TWI765040B - 鍍錫銅端子材、端子及電線終端部構造 - Google Patents

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Abstract

提供鍍錫銅端子材、由該端子材所成的端子及使用該端子的電線終端部構造,該鍍錫銅端子材具有基材、中間鋅層、錫層,有效抑制伽凡尼腐蝕,該基材係由銅或銅合金所成,該中間鋅層係形成於前述基材之上,由鋅合金所成,厚度為0.10μm以上、5.00μm以下,該錫層係形成於前述中間鋅層之上,由錫或錫合金所成,小傾角晶界相對於全晶界的長度佔有的長度的比率為2%以上、30%以下。

Description

鍍錫銅端子材、端子及電線終端部構造
本發明涉及鍍錫銅端子材、由該端子材所成的端子及使用該端子的電線終端部構造。
本案基於2017年5月16日申請之特願2017-096979號主張優先權,於此援用其內容。
歷來進行:將壓接於導線的終端部的端子連接於設在別的機器的端子,從而將該導線連接於上述別的機器。導線及端子一般而言由導電性高的銅或銅合金形成,惟為了輕量化等,亦採用鋁製或鋁合金製的導線。
例如,於專利文獻1,已揭露一種附端子電線,對由鋁或鋁合金所成的導線,壓接由形成鍍錫層的銅(銅合金)所成的端子,搭載於汽車等的車輛。
以鋁或鋁合金構成導線,以銅或銅合金構成端子時,水進入端子與導線之間時,發生異金屬的電位差所致的伽凡尼腐蝕,導線會腐蝕,恐發生在壓接部的電阻值之上升、壓接力的降低。
為了防止伽凡尼腐蝕,例如在專利文獻1,在端子的基材層與錫層之間,形成由對基材層具有犠牲防蝕作用的金屬(鋅或鋅合金)所成的防蝕層。
示於專利文獻2的連接器用電氣接點材料具有:由金屬材料所成的基材、形成於基材上的合金層、形成於合金層的表面的導電性皮膜層。合金層必須含有Sn(錫),進一步包含從Cu、Zn、Co、Ni及Pd選擇的1種以上的添加元素。導電性皮膜層方面,已揭露包含Sn3 O2 (OH)2 (氫氧化物)者。
對Sn添加Zn之例方面,於專利文獻3已揭露鍍Sn材。此鍍Sn材係於銅或銅合金的表面,依序具有基底鍍Ni層、中間鍍Sn-Cu層及表面鍍Sn層。於此鍍Sn材,基底鍍Ni層係以Ni或Ni合金而構成,中間鍍Sn-Cu層係以至少在與表面鍍Sn層相接之側形成Sn-Cu-Zn合金層的Sn-Cu系合金而構成,表面鍍Sn層係以含有5~1000質量ppm的Zn之Sn合金而構成,最表面進一步具備Zn濃度超過0.2質量%且至10質量%的Zn高濃度層。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-218866號公報   [專利文獻2]日本特開2015-133306號公報   [專利文獻3]日本特開2008-285729號公報
[發明所欲解決之問題]
如專利文獻1般在錫層的基底設置由鋅或鋅合金所成的防蝕層的情況下,具有在對防蝕層上實施鍍Sn處理之際發生Sn置換而使防蝕層與鍍Sn層的密接性變差如此的課題。
如專利文獻2般設置包含Sn3 O2 (OH)2 (氫氧化物)的導電性皮膜層的情況下,具有由於在曝於腐蝕環境、加熱環境之際於導電性皮膜層迅速產生缺損故持續性低如此的課題。再者如專利文獻3般在Sn-Cu系合金層(中間鍍Sn-Cu層)上層積Sn-Zn合金(表面鍍Sn層)且在最表層具有Zn高濃度層者係Sn-Zn合金鍍層的生產性差,具有在Sn-Cu系合金層的銅曝露於表層的情況下喪失對於鋁製的導線的防蝕效果如此的課題。
本發明係鑑於前述的課題而創作者,目的在於提供有效抑制伽凡尼腐蝕的鍍錫銅端子材、由該端子材所成的端子及使用該端子的電線終端部構造。 [解決問題之技術手段]
本發明的鍍錫銅端子材具有:基材,其由銅或銅合金所成;中間鋅層,其形成於前述基材之上,由鋅合金所成,厚度0.10μm以上5.00μm以下;錫層,其形成於前述中間鋅層之上,由錫或錫合金所成,小傾角晶界相對於全晶界的長度佔有的長度的比率為2%以上、30%以下。
此鍍錫銅端子材係在表面的錫層之下,設置由腐蝕電位比錫接近鋁的鋅合金所成的中間鋅層,該鋅擴散至錫層表面,故表面的腐蝕電位被卑化。藉此,具有防止在接觸於腐蝕電位比銅卑的鋁製的導線等的情況下的異種金屬接觸腐蝕(伽凡尼腐蝕)的功效。
此情況下,中間鋅層的厚度不足0.10μm時,鋅往錫層表面的擴散變不充分,使表面的腐蝕電位卑化的功效變不充分,腐蝕電流變高。另一方面,中間鋅層的厚度超過5.00μm時,彎曲加工時恐發生破裂。
存在於錫層之下之中間鋅層的鋅通過錫層的晶界而供應至表面,惟晶界之中通過小傾角晶界的鋅的擴散係速度變慢,無助於鋅的擴散(亦即腐蝕電位的卑化)。為此適切地設定小傾角晶界的比率,使得可控制為期望的鋅擴散速度。小傾角晶界長度比率不足2%時,鋅的供應變過量,容易產生晶鬚。小傾角晶界長度比率超過30%時,鋅的擴散變不充分,使腐蝕電位卑化的功效變不充分,腐蝕電流變高。
於本發明的鍍錫銅端子材,相對於銀氯化銀電極的腐蝕電位可為-500mV以下、-900mV以上。此情況下,可抑制腐蝕電流為低,具有優異的防蝕效果。
於本發明的鍍錫銅端子材,前述中間鋅層作為添加元素,包含鎳、鐵、錳、鉬、鈷、鎘、鉛中的任一種以上,前述中間鋅層中的鋅的含量為65質量%以上、95質量%以下即可。
由於含有此等添加元素,使得具有抑制鋅的過量的擴散,抑制晶鬚的發生的功效。鋅的含量超過95質量%時,鋅往錫層表面的擴散變過量,接觸電阻變高,同時晶鬚抑制效果變缺乏。鋅的含量不足65質量%時,鋅的擴散不足,腐蝕電流容易變高。
於本發明的鍍錫銅端子材,前述錫層的平均晶粒度為0.5μm以上、8.0μm以下即可。
錫層的平均晶粒度不足0.5μm時,晶界密度過高,鋅擴散過量,錫層的耐蝕性不良化,曝於腐蝕環境的錫層發生腐蝕,與導線的接觸電阻恐不良化。另一方面,錫層的平均晶粒度超過8.0μm時,鋅的擴散不足,就導線進行防蝕的功效變缺乏。
於本發明的鍍錫銅端子材,可在前述錫層之上具有表面金屬鋅層。此情況下,可更確實抑制與導線的接觸所致的伽凡尼腐蝕的發生。
前述表面金屬鋅層係鋅濃度為5at%以上、40at%以下、厚度為SiO2 換算下1.0nm以上、10.0nm以下更佳。
於本發明的鍍錫銅端子材,可在前述基材與前述中間鋅層之間,具有基底層,該基底層由鎳或鎳合金所成,厚度為0.10μm以上、5.00μm以下,鎳含量為80質量%以上。
基材與中間鋅層之間的基底層具有以下功能:提高此等間的密接性,同時防止銅從由銅或銅合金所成的基材往中間鋅層、錫層的擴散。基底層的厚度不足0.10μm時缺乏防止銅的擴散的功效,若超過5.00μm則在沖壓加工時容易發生破裂。此外,基底層的鎳含量不足80質量%時,防止銅往中間鋅層、錫層擴散的功效小。
本發明的鍍錫銅合金端子材可具有:帶板狀的承載部;複數個端子用構材,其隔間隔而配置於前述承載部的長度方向,連結於前述承載部。
本發明的端子係由上述的鍍錫銅端子材所成的端子。本發明的電線終端部構造係該端子壓接於具有鋁製或鋁合金製的導線的電線的終端而成。 [對照先前技術之功效]
依本發明的鍍錫銅端子材時,鋅擴散於錫層使得腐蝕電位被卑化,故具有對於腐蝕電位低的導線的防蝕效果。此外,萬一錫層消失的情況下,仍可透過中間鋅層防止導線的伽凡尼腐蝕,抑制電阻值之上升、固著力的降低。
就本發明的實施方式的鍍錫銅端子材1、端子10及電線終端部構造進行說明。本實施方式的鍍錫銅端子材1如於圖2示出整體,為供於形成複數個端子10用的帶板材(strip material),沿著帶板材的長度方向的承載部21、於承載部21的長度方向上隔間隔配置而分別成形為端子10的複數個端子用構材22,經由窄寬的連結部23而連結。各端子用構材22係成形為如示於圖3的端子10的形狀,從連結部23切斷,從而完成為端子10。端子10在本實施方式雖例示陰端子而進行說明,惟亦可為陽端子。
端子10(在圖3之例係陰端子)係被嵌塞電線12的遮蓋部12b的遮蓋嵌塞部14、被嵌塞屬從電線12的遮蓋部12b曝露的導線之芯線12a的芯線嵌塞部13、被嵌合陽端子(圖示略)的連接部11從基端被依此順序形成為一體。
圖4係示出將端子10嵌塞於電線12的電線終端部構造。於此構造,芯線嵌塞部13與電線12的芯線12a直接接觸。
鍍錫銅端子材1係如於圖1示意性示出剖面,在由銅或銅合金所成的基材2上,由鎳或鎳合金所成的基底層3、由鋅合金所成的中間鋅層4、由錫或錫合金所成的錫層5被依此順序而層積。
基材2係只要為由銅或銅合金所成者,則其組成無特別限定。
由鎳或鎳合金所成的基底層3係厚度為0.10μm以上、5.00μm以下,鎳含量係80質量%以上。此基底層3具有以下功能:提高基材2與中間鋅層4的密接性,同時防止銅從基材2往中間鋅層4、錫層5的擴散。
基底層3的厚度不足0.10μm時,缺乏防止銅的擴散的功效,若超過5.00μm則在沖壓加工時容易發生破裂。基底層3的厚度係0.30μm以上、2.00μm以下較優選。
基底層3的鎳含量係不足80質量%時防止銅往中間鋅層4、錫層5擴散的功效小。此鎳含量係設為90質量%以上較優選。
由鋅合金所成的中間鋅層4係厚度為0.10μm以上、5.00μm以下,添加元素方面包含鎳、鐵、錳、鉬、鈷、鎘、鉛中的任一種以上,鋅的含量為65質量%以上、95質量%以下。鋅的含量係75質量%以上、90質量%以下較優選。
中間鋅層4的厚度不足0.10μm時,鋅往錫層5的擴散變不充分,使表面的電位卑化的功效不充分,腐蝕電流變高。另一方面,中間鋅層的厚度為5.00μm以上時,彎曲加工時恐發生破裂。中間鋅層4的厚度係0.40μm以上、2.00μm以下較優選。
中間鋅層4含有鎳、鐵、錳、鉬、鈷、鎘、鉛中的任一種以上的添加元素,使得具有抑制鋅的過量的擴散、抑制晶鬚的產生的功效。鋅的含量超過95質量%時,鋅往錫層5表面的擴散變過量,接觸電阻變高,同時晶鬚抑制效果變缺乏。鋅的含量不足65質量%時,鋅的擴散不足,腐蝕電流變高。鋅的含量係75質量%以上、90質量%以下特優選。
由錫或錫合金所成的錫層5係相對於全晶界的長度,小傾角晶界的長度的比率(小傾角晶界長度比率)為2%以上、30%以下。此處晶界及小傾角晶界係利用掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)透過背向散射電子束繞射(Electron Backscatter Diffraction Pattern:EBSD或EBSP)法而測定,使鄰接的測定點間的方位差2°以上的測定點為晶界,再者使此等晶界之中鄰接的測定點間的方位差不足15°的晶界為小傾角晶界。
錫層5的小傾角晶界長度比率不足2%時,鋅的供應(往錫層5的擴散)變過量,容易產生晶鬚。小傾角晶界長度比率超過30%時,鋅的擴散變不充分,使表面的腐蝕電位卑化的功效變不充分,腐蝕電流變高。此小傾角晶界長度比率係5%以上、15%以下較優選。
錫層5的平均晶粒度係0.5μm以上、8.0μm以下。平均晶粒度不足0.5μm時,晶界密度過高,鋅擴散過量,錫層5的耐蝕性不良化,曝於腐蝕環境的錫層5腐蝕,與電線12的芯線12a(鋁製導線的束)的接觸電阻恐不良化。平均晶粒度超過8.0μm時,鋅的擴散不足,就鋁製的芯線12a進行防蝕的功效變缺乏。
錫層5的厚度係0.2μm以上、5μm以下為優選。在此錫層5的表面附近,從中間鋅層4擴散的金屬鋅濃縮。
相對於鋁的腐蝕電位為-700mV以下、 -900mV以上,如此的構成的鍍錫銅端子材1係相對於銀氯化銀電極的腐蝕電位為-500mV以下、-900mV以上(-500mV~-900mV),故具有優異的防蝕效果。
接著,就鍍錫銅端子材1的製造方法進行說明。作為基材2,準備由銅或銅合金所成的板材。對此板材,施行裁斷、開孔等的加工,使得成形為如示於圖2的複數個端子用構材22經由連結部23連結於承載部21而成的帶板材。然後,對此帶板材,進行脫脂、酸洗等的處理從而使表面清淨後,將供於形成基底層3用的鎳鍍層處理或鎳合金鍍層處理、供於形成中間鋅層4用的鋅鍍層處理或鋅合金鍍層處理、供於形成錫層5用的錫鍍層處理或錫合金鍍層處理依此順序實施。
供於形成基底層3用的鎳鍍層處理或鎳合金鍍層處理,只要為獲得緻密的鎳主體的膜者則不特別限定,可利用在使用周知的瓦特浴、胺基磺酸浴、檸檬酸浴等下的電鍍。鎳合金方面,可利用鎳鎢(Ni-W)合金、鎳磷(Ni-P)合金、鎳鈷(Ni-Co)合金、鎳鉻(Ni-Cr)合金、鎳鐵(Ni-Fe)合金、鎳鋅(Ni-Zn)合金、鎳硼(Ni-B)合金等。酌量端子用構材22(端子10)方面的沖壓彎曲性與相對於銅的屏障性時,從胺基磺酸浴獲得的純鎳鍍層為優選。
供於形成中間鋅層4用的鋅鍍層處理或鋅合金鍍層處理係只要可獲得期望的組成的緻密的膜則不特別限定,惟從生產性的觀點而言,利用電解電鍍法為優選。鋅鍍層處理方面,可利用周知的硫酸鹽浴、氯化物浴、鋅酸鹽浴等。鋅合金鍍層處理方面可採用:利用硫酸鹽浴、氯化物浴、鹼浴下的鎳鋅合金鍍層處理、利用包含檸檬酸等的錯合劑浴下的錫鋅合金鍍層處理、利用硫酸鹽浴下的鋅鈷合金鍍層處理、利用含檸檬酸之硫酸鹽浴下的鋅錳合金鍍層處理、利用硫酸鹽浴下的鋅鉬鍍層處理。此外,亦可採用蒸鍍法。
供於形成錫層5用的錫鍍層處理或錫合金鍍層處理需要將小傾角晶界長度比率控制為最佳的值。為此,例如可採用利用有機酸浴(例如酚磺酸浴、鏈烷磺酸浴或烷醇磺酸浴)、酸性浴(硼氫氟酸浴、鹵素浴、硫酸浴、焦磷酸浴等)或鹼浴(鉀浴、鈉浴等)等下的電鍍處理。酌量高速成膜性、皮膜的緻密度及鋅的擴散容易度時,利用酸性的有機酸浴、硫酸浴,添加非離子性界面活性劑於浴中作為添加劑即可。此情況下,可透過浴溫與添加劑的設定,控制晶粒度與小傾角晶界長度比率。進行迴銲等的熔融處理時,小傾角晶界長度比率變非常高,故不進行之。
透過如此的處理,鋅從中間鋅層4往錫層5擴散,同時亦發生錫從錫層5往中間鋅層4的擴散(相互擴散)。要在常溫下使中間鋅層4與錫層5之間的相互擴散進行,需要在使中間鋅層4的表面為清淨的狀態後層積錫層5。在中間鋅層4表面迅速形成氫氧化物、氧化物,故透過鍍層處理進行連續成膜的情況下,為了除去氫氧化物、氧化物而以氫氧化鈉水溶液、氯化銨水溶液進行洗淨後,直接形成鍍錫膜層即可。在以蒸鍍等乾式法形成錫層5之際,將中間鋅層4表面透過氬氣濺鍍處理進行蝕刻後形成錫層5即可。
如此般而製造的鍍錫銅端子材1,作為整體,在基材2之上,由鎳或鎳合金所成的基底層3、由鋅合金所成的中間鋅層4、錫層5被依此順序層積。
然後,透過沖壓加工等在保持帶板材的情況下將端子用構材22加工為示於圖3的端子10的形狀,將連結部23切斷,從而形成端子10。
圖4係示出將端子10嵌塞於電線12的終端部。透過此構造,芯線嵌塞部13直接接觸於電線12的芯線12a。
端子10係腐蝕電位比錫更接近鋁的鋅擴散於錫層5,故防止鋁的腐蝕的功效高,即使為壓接於鋁製的芯線12a的狀態,仍可有效防止伽凡尼腐蝕的發生。
此外,以示於圖2的帶板材的狀態進行鍍層處理,故端子10即使在端面,基材2仍不會曝露,故發揮優異的防蝕效果。
並且,由於在錫層5之下形成中間鋅層4,故萬一因磨耗等使得錫層5的全部或一部分消失的情況下,仍可透過腐蝕電位接近鋁的中間鋅層4,確實抑制伽凡尼腐蝕的發生。
另外,本發明非限定於上述實施方式,在不脫離本發明的趣旨的範圍下可施加各種的變更。
例如,在前面的實施方式係透過錫層5形成鍍錫銅端子材1的最表面,惟亦可如示於圖5的鍍錫銅端子材100,在錫層5之上形成表面金屬鋅層6。透過表面金屬鋅層6形成表面,故可更確實抑制與鋁製導線的接觸所致的伽凡尼腐蝕的發生。
表面金屬鋅層6係中間鋅層4中的鋅經由錫層5擴散至表面,使得形成於錫層5的表面。亦可為了確實形成表面金屬鋅層6,進一步就前述的實施方式的鍍錫銅端子材1進行熱處理。熱處理條件方面,以30℃以上、160℃以下的溫度保持30分以上、60分以下的時間即可。
表面金屬鋅層6係優選上鋅濃度為5at%以上、40at%以下,厚度在SiO2 換算下為1.0nm以上、10.0nm以下。
另外,於表面金屬鋅層6之上形成薄的氧化物層7。 [實施例]
使用C1020(無氧銅)的銅板作為基材,進行脫脂、酸洗後,依序實施形成基底層的鎳鍍層處理或鎳合金鍍層處理(僅試料13~16、18)、形成中間鋅層的鋅鍍層處理或鋅合金鍍層處理(排除試料17)、形成錫層的(錫合金鍍層處理或)錫鍍層處理,製作試料1~19。對各試料實施的主要的鍍層處理的條件如下。
中間鋅層的鋅含量係透過將鋅合金鍍層液中的鋅離子與添加合金元素離子的比率進行變量從而調整。例如,下述的鎳鋅合金鍍層處理條件係中間鋅層中的鋅濃度為85質量%之例(試料15)。
試料17方面,不實施鎳鍍層處理、鋅鍍層處理或鋅合金鍍層處理中的任一者,將銅板進行脫脂、酸洗後,實施鍍錫。就試料1~12、17、19,未實施形成基底層的鎳鍍層處理。形成基底層的鎳合金鍍層處理方面,就試料14實施鎳-磷鍍層處理,就試料18實施鎳-鐵鍍層處理。
<鎳鍍層處理條件> 適用的試料:13、15、16 ・鍍層浴組成   胺基磺酸鎳:300g/L   氯化鎳:5g/L   硼酸:30g/L ・浴溫:45℃ ・電流密度:5A/dm2
<鎳鋅合金鍍層處理條件(鋅合金鍍層處理)> 適用的試料:15 ・鍍層浴組成   七水硫酸鋅:75g/L   六水硫酸鎳:180g/L   硫酸鈉:140g/L ・pH=2.0 ・浴溫:45℃ ・電流密度:5A/dm2
<鋅錳合金鍍層處理條件(鋅合金鍍層處理)> 適用的試料:6、19 ・鍍層浴組成   一水硫酸錳:110g/L   七水硫酸鋅:50g/L   檸檬酸三鈉:250g/L ・pH=5.3 ・浴溫:30℃ ・電流密度:5A/dm2
<鋅鉬合金鍍層處理條件(鋅合金鍍層處理)> 適用的試料:7 ・鍍層浴組成   仲鉬酸銨(VI):1g/L   七水硫酸鋅:250g/L   檸檬酸三鈉:250g/L ・pH=5.3 ・浴溫:30℃ ・電流密度:5A/dm2
<錫鍍層處理條件> 適用的試料:1~19 ・鍍層浴組成   甲基磺酸錫:200g/L   甲基磺酸:100g/L   添加劑 ・浴溫:35℃ ・電流密度:5A/dm2
就獲得的試料1~19,分別測定基底層的厚度、基底層的鎳含量、中間鋅層的膜厚、中間鋅層的鋅含量、錫層的小傾角晶界長度比率、錫層的平均晶粒度。
在各試料方面的中間鋅層及基底層的厚度係透過利用掃描離子顯微鏡而觀察剖面從而測定。
中間鋅層的鋅含量及基底層的鎳含量係利用聚焦離子束裝置:FIB(Seiko Instruments株式會社製SMI3050TB),製作將各試料薄化為100nm以下的觀察試料,就各觀察試料,利用掃描透射型電子顯微鏡:STEM(日本電子株式會社製JEM-2010F),以加速電壓200kV進行觀察,同時利用附屬於STEM的能量分散型X射線分析裝置:EDS(Thermo Fisher Scientific株式會社製)進行測定。
錫層的平均晶粒度係對錫層表面以電子束掃描,透過EBSD法的方位解析,特定鄰接的測定點間的方位差為2°以上的晶界,透過面積比例(Area Fraction)從而測定。
錫層的小傾角晶界方面,利用平銑裝置(株式會社日立先端科技製)清潔表面後,透過EBSD測定裝置(株式會社日立先端科技製S4300-SE、株式會社TSL Solutions/EDAX Business Unit AMETEK Co.,Ltd.製OIM Data Collection)、解析軟體(株式會社TSLSolutions/EDAX Business Unit AMETEK Co.,Ltd.製OIM Data Analysis ver.5.2),測定晶界。從此測定結果算出晶界的長度,從而進行全晶界中的小傾角晶界長度比率的解析。
亦即,對各試料表面的測定範圍內的各測定點(像素)照射電子束,透過利用背向散射電子束繞射下的方位解析,使鄰接的測定點間的方位差2°以上的測定點為晶界,使鄰接的測定點間的方位差為2°以上、不足15°的測定點為小傾角晶界,決定小傾角晶界的位置。然後,測定在測定範圍下的晶界的全晶界長度L及小傾角晶界的全晶界長度Lσ,使比率Lσ/L為小傾角晶界長度比率。
EBSD法的測定條件(EBSD條件)、掃描型電子顯微鏡SEM下的觀察條件(SEM條件)如下。就各試料的表面透過離子研磨裝置以加速電壓6kV、照射時間2小時進行調整後,進行測定及觀察。
<EBSD條件>   解析範圍:10.0μm×50.0μm(測定範圍:10.0μm×50.0μm)   測定步驟:0.1μm   採取時間:11msec/point
<SEM條件>   加速電壓:15kV   射束電流:約3.5nA   WD:15mm
就各試料的表面金屬鋅層的厚度與濃度,利用XPS(X-rayPhotoelectron Spectroscopy)分析裝置(ULVAC・Phi株式會社製ULVAC PHI model-5600LS),一面以氬離子束蝕刻各試料表面一面透過XPS分析進行測定。XPS分析條件如下。
<XPS分析條件>   X射線源:Standard MgKα 350W   通過能量:187.85eV(Survey)、58.70eV(Narrow)   測定間隔:0.8eV/step(Survey)、0.125eV(Narrow)   對於試料面之光電子出射角:45deg   分析區域:約800μmφ
就各試料的表面金屬鋅層的厚度,利用預先以同機種(前述XPS分析裝置)測定的SiO2 的蝕刻率,從表面金屬鋅層的測定需要的時間算出「SiO2 換算膜厚」。
在前述XPS分析裝置方面的SiO2 的蝕刻率係就厚度20nm的SiO2 膜對於2.8×3.5mm的長方形區域以氬離子束(Ar離子)射束進行蝕刻,算出為就厚度1nm進行蝕刻需要的時間。亦即,上述XPS分析裝置的情況下,厚度20nm的SiO2 膜的蝕刻需要8分鐘,故蝕刻率係2.5nm/min。
XPS分析裝置係深度解析度優異為約0.5nm,惟利用Ar離子束下的蝕刻率因材質而異,故要獲得膜厚,需要就各材質採購膜厚既知且平坦的試料,算出該材質的蝕刻率而作為基準。此方法非容易,故從SiO2 的蝕刻率、對象物的蝕刻需要的時間,算出為「SiO2 換算膜厚」。
為此,各試料方面的表面金屬鋅層的「SiO2 換算膜厚」係與實際的膜厚不同。然而,實際的膜厚即使不明仍可透過「SiO2 換算膜厚」如此的相同基準評價各膜厚。
腐蝕電位係將各試料切出為10×50mm,以環氧樹脂遮蓋端面等銅(基材)曝露的部分後,浸漬於23℃、5質量%的氯化鈉水溶液,以將飽和氯化鉀水溶液填充於內塔液的銀氯化銀電極(Ag/AgCl電極Metrohm Japan株式會社製雙結型)為參照極,作為利用零電阻電流計(北斗電工株式會社HA1510)以1分鐘間隔測定24小時的自然電位的平均值。
將此等測定結果示於表1。中間鋅層的鋅含量的欄的括弧內表示鋅以外的添加元素。就試料1~4、17、19,未確認表面金屬鋅層。
Figure 02_image001
就試料1~19,就腐蝕電流、彎曲加工性、晶鬚的產生狀況、接觸電阻,進行測定、評價。將此等結果示於表2。
就腐蝕電流,使殘留直徑2mm的曝露部分而以樹脂進行遮蓋的純鋁線、殘留直徑6mm的曝露部分而以樹脂進行遮蓋的試料,以距離1mm使各曝露部相向,設置於23℃、5質量%的食鹽水中,利用零電阻電流計(北斗電工株式會社HA1510),就以150℃將各試料加熱1小時後與加熱前,測定流於純鋁線與試料之間的電流,作為腐蝕電流。腐蝕電流越小,伽凡尼腐蝕的防止效果越高。
就彎曲加工性,對各試料,利用界定於JIS(日本工業規格)H3110的W彎曲試驗治具,以相對於壓延方向成為直角方向的方式以9.8×103 N的荷重實施彎曲加工。就彎曲加工後的各試料,透過立體顯微鏡進行彎曲加工部分觀察的結果,未確認明確的裂痕時評價為「優」,即使產生裂痕,基材的銅合金仍未曝露時評價為「良」,由於產生的裂痕使得基材的銅合金曝露時評價為「不良」。
晶鬚產生狀況的評價方面,就切出為1cm×1cm的矩形平板的各試料,以溫度55℃、相對濕度95%RH放置1000小時後,透過電子顯微鏡以100倍的倍率觀察3視野,測定最長的晶鬚的長度。使未確認晶鬚的產生者為「A」(優),使產生的晶鬚的長度不足50μm者為「B」(良),使產生的晶鬚的長度50μm以上、不足100μm者為「C」(可)、使產生的晶鬚的長度100μm以上者為「D」(不可)。
就接觸電阻,就各試料的鍍層表面,以日本銅及黃銅協會界定的「表面接觸電阻的測定方法」JCBA-T323為準據,利用4端子接觸電阻測試儀(山崎精機研究所製:CRS-113-AU),以滑動式(1mm)測定負載0.98N時的接觸電阻。
Figure 02_image003
如示於表1及表2,中間鋅層的厚度為0.10μm以上、5.00μm以下,錫層中的小傾角晶界長度比率為2%以上30%以下的試料1~16係加熱前的腐蝕電流為5.5μA以下,加熱後的腐蝕電流低至6.5μA以下,彎曲加工性亦良好,未確認晶鬚的產生,或即使產生晶鬚,其長度仍短至不足100μm,接觸電阻亦低至3.1mΩ以下。其中尤其試料12~16方面,中間鋅層中的鋅的含量為75~93%、錫層中的錫的平均晶粒度為0.5~8.0μm之優選的範圍,抑制晶鬚的產生,加熱前的腐蝕電流值亦低。
試料13~16係於基材與中間鋅層之間形成鎳含量為80質量%以上的基底層,故比起不具有基底層的試料1~12,加熱後仍具有優異的伽凡尼腐蝕防止效果。具有基底層的試料13~16之中,基底層的厚度為0.10μm以上的試料14~16係尤其加熱後的腐蝕電流值低。
再者,在表面形成表面金屬鋅層的試料5~16係彎曲加工性良好,接觸電阻比其他低,成為優異的結果。再者,表面金屬鋅層的鋅濃度為5at%以上、40at%以下、厚度為SiO2 換算下1.0nm以上、10.0nm以下的試料13~16成為特優異的結果。
相對於此,比較例的試料17不具有中間鋅層(未附著鋅),故腐蝕電位高,為高的腐蝕電流。試料18係因小傾角晶界長度比率低至不足2%使得鋅擴散變過量,故中間鋅層過厚而彎曲加工性變差,此外腐蝕電位成為 -900mV vs. Ag/AgCl以下,腐蝕電流值不良化,接觸電阻亦高,亦產生晶鬚。試料19係小傾角晶界長度比率超過30%,中間鋅層的膜厚亦薄,故腐蝕電流值高,在彎曲加工時產生裂痕,亦確認晶鬚的產生。
圖6顯示試料15的晶界圖,圖7顯示試料17的晶界圖。比起圖6的試料15,圖6的試料17係小傾角晶界的比率極高,此結果鋅的擴散不充分且腐蝕電流變高。
圖8係試料14的深度方向的化學狀態解析圖。從結合能的化學位移可判斷:從最表面至2.5nm的深度係氧化物主體,2.5nm之後為金屬鋅主體。 [產業上之可利用性]
可提供有效抑制伽凡尼腐蝕的鍍錫銅端子材、由該端子材所成的端子及使用該端子的電線終端部構造。
1、100‧‧‧鍍錫銅端子材2‧‧‧基材3‧‧‧基底層4‧‧‧中間鋅層5‧‧‧錫層6‧‧‧表面金屬鋅層10‧‧‧端子11‧‧‧連接部12‧‧‧電線12a‧‧‧芯線12b‧‧‧遮蓋部13‧‧‧芯線嵌塞部14‧‧‧遮蓋嵌塞部
[圖1]就本發明的實施方式相關的鍍錫銅端子材的剖面進行繪示的示意圖。   [圖2]本發明的實施方式相關的鍍錫銅端子材的平面圖。   [圖3]就本發明的實施方式的由鍍錫銅端子材所成的端子之例進行繪示的透視圖。   [圖4]就將圖3的端子壓接而成的電線終端部構造進行繪示的平面圖。   [圖5]就本發明的其他實施方式相關的鍍錫銅端子材的剖面進行繪示的示意圖。   [圖6]透過EBSD方位解析而得的試料15的晶界圖。   [圖7]透過EBSD方位解析而得的試料17的晶界圖。   [圖8]在試料14的鍍錫銅端子材的表面部分之鋅方面的深度方向的化學狀態解析圖。
1‧‧‧鍍錫銅端子材
2‧‧‧基材
3‧‧‧基底層
4‧‧‧中間鋅層
5‧‧‧錫層

Claims (10)

  1. 一種鍍錫銅端子材,具有:   基材,其由銅或銅合金所成;   中間鋅層,其形成於前述基材之上,由鋅合金所成,厚度0.10μm以上5.00μm以下;   錫層,其形成於前述中間鋅層之上,由錫或錫合金所成,小傾角晶界相對於全晶界的長度佔有的長度的比率為2%以上、30%以下。
  2. 如請求項1的鍍錫銅端子材,其中,相對於銀氯化銀電極的腐蝕電位為-500mV以下、-900mV以上。
  3. 如請求項1的鍍錫銅端子材,其中,   前述中間鋅層作為添加元素,包含鎳、鐵、錳、鉬、鈷、鎘、鉛中的任一種以上,   前述中間鋅層中的鋅的含量為65質量%以上、95質量%以下。
  4. 如請求項1的鍍錫銅端子材,其中,前述錫層的平均晶粒度為0.5μm以上、8.0μm以下。
  5. 如請求項1的鍍錫銅端子材,其中,在前述錫層之上具有表面金屬鋅層。
  6. 如請求項5的鍍錫銅端子材,其中,前述表面金屬鋅層係鋅濃度為5at%以上、40at%以下,厚度在SiO2 換算下為1.0nm以上、10.0nm以下。
  7. 如請求項1的鍍錫銅端子材,其中,在前述基材與前述中間鋅層之間具有基底層,該基底層係由鎳或鎳合金所成,厚度為0.10μm以上、5.00μm以下,鎳含量為80質量%以上。
  8. 如請求項1的鍍錫銅端子材,其具有:   帶板狀的承載部;   複數個端子用構材,其隔間隔而配置於前述承載部的長度方向,連結於前述承載部。
  9. 一種端子,由如請求項1的鍍錫銅端子材所成。
  10. 一種電線終端部構造,如請求項9的端子壓接於鋁線材或鋁合金線材的電線而成。
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