、小於0.05 wt%、小於0.04 wt%、小於0.03 wt%、小於0.02 wt%、小於0.015 wt%或更少。

當基於接觸層的總體積進行測量時，接觸層可以包括0.01 vol%至0.2 vol%的氧化物，例如，0.02 vol%至0.2 vol%、0.02 vol%至0.18 vol%、0.04 vol%至0.18 vol%、0.04 vol%至0.16 vol%、0.06 vol%至0.14 vol%、0.08 vol%至0.12 vol%或0.09 vol%至0.11 vol%。就下限而言，接觸層可以包括大於0.01 vol%的表面氧化物，例如，大於0.02 vol%、大於0.04 vol%、大於0.06 vol%、大於0.08 vol%、大於0.1 vol%、大於0.12 vol%、大於0.14 vol%、大於0.16 vol%、大於0.18 vol%、大於0.19 vol%或更多。就上限而言，接觸層可以包括小於0.2 vol%的表面氧化物，例如，小於0.18 vol%、小於0.16 vol%、小於0.14 vol%、小於0.12 vol%、小於0.1 vol%、小於0.08 vol%、小於0.06 vol%、小於0.04 vol%、小於0.02 vol%、小於0.015 vol%或更少。

在一些實施方案中，基底可以包括純銅。在一些實施方案中，基底可以包括銅合金。銅合金可以包括銅、鎳和/或鋅。在一些實施方式中，基於基底的總重量，基底可以包括60 wt%至100 wt%的銅，例如，70 wt%至100 wt%、80 wt%至100 wt%、90 wt%至100 wt%或95 wt%至100 wt%。就下限而言，基底可以包括大於60 wt%的銅，例如，大於70wt%、大於80 wt%、大於90 wt%、大於91 wt%、大於92 wt%、大於93 wt%、大於94 wt%、大於95 wt%、大於96 wt%、大於97 wt%、大於98 wt%、大於99 wt%或100 wt%。如上所述，許多常規的低功率應用採用明顯更少的純基底，例如，更少純銅。

可以限制向基底中添加其他元素，例如鎳、鋅等，使得可以保持相對高的銅含量以實現高的電導率。組合的其他元素的添加可以小於40 wt%、小於30 wt%、小於20 wt%、小於10 wt%、小於5 wt%、小於4 wt%、小於3 wt%、小於2 wt%、小於1 wt%、小於0.9 wt%、小於0.8 wt%、小於0.7 wt%、小於0.6 wt%、小於0.5 wt%、小於0.4 wt%、小於0.3 wt%、小於0.2 wt%、小於0.1 wt%或更少。

接觸層性能特點

摩擦係數

與可以在基底上電鍍的常規（純的和/或電鍍的）銀接觸層相比，具有稀土金屬添加物的貴金屬基接觸層可以展示出可以比常規的電鍍銀接觸層的摩擦係數小至少20%的摩擦係數，例如，小30%、小40%、小50%、小60%、小70%、小80%、小90%或小95%。在一些實施方式中，貴金屬基接觸層可以展示出根據ASTM G99-17測量的0.01至1.4的摩擦係數，例如，0.01至1.4、0.05至1.4、0.2至1.4、0.2至1.2、0.2至1、0.3至0.9、0.3至0.8、0.3至0.7或0.4至0.6。就上限而言，貴金屬基接觸層的摩擦係數可以小於1.4，例如，小於1.3、小於1.2、小於1.1、小於1、小於0.9、小於0.8、小於0.7、小於0.6、小於0.5、小於0.4、小於0.3、小於0.2或小於0.15。根據具體的幾何設計，也可使用以下測試中的一種來測量摩擦係數，包括ASTM D3702、ASTM G77、ASTM G83、ASTM G115和/或ASTM G133。

硬度

相較於常規的電鍍銀接觸層，貴金屬基接觸層還可以展示出提高的硬度，因此可以使耐磨性/耐蝕性得到改善。可以使用維氏硬度表（Vickers hardness scale）來評估接觸層的硬度，並且可以以維氏數（HV）來表示測得的硬度值。採用的用於測量接觸層的硬度的測試可以包括ASTM E384-17。在一些實施方式中，根據維氏硬度表，貴金屬基接觸層可以展示出25 HV至200 HV的硬度，例如，25 HV至175 HV、25 HV至150 HV、25 HV至125 HV、25 HV至100 HV、25 HV至75 HV、25 HV至50 HV、50 HV至200 HV、50 HV至175 HV、50 HV至150 HV、50 HV至125 HV、50 HV至100 HV、50 HV至75 HV、75 HV至200 HV、75 HV至175 HV、75 HV至150 HV、75 HV至125 HV、75 HV至100 HV、100 HV至200 HV、100 HV至175 HV、100 HV至150 HV、100 HV至125 HV、100 HV至120 HV、125 HV至200 HV、125 HV至175 HV、125 HV至150 HV、150 HV至200 HV、150 HV至175 HV或175 HV至200 HV。就下限而言，貴金屬基接觸層可以展示出大於25 HV的硬度，例如，大於50 HV、大於60 HV、大於70 HV、大於80 HV、大於90 HV、大於100 HV、大於125 HV、大於150 HV、大於175 HV、大於180 HV、大於190 HV、大於195 HV或更大。就下限而言，貴金屬基接觸層可以展示出小於200 HV的硬度，例如，小於175 HV、小於150 HV、小於125 HV、小於100 HV、小於90 HV、小於80 HV、小於70 HV、小於60 HV、小於50 HV、小於40 HV、小於30 HV或更小。

電氣性能

儘管形成了表面氧化物，該表面氧化物提供用於操作充電端子所需的降低的摩擦係數和減小的插入力，但貴金屬基接觸層仍有利地展示出相對高的電導率，例如，接觸層展示出低摩擦係數和高電導率的協同的組合。在一些實施方式中，貴金屬基接觸層可以展示出80% IACS（4.6401×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）的電導率，例如，85% IACS（4.9301×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、80% IACS（4.6401×10⁷ S/m）至95% IACS（5.5101×10⁷ S/m）、90% IACS（5.2201×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、95% IACS（5.5101×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、85% IACS（4.9301×10⁷ S/m）至95% IACS（5.5101×10⁷ S/m）或90% IACS（5.2201×10⁷ S/m）至95% IACS（5.5101×10⁷ S/m）。就下限而言，貴金屬基接觸層可以展示出大於80% IACS（4.6401×10⁷ S/m）的電導率，例如，大於82% IACS（4.7561×10⁷ S/m）、大於84% IACS（4.8721×10⁷ S/m）、大於86% IACS（4.9881×10⁷ S/m）、大於88% IACS（5.1041×10⁷ S/m）、大於90% IACS（5.2201×10⁷ S/m）、大於92% IACS（5.3361×10⁷ S/m）、大於94% IACS（5.4521×10⁷ S/m）、大於96% IACS（5.5681×10⁷ S/m）、大於98% IACS（5.6841×10⁷ S/m）、大於99% IACS（5.7421×10⁷ S/m）或大於100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）。

在一些實施方式中，層狀結構的總電導率可以為80% IACS（4.6401×10⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m），例如，85% IACS（4.9301×1010⁷ S/m）至100% IACS（5.8001×10⁷ S/m）、80% IACS（4.6401×10⁷ S/m）至95% IACS（5.5101×10⁷ S/m）或85% IACS（4.9301×10⁷ S/m）至95% IACS（5.5101×10⁷ S/m）。就下限而言，層狀結構可以展示出大於80% IACS（4.6401×10⁷ S/m）的總電導率，例如，大於82% IACS（4.7561×10⁷ S/m）、大於84% IACS（4.8721×10⁷ S/m）、大於86% IACS（4.9881×10⁷ S/m）、大於88% IACS（5.1041×10⁷ S/m）、大於90% IACS（5.2201×10⁷ S/m）、大於92% IACS（5.3361×10⁷ S/m）、大於94% IACS（5.4521×10⁷ S/m）、大於96% IACS（5.5681×10⁷ S/m）、大於98% IACS（5.6841×10⁷ S/m）、大於99% IACS（5.7421×10⁷ S/m）或更大。

此外，因為可以保持光滑的接觸表面，由於降低的摩擦係數和改善的磨損/侵蝕性能，貴金屬基接觸層可以在充電端子的整個使用壽命中保持其電氣性能，例如高電導率和低接觸電阻。另外，通過改善的磨損/侵蝕性能，相對於常規的電鍍銀接觸層，可以實現更薄的接觸層。如果需要，可以通過增加基底的厚度來保持充電端子的總厚度。因此，可以降低用於產生充電端子的總成本，同時實現優異的電氣性能。

厚度

在一些實施方式中，接觸層的厚度可以為2 μm至100 μm、2 μm至50 μm、3 μm至40 μm、4 μm至35 μm、5 μm至40 μm、5 μm至35 μm、10 μm至30 μm、10 μm至25 μm或15 μm至20 μm。就上限而言，接觸層的厚度可以小於40 μm，例如，小於35 μm、小於30 μm、小於25 μm、小於20 μm、小於15 μm、小於10 μm、小於7 μm或更小。就下限而言，接觸層的厚度可以大於5 μm，例如，大於10 μm、大於15 μm、大於20 μm或更大。

如上所述，當某些金屬，例如包含在接觸層中的稀土金屬暴露於空氣時，氧化物可以在接觸層的表面上衍生。根據形成氧化物的金屬的含量和接觸層可能暴露的環境，氧化物（例如氧化釤）可以分佈在如從接觸層的表面測量的接觸層的0.001 μm至50 μm的整個深度上，例如，0.001 μm至40 μm、0.001 μm至30 μm、0.001 μm至20 μm、0.001 μm至10 μm、0.001 μm至5 μm、0.001 μm至3 μm、0.001 μm至1 μm、0.001 μm至0.5 μm、0.001 μm至0.1 μm、0.001 μm至0.05 μm、0.001 μm至0.01 μm、0.001 μm至0.005 μm、0.005 μm至50 μm、0.005 μm至40 μm、0.005 μm至30 μm、0.005 μm至20 μm、0.005 μm至10 μm、0.005 μm至5 μm、0.005 μm至3 μm、0.005 μm至1 μm、0.005 μm至0.5 μm、0.005 μm至0.1 μm、0.005 μm至0.05 μm、0.005 μm至0.01 μm、0.01 μm至50 μm、0.01 μm至40 μm、0.01 μm至30 μm 、0.01 μm至20 μm、0.01 μm至10 μm、0.01 μm至5 μm、0.01 μm至3 μm、0.01 μm至1 μm、0.01 μm至0.5 μm、0.01 μm至0.1 μm、0.01 μm至0.05 μm、0.05 μm至50 μm、0.05 μm至40 μm、0.05 μm至30 μm、0.05 μm至20 μm、0.05 μm至10 μm、0.05 μm至5 μm、0.05 μm至3 μm、0.05 μm至1 μm、0.05 μm至0.5 μm、0.05 μm至0.1 μm、0.1 μm至50 μm、0.1 μm至40 μm、0.1 μm至30 μm、0.1 μm至20 μm、0.1 μm至10 μm、0.1 μm至5 μm、0.1 μm至3 μm、0.1 μm至1 μm、0.1 μm至0.5 μm、0.5 μm至50 μm、0.5 μm至40 μm、0.5 μm至30 μm、0.5 μm至20 μm、0.5 μm至10 μm、0.5 μm至5 μm、0.5 μm至3 μm、0.5 μm至1 μm、1 μm至50 μm、1 μm至40 μm、1 μm至30 μm、1 μm至20 μm、1 μm至10 μm、1 μm至5 μm、1 μm至3 μm、3 μm至50 μm、3 μm至40 μm、3 μm至30 μm、3 μm至20 μm、3 μm至10 μm、3 μm至5 μm、5 μm至50 μm、5 μm至40 μm、5 μm至30 μm、5 μm至20 μm、5 μm至10 μm、10 μm至50 μm、10 μm至40 μm、10 μm至30 μm、10 μm至20 μm、20 μm至50 μm、20 μm至40 μm、20 μm至30 μm、30 μm至50 μm、30 μm至40 μm或40 μm至50 μm。就下限而言，氧化物可以從接觸層的表面分佈在大於0.001 μm的整個深度上，例如，大於0.005 μm、大於0.01 μm、大於0.05 μm、大於0.1 μm、大於0.5 μm、大於1 μm、大於3 μm、大於5 μm、大於10 μm、大於20 μm、大於30 μm、大於40 μm、大於45 μm或更大。就上限而言，氧化物可以從接觸層的表面分佈在小於50 μm的整個深度上，例如，小於40 μm、小於30 μm、小於20 μm、小於10 μm、小於5 μm、小於3 μm、小於1 μm、小於0.5 μm、小於0.1 μm、小於0.05 μm、小於0.01 μm、小於0.005 μm或更小。

根據應用，層狀結構的總厚度可以為0.1 mm至5 mm，例如，0.1 mm至4 mm、0.1 mm至3 mm、0.1 mm至2.5 mm、0.5 mm至2 mm或從1 mm至1.5 mm。就上限而言，層狀結構的總厚度可以小於5 mm、小於4.5 mm、小於4 mm、小於3.5 mm、小於3 mm、小於2.5 mm、小於2 mm、小於1.5 mm、小於1 mm、小於0.5 mm、小於0.3 mm、小於0.2 mm或更小。就下限而言，層狀結構的總厚度可以大於0.1 mm，例如，大於0.5 mm、大於1 mm、大於1.5 mm、大於2 mm、大於3 mm、大於4 mm、大於4.5 mm或更大。

充電端子電氣性質

根據接觸層的厚度和/或基底的厚度以及充電端子的設計，使用層狀結構產生的充電端子可以展示出4.64×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m的電導率，例如，4.7×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m、4.8×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m、4.9×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m、5.0×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m、5.1×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m、5.2×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m、5.3×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m、5.4×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m、5.5×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m、5.6×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m或5.7×10⁷ S/m至5.8×10⁷ S/m。就下限而言，充電端子的電導率可以大於4.64×10⁷ S/m的總電導率，例如，大於4.7×10⁷ S/m、大於4.8×10⁷ S/m、大於4.9×10⁷ S/m、大於5.0×10⁷ S/m）、大於5.1×10⁷ S/m、大於5.2×10⁷ S/m、大於5.3×10⁷ S/m、大於5.4×10⁷ S/m、大於5.5×10⁷ S/m、大於5.6×10⁷ S/m、大於5.7×10⁷ S/m、大於5.75×10⁷ S/m或更大。上述電導率範圍也適用於使用層狀結構產生的充電端子。

示例性層狀結構

圖1示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的層狀結構100。層狀結構100可以包括基底102和設置在基底102上的接觸層104。雖然圖1示出了接觸層104設置在整個基底102上，但在一些實施方式中，接觸層104可以設置在基底102的一個或多個部分上。基底102可以由（高度）導電材料製成，例如金屬或金屬合金，更具體地，例如銅或銅合金，以用於使電流流過充電端子。基底102可以配置為為接觸層104提供機械支撐和/或保持所形成的充電端子的結構完整性。

如本文所述，接觸層104可以包括具有稀土金屬添加物的貴金屬基接觸層。稀土金屬的添加可以產生提供低電接觸電阻和/或良好的磨耗和/或磨損性能的表面特性，從而改善所產生的充電端子的整體性能。此外，稀土金屬的添加可以實現接觸層104的低摩擦係數，從而實現充電端子的低插入力並提高使用者的操作便利性。

圖2示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的另一個層狀結構200。層狀結構200與層狀結構100的不同之處在於，層狀結構200可以進一步包括設置在基底102下方的第二或下部接觸層206。接觸層206可以包括與接觸層102的材料組成相同或相似的材料組成。因此，層狀結構200可用於形成包括兩個電接觸表面的充電端子，一個電接觸表面由接觸層102形成，另一個電接觸表面由接觸層206形成，這兩個電接觸表面都可以展示出低摩擦、低接觸電阻和/或高的耐磨性/耐蝕性。雖然圖2示出了接觸層206設置在基底102的整個下表面上，但在一些實施方式中，接觸層206可以設置在基底102的下表面的一個或多個部分上。

圖3示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的另一個層狀結構300。層狀結構300與層狀結構100的不同之處在於，層狀結構300可以包括鑲嵌（inlaid）或嵌入（embedded）在基底102中的具有稀土金屬添加物的貴金屬基接觸層304。貴金屬基接觸層304的表面可以與基底102的表面齊平。因此，貴金屬基接觸層304也可以稱為貴金屬基嵌體304。雖然圖3示出了貴金屬基接觸層或嵌體304設置在基底102的表面的中央區域處或在中央區域附近，但在一些實施方式中，貴金屬基接觸層或嵌體304可以相對於基底102而偏離中心，可以設置在基底102的邊緣處或在邊緣附近，或者取決於要由層狀結構300產生的充電端子的設計可以設置在任何合適的位置。

圖4示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的另一個層狀結構400。層狀結構400可以包括鑲嵌或嵌入在基底102的第一表面中的具有一種或多種稀土金屬添加物的第一貴金屬基接觸層404。第一貴金屬基接觸層404的表面可以與基底102的第一表面齊平。層狀結構400可以包括鑲嵌或嵌入在基底102的第二表面中的具有一種或多種稀土金屬添加物的第二貴金屬基接觸層406，該基底102的第二表面與基底102的第一表面相對。第二貴金屬基接觸層404的表面可以與基底102的第二表面齊平。因此，第一貴金屬基接觸層404和第二貴金屬基接觸層406也可以分別稱為第一貴金屬基嵌體404和第二貴金屬基嵌體406。在一些實施方式中，第一貴金屬基接觸層（或嵌體）404和第二貴金屬基接觸層（或嵌體）406彼此偏置，例如圖4所示。在一些實施方式中，第一貴金屬基接觸層（或嵌體）404和第二貴金屬基接觸層（或嵌體）406可以重疊或可以彼此對準，這取決於要產生的充電端子的設計。

圖5示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的另一個層狀結構500。層狀結構500與層狀結構100的不同之處在於，層狀結構500可以進一步包括設置在基底102和貴金屬基接觸層104之間的擴散阻擋層510。擴散阻擋層510可以防止來自基底（例如，銅基底）的原子在高溫下從基底102遷移到貴金屬基接觸層104，例如含銀和釤的接觸層。在一些實施方式中，擴散阻擋層也可以設置在任何嵌體和基底之間，例如在任何嵌體304、404、406和基底102之間。擴散阻擋層510可以包括鎳、鈮或其他合適的材料或其組合。

在一些實施方式中，擴散阻擋層510的厚度可以為0.01 mm至0.05 mm，例如，0.01 mm至0.04 mm、0.01 mm至0.03 mm、0.01 mm至0.02 mm、0.02 mm至0.05 mm、0.02 mm至0.04 mm、0.02 mm至0.03 mm、0.03 mm至0.05 mm、0.03 mm至0.04 mm或0.04 mm至0.05 mm。就下限而言，擴散阻擋層510的厚度可以大於0.1 mm，例如，大於0.02 mm、大於0.03 mm、大於0.04 mm、大於0.045 mm或更大。就上限而言，擴散阻擋層510的厚度可以小於0.05 mm，例如，小於0.04 mm、小於0.03 mm、小於0.02 mm、小於0.015 mm或更小。

圖6示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的另一個層狀結構600。層狀結構600與層狀結構100的不同之處在於，層狀結構600可以進一步包括加強層612，該加強層612設置在基底102的與設置有接觸層104的基底102的表面相反的表面上。加強層612可以為層狀結構500提供機械支撐或剛度，這可以繼而提高所產生的充電端子的堅固性，並允許充電端子在其使用壽命期間保持其結構完整性。在一些實施方式中，圖3所示的層狀結構300與圖5所示的層狀結構500還可以包括類似於圖6所示的加強層612的加強層。加強層612可以包括高強度合金，例如高強度銅基合金或鐵基合金。在一些實施方式中，加強層612可以包括鋼。

在一些實施例中，加強層612可以具有0.1 mm至1 mm的厚度，例如，0.1 mm至0.9 mm、0.1 mm至0.8 mm、0.1 mm至0.7 mm、0.1 mm至0.6 mm、0.1 mm至0.5 mm、0.1 mm至0.4 mm、0.1 mm至0.3 mm、0.1 mm至0.2 mm、0.2 mm至1 mm、0.2 mm至0.9 mm、0.2 mm至0.8 mm、0.2 mm至0.7 mm、0.2 mm至0.6 mm、0.2 mm至0.5 mm、0.2 mm至0.4 mm、0.2 mm至0.3 mm、0.3 mm至1 mm、0.3 mm至0.9 mm、0.3 mm至0.8 mm、0.3 mm至0.7 mm、0.3 mm至0.6 mm、0.3 mm至0.5 mm、0.3 mm至0.4 mm、0.4 mm至1 mm、0.4 mm至0.9 mm、0.4 mm至0.8 mm、0.4 mm至0.7 mm、0.4 mm至0.6 mm、0.4 mm至0.5 mm、0.5 mm至1 mm、0.5 mm至0.9 mm、0.5 mm至0.8 mm、0.5 mm至0.7 mm、0.5 mm至0.6 mm、0.6 mm至1 mm、0.6 mm至0.9 mm、0.6 mm至0.8 mm、0.6 mm至0.7 mm、0.7 mm至1 mm、0.7 mm至0.9 mm、0.7 mm至0.8 mm、0.8 mm至1 mm、0.8 mm至0.9 mm或0.9 mm至1 mm。就下限而言，加強層612的厚度可以大於0.1 mm，例如，大於0.2 mm、大於0.3 mm、大於0.4 mm、大於0.5 mm、大於0.6 mm、大於0.7 mm、大於0.8 mm、大於0.9 mm、大於0.95 mm或更大。就上限而言，加強層612的厚度可以小於1 mm，例如，小於0.9 mm、小於0.8 mm、小於0.7 mm、小於0.6 mm、小於0.5 mm、小於0.4 mm、小於0.3 mm、小於0.2 mm、小於0.15 mm或更小。

儘管在圖1至圖6中示出了各種層狀結構的平坦幾何圖形，但層狀結構不限於平坦幾何圖形。取決於應用，可以使用本文所述的各種工藝，例如包層、共擠出等，來產生圓形形狀，例如線、杆等，或任何其他期望的形狀，這將在下文中進行更詳細的討論。

工藝

本文所述的各種層狀結構可通過包層或任何其他合適的工藝來產生。包層（Cladding）是一種連續的金屬接合工藝，其中兩種或更多種合金冶金結合在例如連續線圈中。包層可以包括軋製包層、熱包層或溫包層、共擠出等。

在軋製包層的情況下，在專用的軋機中進行結合之前，對進料進行徹底清潔。層被減小其組合厚度的大於50%，例如，大於60%、大於70%、大於80%或大於90%，以在合金介面處產生新的無氧化物的表面。這種高壓結合在層與層之間形成原子與原子的接觸。在一些實施方式中，可以利用隨後的二次熱處理來驅動敷層之間的擴散和合金化，這增強了相鄰層的合金之間的冶金結合。

在熱包層或溫包層的情況下，在軋製包層工藝過程中會使用熱量，從而使層在初始結合步驟中發生熱擴散。熱包層或溫包層允許較少的厚度百分比減小，同時無需二次熱處理即可在相鄰層的合金之間實現冶金結合。

在共擠出的情況下，通過模具拉出或擠出圓形或圓柱形形狀，以使材料的橫截面面積大大減小。如在軋製包層中一樣，這種線性膨脹在很大壓力下產生新的表面接觸。這也實現了層與層之間的原子與原子的接觸，從而使相鄰合金的擴散和冶金結合成為可能。除平坦條帶以外的幾何形狀都可以通過共擠出得到。

圖7示意性地示出了包層工藝的一個實施方式。具體而言，圖7示意性地示出了選擇性包層工藝。如圖所示，兩層材料，例如兩層不同的合金，可以具有不同的寬度。較窄的層可以通過包層鑲嵌入較寬的層中。選擇性包層工藝可用於產生例如上述的層狀結構300和/或層狀結構400。

圖8A示意性地示出了包層工藝的另一個實施方式。具體而言，圖8A示出了全覆蓋包層工藝。全覆蓋包層可用於將全寬度接觸層（例如上述接觸層104）結合至基底，並將加強層（例如上述加強層612）結合至基底。

圖8B示意性地示出了包層工藝的一個實施方式的更多細節。具體而言，圖8B示出了從旋轉輥的一側進入的三層材料，該三層材料配置為將三層的組合厚度減小大約60%，或者減小任何其他期望的百分比。如圖所示，離開旋轉輥的結構具有明顯減小的厚度，並且三層緊密接觸。在介面處新產生的接觸區域打破了氧化物邊界，並在層與層之間產生了原子與原子的接觸。

包層提供了傳統的塗層工藝（例如電鍍）無法實現的幾個優點。例如，電鍍只能用於形成純金屬塗層。換句話說，電鍍不能用於形成合金接觸層，例如本文所述的具有稀土金屬添加物的接觸層。另外，包層允許若干種幾何形狀和設計的選擇，例如擴散阻擋層和/或襯裡層，其改善了各種層狀結構和由此產生的充電端子的整體性能。此外，通過在基底上的選定位置施加接觸層或嵌體，以產生展示出高的總電導率、物理強度和剛度的複合結構，包層可優化由貴金屬基接觸層或嵌體提供的表面益處。

示例性充電端子

圖9A示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的另一個層狀結構900。層狀結構900類似於圖3所示的層狀結構300，除了貴金屬基接觸層（或嵌體）904設置在基底102的邊緣上。圖9B示意性地示出了使用層狀結構900產生的充電端子的插頭端910，以及圖9C示意性地示出了使用層狀結構900產生的充電端子的插座端920。

在操作過程中，插頭端910的頭部或圓柱端插入插座端920。插頭端910的尾部或扁平端可以附接到電線或電纜，該電線或電纜將插頭端910耦合至電池，例如電動汽車中使用的電池。插座端920的扁平端可以附接到電線或電纜，該電線或電纜將插座端920耦合到用於對電池充電的電源。在插入期間，推動插頭端910的至少部分地由貴金屬基接觸層（或嵌體）904限定的外表面，以沿著插座端920的兩個凸面並在兩個凸面之間滑動，該兩個凸面至少部分地由貴金屬基接觸層或嵌體904a、904b限定。

如上所述，可以由包含在接觸層或嵌體合金中的稀土金屬形成的氧化物可以減小摩擦係數，從而降低使用者將插頭端910推入插座端920的插入力以及使用者將插頭端910從插座端920拔出的拔出力。取決於充電端子的插頭端910和插座端920的設計，插入力和/或拔出力可以為0.1 lb至3.0 lb，例如，0.1 lb至2.5 lb、0.1 lb至2.0 lb、0.1 lb至1.5 lb、0.1 lb至1.0 lb、0.1 lb至0.75 lb、0.1 lb至0.5 lb、0.1 lb至0.25 lb、0.25 lb至3.0 lb、0.25 lb至2.5 lb、0.25 lb至2.0 lb、0.25 lb至1.5 lb、0.25 lb至1.0 lb、0.25 lb至0.75 lb、0.25 lb至0.5 lb、0.5 lb至3.0 lb、0.5 lb至2.5 lb、0.5 lb至2.0 lb、0.5 lb至1.5 lb、0.5 lb至1.0 lb、0.5 lb至0.75 lb、0.75 lb至3.0 lb、0.75 lb至2.5 lb、0.75 lb至2.0 lb、0.75 lb至1.5 lb、0.75 lb至1.0 lb、1.0 lb至3.0 lb、1.0 lb至2.5 lb、1.0 lb至2.0 lb、1.0 lb至1.5 lb、1.5 lb至3.0 lb、1.5 lb至2.5 lb、1.5 lb至2.0 lb、2.0 lb至3.0 lb、2.0 lb至2.5 lb或2.5 lb至3.0 lb。就上限而言，插入力和/或拔出力可以小於3.0 lb，例如，小於2.5 lb、小於2.0 lb、小於1.5 lb、小於1.0 lb、小於0.75 lb、小於0.5 lb、小於0.25 lb、小於0.2 lb、小於0.15 lb或更小。考慮到減小的摩擦係數和/或插入力和拔出力，充電端子可以操作大於5000次插入和拔出迴圈，例如大於6000次插入迴圈、大於7000次迴圈、大於8000次迴圈、大於9000次迴圈、大於10000次迴圈，而不會招致電氣性能的重大損失，例如，由於連接表面的過度磨損而導致的有效電接觸（低接觸電阻）的損失。例如，在其整個使用壽命期間，與首次使用充電端子時的初始接觸電阻相比，由於磨損導致的接觸層的接觸電阻的增加可以小於30%、小於20%、小於15%、小於10%、小於5%、小於3%、小於2%、小於1%或更低。

儘管以電動汽車的充電端子為例進行了說明，但是本文所述的各種層狀結構可用於生產用於其他應用的充電端子，例如其他高功率應用，其中可能需要具有高耐磨性能、良好的導電性、低插入力等中的一項或多項。

實施例

提供以下非限制性實施例。

提供了包含鋁、銅、鎳和鋅以及釤添加物的貴金屬/稀土金屬合金（銀-釤）。還提供了包含相同金屬但不包含釤添加物的對比合金。成分的組成量示於表1中。

表1：合金組合物
成分	實施例1	對比實施例A
	Wt%	Wt%
銀	餘量	餘量
銅	4.0	4.0
鎳	0.35	0.35
鋅	0.3	0.3
釤	0.1	--

經由包層操作形成了包括銅基底層和接觸層的層狀結構。銅基底層使用銅。單獨放置的銅的電導率為~100 IACS。接觸層使用前述的Ag-Cu-Ni-Zn-Sm合金（實施例1）和Ag-Cu-Ni-Zn-合金（對比實施例A）。還包括作為對比實施例B的商業用鍍銀銅帶。

對層狀結構進行以下測量：硬度（ASTM E384-17）；電導率（ASTM B193-20）；和摩擦係數（ASTM G99-17）。結果示於表2中。

表2：層狀結構性能
實施例/對比實施例	硬度（HV）	電導率（% IACS）	摩擦係數（乾燥）
實施例1	100-120	87%	0.2
對比實施例A	100-120	87%	1.0
對比實施例B	40-185	~100%	1.4

如表2所示，實施例1提供了合適的硬度和電導率，並且還展示出與對比實施例A和B相比顯著改善的摩擦係數性能-相較於對比實施例A改善80%，以及相較於對比實施例B改善86%。

令人驚訝的是，與對比實施例A相比，實施例1的層狀結構提供了這些摩擦係數的改善而沒有犧牲電導率性能（與對比實施例B相比僅有最小的電導率下降）。

據估計，基於模擬估算，如果對層狀結構進行超過5000次插入/拔出測試，則與首次使用充電端子時的初始接觸電阻相比，由於磨損而導致的層狀結構的接觸電阻增加將小於30%。

同樣，在相同的測試條件下，據估計，基於模擬估算，與採用了不含釤的鍍銀結構（例如，對比實施例B）的相同連接器設計相比，插入力將減小7倍（或更小）。

實施方式

考慮了以下實施方式。考慮了特徵和實施方式的所有組合。

實施方式1：層狀結構，其包含：基底，該基底的電導率大於40% IACS（2.3200×10⁷ S/m），例如，大於60% IACS（或大於3.4801×10⁷ S/m）；和接觸層，該接觸層設置在基底的至少一部分上，其中該接觸層展示出小於1.4的摩擦係數，如根據美國材料與試驗學會（ASTM）G99-17測量的。

實施方式2：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含稀土金屬。

實施方式3：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含釤。

實施方式4：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含貴金屬基合金。

實施方式5：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含銀合金。

實施方式6：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含釤銀合金。

實施方式7：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含氧化釤。

實施方式8：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含小於0.1 wt%的氧化釤。

實施方式9：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含小於0.2 vol%的氧化釤。

實施方式10：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包括氧化釤，氧化釤分佈在接觸層的從接觸層的表面測量的0.001 μm至50 μm的整個深度上。

實施方式11：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含銅、鎳、或鋅、或其組合。

實施方式12：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含：0.001 wt%至10 wt%的釤；和/或50 wt%至99.9 wt%的銀。

實施方式13：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含：0.001 wt%至10 wt%的釤；和/或餘量的銀。

實施方式14：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層包含：50 wt%至99.9 wt%的銀；0.1 wt%至約20 wt%的鎳；1 wt%至30 wt%的銅；和0.001 wt%至10 wt%的鋅。

實施方式15：前述實施方式中的任一實施方式，其中基底包含金屬，優選為銅或銅合金。

實施方式16：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層展示出0.1至1.4的摩擦係數。

實施方式17：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層展示出大於80% IACS（或大於4.6401×10⁷ S/m）的電導率。

實施方式18：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層展示出大於86% IACS（或大於4.9881×10⁷ S/m）的電導率。

實施方式19：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層展示出大於80 HV的硬度，如通過ASTM E384-17測量的。

實施方式20：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層展示出25 HV至100 HV的硬度。

實施方式21：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層展示出150 HV至200 HV的硬度。

實施方式22：前述實施方式中的任一實施方式，其中基底展示出大於95% IACS（或大於5.5101×10⁷ S/m）的電導率。

實施方式23：前述實施方式中的任一實施方式，其中基底展示出小於70 ksi的屈服強度，如通過ASTM E8/E8M-16a測量的。

實施方式24：前述實施方式中的任一實施方式，其中層狀結構展示出大於80% IACS（或大於4.6401×10⁷ S/m）的電導率。

實施方式25：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層的厚度為5 μm至40 μm。

實施方式26：前述實施方式中的任一實施方式，其中層狀結構的厚度為0.1 μm至5 μm。

實施方式27：前述實施方式中的任一實施方式，其中層狀結構是通過將接觸層包層在基底上來形成的。

實施方式28：前述實施方式中的任一實施方式，其中層狀結構還包括設置在基底和接觸層之間的擴散阻擋層。

實施方式29：前述實施方式中的任一實施方式，其中擴散阻擋層包含鎳或鈮。

實施方式30：前述實施方式中的任一實施方式，其中擴散阻擋層的厚度為0.01 mm至0.05 mm。

實施方式31：前述實施方式中的任一實施方式，其中層狀結構還包括襯裡層，該襯裡層設置在與接觸層相反的基底的至少一部分上。

實施方式32：前述實施方式中的任一實施方式，其中襯裡層包含高強度的銅基合金或鐵基合金。

實施方式33：前述實施方式中的任一實施方式，其中襯裡層包含鋼。

實施方式34：前述實施方式中的任一實施方式，其中襯裡層的厚度為0.1 mm至1 mm。

實施方式35：前述實施方式中的任一實施方式，其中基底和/或接觸層是大致平坦的。

實施方式36：前述實施方式中的任一實施方式，其中基底是圓柱形的，接觸層圍繞圓柱形基底的外表面的至少一部分設置。

實施方式37：前述實施方式中的任一實施方式，其中層狀結構配置用於高功率應用。

實施方式38：前述任一實施方式的電端子或電連接器，其中電端子或電連接器配置為執行大於5000次的插入和拔出迴圈，例如大於10000次插入和拔出迴圈，而不會發生故障。

實施方式39：前述實施方式中的任一實施方式，其中當電端子或電連接器執行大於5000次插入和拔出迴圈時，例如，大於10000次插入和拔出迴圈，接觸電阻的增加小於30%、小於15%、小於10%、小於5%、小於3%、小於2%或小於1%。

實施方式40：充電端子，包括：基底，該基底的電導率大於60% IACS（或大於3.4801×10⁷ S/m）；和接觸層，該接觸層設置在基底的至少一部分上，其中充電端子展示出0.1至1.4的摩擦係數，如根據ASTM G99-17測量的。

實施方式41：接觸層組合物，包含：釤；銀；鎳；銅和/或鋅，其中該接觸層組合物展示出0.1至1.4的摩擦係數，如根據ASTM G99-17測量的。

實施方式42：前述實施方式中的任一實施方式，包含：0.001 wt%至10 wt%的釤；和/或50 wt%至99.9 wt%的銀。

實施方式43：前述實施方式中的任一實施方式，包含：50 wt%至99.9 wt%的銀；0.1 wt%至約20 wt%的鎳；1 wt%至30 wt%的銅；和0.001 wt%至10 wt%的鋅。

實施方式44：前述實施方式中的任一實施方式，其中接觸層展示出大於86% IACS（或大於4.9881×10⁷ S/m）的電導率。

實施方式45：前述實施方式中的任一實施方式，其中釤為氧化釤。

實施方式46：用於製備任一實施方式的層狀結構的方法，包括：提供基底；以及在基底上形成接觸層。

實施方式47：前述方法實施方式中的任一實施方式，其中在基底上形成接觸層包括在基底上形成包含釤金屬的合金。

實施方式48：前述方法實施方式中的任一實施方式，其中在基底上形成接觸層還包括通過將接觸層暴露於空氣以使至少一些釤金屬氧化。

實施方式49：前述方法實施方式中的任一實施方式，還包括在基底和接觸層之間形成擴散阻擋層，該擴散阻擋層可選地包括鎳或鈮。

實施方式50：前述方法實施方式中的任一實施方式，還包括在基底和接觸層之間形成襯裡層，該襯裡層可選地包括高強度的銅基或鐵基合金。

實施方式51：前述方法實施方式中的任一實施方式，其中接觸層、擴散阻擋層和/或襯裡層中的任何層是通過包層來實現的。

雖然已經詳細描述了本發明，但是在本發明的精神和範圍內進行修改對於發明所屬技術領域通常知識者而言將是顯而易見的。鑒於前述討論，與背景技術和具體實施方式有關的以上討論的本領域中的相關知識和參考文獻，其全部公開內容通過引用併入本文。另外，應該理解，下面和/或所附申請專利範圍中記載的本發明的各方面以及各種實施方式和各種特徵的部分可以全部或部分地組合或互換。在各種實施方式的前述描述中，如發明所屬技術領域通常知識者將理解的，可以將引用另一實施方式的那些實施方式與其他實施方式適當地組合。此外，發明所屬技術領域通常知識者將理解，前述描述僅是示例性的，並不意在進行限制。

100、200、300、400、500、600、900:層狀結構 102:基底 104、206:接觸層（嵌體） 304、904、904a、904b:貴金屬基接觸層（貴金屬基嵌體） 404:第一貴金屬基接觸層（第一貴金屬基嵌體） 406:第二貴金屬基接觸層（第二貴金屬基嵌體） 510:擴散阻擋層 612:加強層 910:插頭端 920:插座端

可以通過參考說明書和附圖的其餘部分來實現對所公開技術的性質和優勢的進一步理解。圖1示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的層狀結構的一個實施方式。圖2示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的層狀結構的另一個實施方式。圖3示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的層狀結構的另一個實施方式。圖4示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的層狀結構的另一個實施方式。圖5示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的層狀結構的另一個實施方式。圖6示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的層狀結構的另一個實施方式。圖7示意性地示出了包層工藝的一個實施方式。圖8A示意性地示出了包層工藝的另一個實施方式。圖8B示意性地示出了包層工藝的一個實施方式的更多細節。圖9A示意性地示出了可用於形成或產生充電端子或充電接觸部的層狀結構的另一個實施方式。圖9B示意性地示出了使用圖9A所示的層狀結構產生的充電端子的插頭端的一個實施方式。圖9C示意性地示出了使用圖9A所示的層狀結構產生的充電端子的插座端的一個實施方式。

100:層狀結構

102:基底

104:接觸層(嵌體)

Claims

一種層狀結構，包括：基底，所述基底的電導率大於40%國際退火銅標準（IACS）（或大於3.4801×10⁷ S/m）；以及接觸層，所述接觸層設置在所述基底的至少一部分上，其中所述接觸層展示出小於1.4的摩擦係數，如根據美國材料與試驗學會（ASTM）G99-17測量的，其中，所述接觸層的厚度為5 μm至40 μm。
如請求項1所述的層狀結構，其中所述接觸層包含稀土金屬，優選為釤。
如請求項1所述的層狀結構，其中所述接觸層包含釤銀合金。
如請求項1所述的層狀結構，其中所述接觸層包含小於5 wt%的釤。
如請求項1所述的層狀結構，其中所述接觸層包括：銀，優選50 wt%至99.9 wt%的銀；鎳，優選0.1 wt%至20 wt%的鎳；銅，優選1 wt%至30 wt%的銅；以及鋅，優選0.001 wt%至10 wt%的鋅。
如請求項1所述的層狀結構，其中所述接觸層或所述層狀結構展示出大於80% IACS（大於4.6401×10⁷ S/m）的電導率。
如請求項1所述的層狀結構，其中所述接觸層展示出100 Hv至120 HV的硬度。
如請求項1所述的層狀結構，其中所述層狀結構的厚度為0.1 mm至5 mm。
一種電端子或電連接器，所述電端子或電連接器包括如請求項1所述的層狀結構，其中，所述電端子或電連接器配置為執行大於5000次的插入和拔出迴圈而沒有故障。
如請求項9所述的電端子或電連接器，其中當所述電端子或電連接器執行至少5000次插入和拔出迴圈時，接觸電阻的增加小於30%、小於15%、小於10%、小於5%、小於3%、小於2%或小於1%。
一種充電端子，包括：基底，所述基底的電導率大於40% IACS；以及接觸層，所述接觸層設置在所述基底的至少一部分上，其中所述充電端子展示出0.1至1.4的摩擦係數，如根據ASTM G99-17測量的。
一種接觸層組合物，包括：釤；銀；鎳；銅；以及鋅，其中所述接觸層組合物展示出0.1至1.4的摩擦係數，如根據ASTM G99-17測量的。
一種用於製備層狀結構的方法，所述方法包括：提供基底；以及在所述基底上形成接觸層，其中所述接觸層包含釤；銀；鎳；銅；和鋅，其中接觸層組合物展示出0.1至1.4的摩擦係數，如根據ASTM G99-17測量的。
如請求項13所述的方法，其中形成包括通過將所述接觸層暴露於空氣來使至少一些釤金屬氧化。
如請求項13所述的方法，更包括：在所述基底和所述接觸層之間形成包含鎳或鈮的擴散阻擋層；和/或在所述基底和所述接觸層之間形成包含高強度的銅基或鐵基合金的襯裡層，其中所述接觸層、所述擴散阻擋層和所述襯裡層中的任何層的形成可選地通過包層來實現。