TWI407469B - 電氣接點材料及其製造方法 - Google Patents

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Description

電氣接點材料及其製造方法
本發明係關於一種電氣接點材料及其製造方法。
電氣接點零件，以往雖利用電氣傳導性良好之銅或銅合金，但近年來由於接點特性提高，使用裸銅或銅合金之情形減少，而傾向製造、利用於銅或銅合金上進行各種表面處理之材料。特別是當作電氣接點材料較多利用之物，係在電氣接點部施加貴金屬鍍敷者。其中，金、銀、鈀(palladium)、白金、銥(iridium)、銠(rhodium)、釕(ruthenium)等貴金屬，由於該材料所具有之穩定性或具有良好之電氣傳導率等，而利用於各種電氣接點材料，尤其是銀在金屬中電氣傳導性最良好，且在貴金屬類中其價格比較低廉，故廣泛使用於多方面。又，將此等貴金屬被覆於電氣接點部之材料等亦有許多種。
最近之電氣接點材，於汽車線束用連接器端子、行動電話機裝載之接觸開關、或記憶卡及PC卡之端子等伴隨反覆插拔或滑動的電氣接點材，係利用所謂耐磨耗性良好之電氣接點材料。關於耐磨耗性之提高，廣泛使用者一般係硬質銀或硬質金之接點材料。再者，亦已研究開發使微粒子分散之鍍敷或被覆材料等，就電氣接點材料之滑動特性而言已開發各種表面處理材料。例如，日本特開平03－191084號公報揭示如下之構成，即，藉由在特定硬度與表面粗糙度之銅材施加鎳底層鍍、鈀中層鍍、金表層鍍，以謀求耐磨耗性及耐蝕性之提高，將母材調整為維氏(Vicker’s)硬度230以下，表面粗糙度(Rz)45 μm以下，且鍍敷構成係3.0 μm以下半光澤或無光澤鎳底層鍍，1.5 μm以下光澤鈀或光澤鈀－鎳合金中層鍍，及0.1~0.5 μm金或金合金表層鍍。
然而，習知進行硬質銀或硬質金處理之電氣接點材料，若使用於需要滑動之部位，則此等貴金屬會立即消耗，使基材表面露出以致時常引起滑動接點材之導適不良。相對於此，雖亦採用加厚貴金屬厚度以提高耐滑動性等方法，但因大量使用昂貴之貴金屬，故有使製造成本上升之缺點。又，日本特開平03－191084號公報所揭示之鍍敷材，有限定母材，且有限定所處理之鍍敷金屬，並表示有最表層之10點平均粗糙度Rz，但在滑動接點材因最表面會立即消失，故最表面之粗糙度限定對滑動接點材之特性提升並不足夠。又，亦存在具有以被覆方法形成之貴金屬層的滑動接點材，但由於被覆方法不能實現目前技術之μm~nm單位之薄膜化，故有貴金屬利用量多且製造成本上升之問題點。
本發明之課題在於提供一種電氣接點材料及其製造方法，該電氣接點材料能解決上述問題點，滑動特性或耐磨耗性良好，長壽命，且能以低成本製造。
對上述問題點進行研究開發之結果，本發明人發現：在導電性基體上設置算術平均粗糙度Ra＝(A)μm之由貴金屬或者以貴金屬為主成分之合金構成的第1層以及皮膜厚度為0.001×(A)μm以上、(A)μm以下之位於其上層且由第1層形成元素、該合金以外之貴金屬、或該合金構成的第2層，藉此能使電氣接點材料成為耐磨耗性或滑動特性良好之接點材料。亦即，發現當利用最表面之第2層之貴金屬作為接點材時，因初期之接觸或滑動多少會產生磨耗，而該磨耗粉屑會優先埋沒於形成在第1層之具有算術平均粗糙度Ra＝(A)μm之由貴金屬或者以其等成分為主成分之合金構成之皮膜的凹凸部。其結果，第2層係貴金屬且不會特別氧化或變質而埋沒於槽內，接觸狀態表觀上成為2種類以上之異種貴金屬之接觸，藉由延展性、潤滑效果使作為滑動接點材之壽命提高，能獲得更穩定之接觸阻力，因此完成本發明。
依據本發明，能提供以下之方法。
(1)一種電氣接點材料，係在導電性基體上設有算術平均粗糙度Ra＝(A)μm之由貴金屬或者以貴金屬為主成分之合金構成之第1層以及皮膜厚度為0.001×(A)μm以上、(A)μm以下之位於該第1層上層且由貴金屬或者以貴金屬為主成分之合金構成之第2層，其特徵在於：形成該第1層之貴金屬或形成該第1層之合金之主成分之貴金屬、與形成該第2層之貴金屬或形成該第2層之合金之主成分之貴金屬係不同元素。
(2)如(1)項之電氣接點材料，其中，該(A)係0.05~0.5。
(3)如(1)或(2)項之電氣接點材料，其中，該第1層及第2層中至少一層係以鍍敷來設置。
(4)一種電氣接點材料之製造方法，其特徵在於：具有將該第1層及第2層中至少一層以鍍敷來設置之步驟；該電氣接點材料係(1)或(2)項之電氣接點材料。
本發明之上述及其他特徵及優點，可適當參照附加圖式，從以下之說明得以明瞭。
本發明之電氣接點材料，係在導電性基體上設置算術平均粗糙度Ra＝(A)μm之由貴金屬或者以貴金屬為主成分之合金構成之第1層以及皮膜厚度為0.001×(A)μm以上、(A)μm以下之位於該第1層上層且由貴金屬或者以貴金屬為主成分之合金構成之第2層；形成該第1層之貴金屬或形成該第1層之合金之主成分之貴金屬、與形成該第2層之貴金屬或形成該第2層之合金之主成分之貴金屬係不同元素。又，以貴金屬為主成分之合金，通常係指貴金屬占該合金之50質量%以上，較佳為占80質量%以上之成分。
又，當第1層與第2層含有相同貴金屬元素，其中第1層之貴金屬元素與其他元素之質量比均為50質量%’且第2層之貴金屬元素與其他元素之質量比均為50質量%時，定義如下。
(1)當第1層之其他元素或第2層之其他元素中至少一者係貴金屬元素時，因其他貴金屬元素為50質量%，故第1層主成分之貴金屬元素與第2層主成分之貴金屬元素不同。
(2)當第1層之其他元素及第2層之其他元素不是貴金屬元素時，只要第1層之其他元素與第2層之其他元素不是同一元素，則本發明特別將第1層主成分之貴金屬元素與第2層主成分之貴金屬元素視為不同。
(3)當第1層之其他元素及第2層之其他元素相同時，第1層與第2層之組成相同，本發明不將第1層主成分之貴金屬元素與第2層主成分之貴金屬元素視為不同。
又，第1層之其他元素及第2層之其他元素為相同貴金屬元素，且第1層或第2層之一者中其他元素之貴金屬元素之質量比未滿50%，第1層或第2層之另一者係50質量%時，第1層主成分之貴金屬元素與第2層主成分之貴金屬元素不同。
圖1係以示意方式表示本發明一實施形態的截面圖。本實施形態，在導電性基體1上面設有第1層2，在其上面設有第2層3。圖2係以示意方式表示本發明另一實施形態的截面圖。此處，在導電性基體1上面設有第1層2及第2層3所構成之被覆層之底層4。圖3係以示意方式表示本發明再一實施形態的截面圖。此處，在導電性基體1上設有底層4，在底層4上部分地設有第1層2及第2層3所構成之被覆層，可謀求節省貴金屬之成本降低。又，圖3中，設在導電性基體1上之底層4亦可部分地設置，例如亦可僅在設有第1層2及第2層3所構成之被覆層處(配合被覆層之形狀)設置。圖1~圖3中，為簡化圖示，以直線表示第1層2及第2層3之邊界，但實際上如圖4之部分放大截面圖之示意，導電性基體1上之第1層2表面係具有算術平均粗糙度Ra＝(A)μm之凹凸，第2層3之膜厚係以0.001×(A)μm以上、(A)μm以下之方式形成。又，如圖5之部分放大截面圖之示意，例如當在第2層3使用光澤鍍敷時等，亦可將第2層3在凹部形成的厚、凸部形成的薄。又，此時，例如亦可在鍍敷後將表面輕輕地拋光加以除去，僅在凹部被覆第2層3。此處，當將第2層3在凹部形成的較厚、凸部形成的較薄時，第2層3之膜厚係以算術平均來定義。
利用於本發明電氣接點材之導電性基體，可適用銅、鎳、鐡、或此等之合金，或在鋼材與鋁材等被覆銅或銅合金之複合材等。
本發明之電氣接點材，可設有或不設有第1層之底層，但亦可設置例如鎳及其合金、鈷及其合金、或銅及其合金所構成之底層以提高基材成分之擴散障壁(barrier)或密合性。特別是當以電鍍處理來形成較導電性基體昂貴之金屬時，為了提高密合性或防止取代，施加閃鍍(flash)或試鍍(strike)等底層處理亦有效。又，底層亦可有複數層，較佳為依被覆規格用途等設置各種底層構成。底層之合計厚度較佳為0.1~1.0 μm。
具有算術平均粗糙度Ra＝(A)μm之由貴金屬或者以該成分為主成分之合金所構成的第1層，係導電特性良好之貴金屬層。較佳為(A)係0.05~0.5，更佳為0.1~0.2。當(A)值超過0.5時，因表面粗糙度大故當作滑動接點材之耐磨耗性降低，滑動特性差。第1層之厚度並不特別限定，但因貴金屬厚度愈厚則成本愈高，故較佳為第1層之被覆厚度係0.2~5 μm左右。
本發明中，形成第1層及第2層之貴金屬係標準電極電位為正之金屬，例如可列舉：金、銀、銅、鈀、白金、銥、銠、釕等，較佳為金、銀、鈀、白金。
然而，形成第1層之貴金屬或形成第1層之合金之主成分之貴金屬、與形成第2層之貴金屬或形成該第2層之合金之主成分之貴金屬係不同。
第2層係由施加於第1層之元素或其合金以外之貴金屬構成之皮膜厚度(A)μm以下之皮膜層，用以保護第1層，且設有與導電特性良好之第1層不同之貴金屬層者。該第2層係初期之滑動面，但藉由將第2層埋沒於第1層之Ra＝(A)μm之凹凸，能形成兼具當作接點材必備之低接觸阻力特性或當作滑動接點必備之功能之表面潤滑性、耐磨耗性之層。第2層只要是可埋沒第1層之凹凸左右之厚度即可，其厚度係0.001×(A)μm以上、(A)μm以下，較佳為0.001(A)~0.5(A)μm。若第2層之厚度為(A)μm以上，則會被覆成為第1層所限定之Ra＝(A)μm之凹凸以上，不僅使效果降低且由於貴金屬之使用量增加而導致成本提高。
為製造本發明之電氣接點材，能利用鍍敷、被覆、蒸鍍、濺鍍等各種皮膜形成法，但較佳為將第1層及第2層中至少一層以鍍敷來設置，更佳為將第1層及第2層以鍍敷來形成。鍍敷能適當選擇通常所用之鍍敷來使用，但特別容易形成薄膜之方法，較佳為利用電鍍法。電鍍液之組成及鍍敷條件能以一般方法進行。又，為抑制所需貴金屬量，將第1層或第2層，或其雙方之貴金屬被覆層，部分地施加成條紋(stripe)狀或斑點(spot)狀等亦為有用。
本發明之被覆層，不論外觀種類(特別是光澤、半光澤、無光澤)如何，全部均能適用。又，僅上述發明亦可具有足夠效果，但為使其更強固較佳為將通常所使用之各種添加劑、分散劑、分散粒子等複合於1層以上。
依據本發明，能以低成本製造滑動特性或耐磨耗性良好且長壽命之電氣接點材料。
(實施例)
以下，依據實施例更詳細說明本發明，但本發明並不限定於此等。
對厚度0.3mm、寬度18mm之C14410條(銅基體)進行電解脫脂、酸洗之前處理後，製作第1表所示之鍍敷構成材，獲得本發明及比較例之電氣接點材料。
各鍍敷厚度，係使用螢光X線膜厚測定裝置(SFT9400：SII製)，以準直儀(collimator)徑Φ 0.5mm、測定時間60sec.測定任意表面10點，算出其平均值。
將上述各鍍敷之鍍液組成及鍍敷條件表示如下。
[Ni鍍敷]鍍液：Ni(NH2 SO3 H)500g/l，NiCl2 30g/l，H3 BO3 30g/l鍍敷條件：電流密度15A/dm2 ，溫度50℃[Co鍍敷]鍍液：CoSO4 400g/l，NaCl 20g/l，H3 BO4 40g/l鍍敷條件：電流密度5A/dm2 ，溫度30℃[Cu鍍敷]鍍液：CuSO4 ．5H2 O 250g/l，H2 SO4 50 g/l，NaCl 0.1g/l鍍敷條件：電流密度6A/dm2 ，溫度40℃[Ag試鍍]鍍液：AgCN 5g/l，KCN 60g/l，K2 CO3 30g/l鍍敷條件：電流密度2A/dm2 ，溫度30℃[Ag鍍敷]鍍液：AgCN 50g/l，KCN 100g/l，K2 CO3 30g/l鍍敷條件：電流密度0.5~3A/dm2 ，溫度30℃[光澤Ag鍍敷]鍍液：AgCN 5g/l，KCN 100 g/l，K2 CO3 30g/l，NaS2 O3 1.58 g/l鍍敷條件：電流密度1A/dm2 ，溫度30℃[Pd－Ni合金鍍敷：Pd/Ni(%)80/20]鍍液：Pd(NH3 )2 Cl2 40g/l，NiSO4 45 g/l，NH4 OH 90 ml/l，(NH4 )2 SO4 50g/l鍍敷條件：電流密度1A/dm2 ，溫度30℃[Pd鍍敷]鍍液：Pd(NH3 )2 Cl2 45g/l，NH4 OH 90ml/l，(NH4 )2 SO4 50g/l鍍敷條件：電流密度1A/dm2 ，溫度30℃[Au鍍敷]鍍液：KAu(CN)2 14.6g/l，C6 H8 O7 150g/l K2 C6 H4 O7 180g/l，EDTA－Co(II)3g/l，哌嗪(piperazine)2g/l鍍敷條件：電流密度1A/dm2 ，溫度40℃[Ru鍍敷]鍍液：RuNOCl3 ．5H2 O 10g/l，NH2 SO3 H 15g/l鍍敷條件：電流密度1A/dm2 ，溫度50℃
關於上述電氣接點材料，為求出滑動特性，於當作滑動接點使用之部分，以如下之條件進行動磨擦係數測定及接觸阻力測定，將其結果及製造成本示於第2表。
[動磨擦係數測定]使用包登(bauden)滑動試驗裝置，進行動磨擦係數測定。測定條件如下。
R＝2.0mm鋼球探針，滑動距離10mm，滑動速度100mm/min，滑動次數反覆100次，負重10g，65%Rh，25℃
[接觸阻力測定]使用4端子法，進行被覆初期及動磨擦係數試驗經過時之接觸阻力測定。測定條件係Ag探針R＝2mm，負重10g，讀取10mA通電時之阻力值。
又，表2中，將各實施例及比較例之電氣接點材料製造所費成本從低至高分類成○△×之4階段。又，綜合評價亦從優至劣分類成○△×之4階段。綜合評價中○係實用水準。
依據上述結果，實施例獲得穩定之動磨擦係數及接觸阻力。相對於此，比較例1、3、4、5及6，若滑動次數接近100次則接觸阻力增加，又，比較例2成本高，均非實用水準。
本發明之電氣接點材料能適當使用於例如汽車線束用連接器端子、行動電話機裝載之接觸開關、或記憶卡及PC卡之端子等伴隨反覆插拔或滑動的電氣接點材。
以上說明本發明與其實施形態，但除非特別指定外本發明並不限定於說明書中任何細節，並不違背申請專利範圍所示之發明精神與範圍而應作廣泛解釋。
本發明係依據2006年3月17日在日本國申請專利之日本特願2006－075231及2007年3月14日在日本國申請專利之日本特願2007－065855而主張優先權，參照此等申請書並援引其內容作為本說明書記載之一部分。
1．．．導電性基體
2．．．第1層
3．．．第2層
4．．．底層
圖1係以示意方式表示本發明一實施形態的截面圖。
圖2係以示意方式表示本發明另一實施形態的截面圖。
圖3係以示意方式表示本發明再一實施形態的截面圖。
圖4係以示意方式表示本發明一實施形態之第1層與第2層之邊界的部分放大截面圖。
圖5係以示意方式表示本發明另一實施形態之邊界的部分放大截面圖。
1．．．導電性基體
2．．．第1層
3．．．第2層

Claims (7)

  1. 一種滑動接點用電氣接點材料，係在導電性基體上設有算術平均粗糙度Ra=(A)μm之由貴金屬或者以貴金屬為主成分之合金構成之第1層以及皮膜厚度為0.001×(A)μm以上、(A)μm以下之位於該第1層上層且由貴金屬或者以貴金屬為主成分之合金構成之第2層，其特徵在於：形成該第1層之貴金屬或形成該第1層之合金之主成分之貴金屬，與形成該第2層之貴金屬或形成該第2層之合金之主成分之貴金屬係不同元素；該(A)係0.05~0.5。
  2. 如申請專利範圍第1項之滑動接點用電氣接點材料，其中，形成該第1層之貴金屬係選自金、銀、鈀、白金。。
  3. 如申請專利範圍第1項之滑動接點用電氣接點材料，其中，該第1層及第2層中至少一層係以鍍敷來設置。
  4. 如申請專利範圍第1項之滑動接點用電氣接點材料，其中，該算術平均粗糙度Ra為0.05~0.2。
  5. 如申請專利範圍第1項之滑動接點用電氣接點材料，其中，該算術平均粗糙度Ra為0.1~0.2。
  6. 一種滑動接點用電氣接點材料之製造方法，其特徵在於：具有將該第1層及第2層中至少一層以鍍敷來設置之步驟；該滑動接點用電氣接點材料係申請專利範圍第1項之滑動接點用電氣接點材料。
  7. 一種滑動接點材，係利用申請專利範圍第1項之滑動接點用電氣接點材料製造。
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