WO2014048414A1 - Elektrisches kontaktelement - Google Patents

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WO2014048414A1 PCT/DE2013/100280 DE2013100280W WO2014048414A1 WO 2014048414 A1 WO2014048414 A1 WO 2014048414A1 DE 2013100280 W DE2013100280 W DE 2013100280W WO 2014048414 A1 WO2014048414 A1 WO 2014048414A1
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Alexander Meyerovich
Frank Brode
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Harting Kgaa
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    • C25D5/36—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated of iron or steel

Definitions

  • the invention relates to an electrical contact element according to the
  • Such contact elements are often in insulators of
  • Contact elements can be designed as pin or socket contacts.
  • DE 699 17 7620 T2 shows an aqueous electrolyte bath for the electrolytic deposition of a metal-ion tungsten alloy.
  • gold or a gold alloy can be deposited on such an alloy.
  • Gold coating of pretreated metal bodies In the method, a pulse current is used to prevent the formation of passive layers on the metal bodies.
  • a galvanic process with pulse current is very complicated to control and has a high source of error. Under certain circumstances, a lot of waste can be produced.
  • the object of the invention is to provide a galvanic
  • Contact elements consist of a metallic base body, which can either be milled out of solid material or punched out of a flat metal sheet in punching technology.
  • the basic bodies are often present either as bulk material or strip material.
  • brass or bronze as a base material is particularly advantageous and can be deposited on these bodies well different layers.
  • the base bodies are degreased.
  • an electrolytic degreasing is advantageously selected.
  • a cold degreasing, a hot degreasing or a combination of different degreasing methods can be selected.
  • the electrolytically defatted main body preferably with distilled water, rinsed to remove any existing chemical residues.
  • step (d) is galvanically a
  • Nickel layer deposited In a following process step (e), the first coated base body is rinsed again.
  • step (f) is galvanically a
  • Nickel alloy deposited on the nickel layer is a nickel-tungsten or nickel-molybdenum or nickel-cobalt or nickel-tin alloy. These nickel alloys are particularly suitable for depositing gold or a gold alloy. Subsequently, the base body thus treated is rinsed again in a subsequent process step (g).
  • Pulse current method is applied.
  • gold alloy surfaces with an average roughness of less than 0.1 micrometer ( ⁇ ) can be achieved.
  • Contact elements with a low surface roughness enable a high number of mating cycles.
  • the low roughness reduces the friction and thereby slows the wear of the contact surface (gold layer or gold alloy layer).
  • the finished contact element produced in the above method consists of a metallic base body, which is preferably formed from brass or bronze. On the body is a nickel layer
  • ⁇ 0.2 microns
  • ⁇ a thickness of 0.2 microns ( ⁇ ) to a maximum of 3 microns ( ⁇ ), more preferably, however, a thickness of 0.2 ⁇ to a maximum of 1 ⁇ owns.
  • This nickel layer is in turn coated by a nickel alloy, which also has a thickness of 1 micron ( ⁇ ) to a maximum of 3 microns ( ⁇ ).
  • a gold layer or gold alloy layer is applied, which is about 1 micron ( ⁇ ) strong and has an average roughness Ra of 0.1 microns ( ⁇ ) or less.
  • the hardness of the nickel alloy layer (second layer) is greater than the hardness of the base body material and / or the nickel layer (first layer) applied thereon.
  • a very thin gold or gold alloy layer is sufficient.
  • the electrical resistance of the second layer is less than the electrical resistance of the
  • Base body and / or the first layer This is only a very thin and smooth galvanic gold deposition or
  • the electrical resistance of the second layer is between 15 and 30 milliohms ( ⁇ ⁇ ).
  • FIG. 1 shows a sketch of a body provided with different galvanic layers.
  • the main body 1 is made of steel, brass or bronze.
  • the shape of the main body 1 already corresponds substantially to the shape of a finished contact element.
  • the contact elements may be pin or socket contacts, but also insulation displacement terminals.
  • a first layer 2 is galvanically deposited on the base body. It is a nickel layer. The first layer has a layer thickness between one and three microns (0.2-3 ⁇ ). On this first layer 2, a second layer 3 is deposited. This is a nickel alloy. The nickel alloy has a thickness between one and three microns (1 -3 ⁇ ). Finally, a gold layer or gold alloy layer 4 is deposited on the nickel alloy layer. This final coating has a thickness between 0.1 -2 microns (0.1 -2 ⁇ ) or less and an average roughness Ra of 0.1 micrometers (0.1 ⁇ ) or less.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischen Kontaktelements, wobei das Kontaktelement im Wesentlichen aus einem Grundkörper gebildet ist, wobei der Grundkörper folgende Verfahrensschritte in der aufgelisteten Reihenfolge durchläuft: a. eine Entfettung der Oberfläche, beispielsweise eine Kaltentfettung und/oder eine Heißentfettung und/oder eine elektrolytische Entfettung, b. eine Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen, c. eine Aktivierung der Oberfläche, d. eine Abscheidung einer Nickelschicht, e. eine weitere Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen, f. eine Abscheidung einer Nickellegierung, g. eine weitere Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen, h. eine Abscheidung einer Goldschicht oder einer Goldlegierung.

Description

ELEKTRISCHES KONTAKTELEMENT
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kontaktelement nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 7 und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kontaktelements nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Derartige Kontaktelemente werden häufig in Isolierkörpern von
Steckverbindern eingesetzt. An das Kontaktelement wird ein
elektrischer Leiter elektrisch angeschlossen, beispielsweise durch die so genannte Crimptechnik. Kontaktelemente können als Stift- oder Buchsenkontakte ausgeführt sein.
Die DE 699 17 7620 T2 zeigt ein wässriges Elektrolytbad für die elektrolytische Abscheidung einer Metallionen-Wolfram-Legierung. Auf eine solche Legierung kann grundsätzlich Gold oder eine Goldlegierung abgeschieden werden.
Die DE 41 18 416 A1 zeigt ein galvanisches Verfahren zur
Goldbeschichtung von vorbehandelten Metallkörpern. Beim Verfahren wird ein Pulsstrom verwendet, um das Bilden von Passivschichten auf den Metallkörpern zu vermeiden.
Ein galvanisches Verfahren mit Pulsstrom ist sehr kompliziert zu steuern und birgt eine hohe Fehlerquelle. Unter Umständen kann viel Ausschuss produziert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein galvanisches
Goldbeschichtungsverfahren vorzuschlagen, dass einfach durchführbar ist und hoch qualitative Beschichtungen liefert.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Kontaktelemente bestehen aus einem metallischen Grundkörper, der entweder aus Vollmaterial ausgefräst sein kann oder in Stanztechnik aus einem flachen Metallblech ausgestanzt wurde. Die Grundkörper liegen häufig entweder als Schüttgut oder Bandmaterial vor.
Es hat sich gezeigt, dass Messing oder Bronze als Grundkörpermaterial besonders vorteilhaft ist und sich auf diesen Körpern gut verschiedene Schichten galvanisch abscheiden lassen.
Dem Fachmann ist bekannt wie er Grundkörper, die als Schüttgut oder Bandmaterial vorliegen, einem galvanischen Verfahren zur
Beschichtung zuführt.
In einem ersten Verfahrensschritt (a) werden die Grundkörper entfettet. Dazu wird vorteilhafterweise eine elektrolytische Entfettung gewählt. Alternativ kann eine Kaltentfettung, eine Heißentfettung oder eine Kombination unterschiedlicher Entfettungsverfahren gewählt werden.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt (b) werden die elektrolytisch entfetteten Grundkörper, vorzugsweise mit destilliertem Wasser, gespült um eventuell vorhandene chemische Rückstände zu entfernen.
Anschließend wird, in einem weiteren Verfahrensschritt (c), die
Oberfläche der entfetteten und gespülten Grundkörper aktiviert. Dazu wird vorzugsweise das so genannte Nickel-Strike-Verfahren
angewendet. Dieses Verfahren ist dem Fachmann hinlänglich bekannt. Eine Anleitung dazu wird beispielsweise im Internet von der Firma RIAG Oberflächentechnik AG bereitgestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt (d) wird galvanisch eine
Nickelschicht abgeschieden. In einem folgenden Verfahrensschritt (e) wird der erstmalig beschichtete Grundkörper nochmals gespült.
In einem folgenden Verfahrensschritt (f) wird galvanisch eine
Nickellegierung auf die Nickelschicht abgeschieden. Vorteilhafterweise handelt es sich dabei um eine Nickel-Wolfram oder Nickel-Molybdän oder Nickel-Kobalt oder Nickel-Zinn Legierung. Diese Nickellegierungen sind besonders zur Abscheidung von Gold oder einer Goldlegierung geeignet. Anschließend wird der so behandelte Grundkörper in einem folgenden Verfahrensschritt (g) erneut gespült.
Auf den durch die Verfahrensschritte (a) bis (g) vorbereiteten Grundkörper wird nun - in einem Verfahrensschritt (h) - galvanisch eine Goldschicht oder eine Goldlegierung abgeschieden.
Es ist vorteilhaft die oben beschriebenen vergoldeten Kontaktelemente vor dem Einsatz letztmalig zu spülen (Verfahrensschritt (i)) und anschließend zu trocknen (Verfahrensschritt (j)).
Vorteilhafterweise werden die oben beschriebenen galvanischen
Beschichtungen in einem Gleichstromverfahren durchgeführt. Ein derartiges Verfahren ist einfach zu kontrollieren und liefert
dementsprechend wenig Ausschuss.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Nickellegierungsschicht im
Gleichstromverfahren aufgebracht wird. Dadurch wird eine besonders glatte Nickellegierungsschicht erzeugt, die wiederum Basis für eine besonders glatte Gold- oder Goldlegierungsschicht ist, auch wenn die Gold- oder Goldlegierungsschicht in einem so genannten
Pulsstromverfahren aufgebracht wird. Im hier vorgestellten Verfahren können Goldlegierungs-Oberflächen mit einer mittleren Rauigkeit von weniger als 0,1 Mikrometer (μιτι) erreicht werden. Kontaktelemente mit einer geringen Oberflächenrauigkeit ermöglichen eine hohe Anzahl von Steckzyklen. Außerdem wird durch die geringe Rauigkeit die Reibung reduziert und dadurch die Abnutzung der Kontaktoberfläche (Goldschicht oder Goldlegierungsschicht) verlangsamt.
Das im obigen Verfahren hergestellte, fertige Kontaktelement besteht aus einem metallischen Grundkörper, der vorzugsweise aus Messing oder Bronze gebildet ist. Auf den Grundkörper ist eine Nickelschicht
aufgebracht, die eine Stärke von 0,2 Mikrometer (μιτι) bis maximal 3 Mikrometer (μιτι), besonders bevorzugt jedoch eine Stärke von 0,2 μιτι bis maximal 1 μιτι, besitzt. Diese Nickelschicht ist wiederum von einer Nickellegierung überzogen, die ebenfalls eine Stärke von 1 Mikrometer (μιτι) bis maximal 3 Mikrometer (μιτι) besitzt. Zuletzt ist eine Goldschicht oder Goldlegierungsschicht aufgebracht, die etwa 1 Mikrometer (μιτι) stark ist und eine mittlere Rauigkeit Ra von 0,1 Mikrometer (μιτι) oder weniger besitzt.
Vorzugsweise ist die Härte der Nickellegierungsschicht (zweite Schicht) größer ist als die Härte des Grundkörpermaterials und/oder der darauf aufgetragenen Nickelschicht (erste Schicht). Dadurch reicht eine sehr dünne Gold- oder Goldlegierungsschicht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der elektrische Widerstand der zweiten Schicht kleiner ist als der elektrische Widerstand des
Grundkörpers und/oder der ersten Schicht. Dadurch wird erst eine sehr dünne und glatte galvanische Goldabscheidung oder
Goldlegierungsabscheidung erleichtert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der elektrische Widerstand der zweiten Schicht zwischen 15 und 30 Milliohm (ηη· ) liegt.
Ausführungsbeispiel
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine Skizze eines mit verschiedenen galvanischen Schichten versehenen Körpers.
Der Grundkörper 1 besteht aus Stahl, Messing oder Bronze. Die Form des Grundkörpers 1 entspricht bereits im Wesentlichen der Form eines fertigen Kontaktelements. Bei den Kontaktelementen kann es sich um Stift- oder Buchsenkontakte, aber auch um Schneidklemmen handeln.
Auf den Grundkörper ist galvanisch eine erste Schicht 2 abgeschieden. Es handelt sich dabei um eine Nickelschicht. Die erste Schicht hat eine Schichtdicke zwischen einem und drei Mikrometer (0,2-3 μιτι). Auf diese erste Schicht 2 ist eine zweite Schicht 3 abgeschieden. Dabei handelt es sich um eine Nickellegierung. Die Nickellegierung hat eine Stärke zwischen einem und drei Mikrometer (1 -3 μιτι). Auf die Nickellegierungsschicht ist abschließend eine Goldschicht oder Goldlegierungsschicht 4 abgeschieden. Diese finale Beschichtung hat eine Stärke zwischen 0,1 -2 Mikrometer (0,1 -2 μιτι) oder weniger und eine mittlere Rauigkeit Ra von 0,1 Mikrometern (0,1 μιτι) oder weniger. Bezugszeichenliste Grundkörper
Erste Schicht, Nickelschicht
Zweite Schicht, Nickellegierungsschicht
Finale Beschichtung, Goldschicht oder Goldlegierungsschicht

Claims

Kontaktelement
Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung elektrischen Kontaktelements, wobei das Kontaktelement im Wesentlichen aus einem Grundkörper gebildet ist, wobei der Grundkörper folgende Verfahrensschritte in der aufgelisteten Reihenfolge durchläuft:
a. eine Entfettung der Oberfläche, beispielsweise durch Kaltentfettung und/oder eine Heißentfettung und/oder eine elektrolytische Entfettung,
b. eine Spülung zur Befreiung von eventuell vorhandenen chemischen Rückständen,
c. eine Aktivierung der Oberfläche,
d. eine Abscheidung einer Nickelschicht, e. eine weitere Spülung zur Befreiung von eventuell
vorhandenen chemischen Rückständen,
f. eine Abscheidung einer Nickellegierung, g. eine weitere Spülung zur Befreiung von eventuell
vorhandenen chemischen Rückständen,
h. eine Abscheidung einer Goldschicht oder einer
Goldlegierung.
2. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, dass
nach dem Verfahrensschritt h folgende weitere Verfahrensschritte folgen:
i. eine weitere Spülung zur Befreiung von eventuell
vorhandenen chemischen Rückständen,
j. eine Trocknung. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aktivierung der Oberfläche im Verfahrensschritt b durch ein Nickel-Strike-Verfahren realisiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Nickellegierung im Verfahrensschritt f eine Nickel-Wolfram oder Nickel-Molybdän oder Nickel-Kobalt oder Nickel-Zinn Legierung ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
der Grundkörper aus Stahl oder einer Kupferlegierung,
beispielsweise aus Messing oder Bronze, besteht.
Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontaktelements nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Legierung im Verfahrensschritt d und/oder f und/oder h in einem Gleichstromverfahren aufgebracht wird.
Elektrisches Kontaktelement,
• welches aus einem Grundkörper aus einer Kupferlegierung, wie beispielsweise Messing oder Bronze, gebildet ist,
• wobei der Grundkörper mit einer ersten Schicht, einer
Nickelschicht mit einer Schichtdicke zwischen 0,2 bis 3 μιτι, überzogen ist, • wobei die erste Schicht von einer zweiten Schicht, einer Nickellegierung mit einer Schichtdicke zwischen 0,2 bis 3 μιτι, überzogen ist,
• wobei die zweite Schicht von einer Goldschicht oder einer Goldlegierung überzogen ist.
Elektrisches Kontaktelement nach Anspruch 7
dadurch gekennzeichnet, dass
die Goldschicht oder einer Goldlegierungsschicht eine Schichtdicke zwischen 0,1 bis 2 Mikrometern (μιτι) hat.
Elektrisches Kontaktelement nach Anspruch 7
dadurch gekennzeichnet, dass
die Goldschicht oder Goldlegierungsschicht eine mittlere Rauheit Ra von 0,1 μιτι oder kleiner 0,1 μιτι aufweist.
Elektrisches Kontaktelement nach einem der Ansprüche 7-9
dadurch gekennzeichnet, dass
die Härte der zweiten Schicht größer ist als die Härte des
Grundkörpers und/oder der ersten Schicht.
1 1 . Elektrisches Kontaktelement nach einem der Ansprüche 7-10
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Widerstand der zweiten Schicht kleiner ist als der elektrische Widerstand des Grundkörpers und/oder der ersten Schicht.
12. Elektrisches Kontaktelement nach einem der Ansprüche 7-1 1
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Widerstand der zweiten Schicht zwischen 15 und 30 m» liegt.
PCT/DE2013/100280 2012-09-26 2013-07-31 Elektrisches kontaktelement WO2014048414A1 (de)

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