WO2022123818A1 - Ag被覆素材、Ag被覆素材の製造方法及び端子部品 - Google Patents

Ag被覆素材、Ag被覆素材の製造方法及び端子部品 Download PDF

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WO2022123818A1
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plating
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陽介 佐藤
悠太郎 平井
健太郎 荒井
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Dowaメタルテック株式会社
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    • H01R2201/00Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/26Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an Ag coating material and a method for manufacturing the same, and in particular, an Ag coating material used as a material for contacts and terminal parts such as connectors, switches, and relays used for in-vehicle and consumer electrical wiring and the Ag coating material thereof. Regarding manufacturing methods, etc.
  • a tin-plated material obtained by tin-plating a material such as copper or a copper alloy or stainless steel is inexpensive, but inferior in corrosion resistance in a high-temperature environment.
  • the gold-plated material obtained by subjecting these materials to gold plating has excellent corrosion resistance and high reliability, but the raw material cost is high.
  • the silver-plated material obtained by subjecting these materials to silver plating is cheaper than the gold-plated material and has excellent corrosion resistance as compared with the tin-plated material.
  • Patent Document 1 the contact resistance is increased while maintaining high hardness (wear resistance) by the Ag plating material having a surface layer made of Ag plating having a preferentially oriented surface of ⁇ 111 ⁇ on the material. It is disclosed that it can be prevented.
  • the document discloses that it is preferable to form a base layer made of nickel between the material and the surface layer, and that the base layer can enhance the adhesion between the material and the surface layer.
  • terminals and the like are often punched into a predetermined shape by pressing using an Ag plating material and then bent to form a product shape. During this bending process, cracks occur and the material breaks. Or, cracks that expose the material may occur and the material may corrode, significantly shortening the life of the product.
  • a surface layer made of silver is formed on the surface of a material made of copper or a copper alloy or the surface of a base layer made of copper or a copper alloy formed on the material.
  • the ratio of the X-ray diffraction intensity of the ⁇ 200 ⁇ plane to the sum of the X-ray diffraction strengths of the ⁇ 111 ⁇ plane, the ⁇ 200 ⁇ plane, the ⁇ 220 ⁇ plane, and the ⁇ 311 ⁇ plane of the surface layer is 40. % Or more of the silver-plated material is disclosed. The document discloses that this silver-plated material has good bending workability and can suppress an increase in contact resistance even when used in a high temperature environment.
  • Patent Document 3 describes a silver-plated laminate which is a laminate of a metal substrate and a silver-plated layer, wherein the silver-plated layer is a soft silver-plated layer formed on the surface of the metal substrate and soft silver-plated.
  • a silver-plated laminate comprising a hard silver-plated layer formed on the surface of the layer, wherein the Vickers hardness of the soft silver-plated layer is 30 HV or more lower than the Vickers hardness of the hard silver-plated layer. , It is disclosed that this silver-plated laminate has both excellent wear resistance and workability.
  • the contact portion of the contact includes a base material made of copper or a copper alloy, a second plating layer formed on the base material, and a first plating layer formed on the second plating layer.
  • the first plating layer is made of silver or a silver alloy and has a Vickers hardness of 90 Hv or less
  • the second plating layer is made of silver or a silver alloy. Moreover, it is disclosed that it has a Vickers hardness of 100 Hv or more. The document discloses that connectors with such contacts have low contact resistance.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-10833 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-76127 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-95139 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-15224
  • materials such as contacts and terminal parts are required to have characteristics such as wear resistance and bending workability.
  • Patent Documents 1 to 4 do not have sufficient heat-resistant adhesion, and the configurations disclosed in Patent Documents 1 and 4 do not have sufficient bending workability.
  • the first aspect of the present invention is A material and an Ag-coated material having an Ag film formed on the material.
  • the Ag film is an Ag coating material characterized by having Ag layers in which at least three Ag layers having an average crystal grain size different by 3 times or more are alternately laminated.
  • the second aspect of the present invention is the aspect described in the first aspect.
  • the Ag film is characterized by having four or more laminated Ag layers.
  • the third aspect of the present invention is the aspect described in the first or second aspect.
  • the Ag film is an Ag layer in which an Ag layer 1 made of Ag having a small average crystal grain size and an Ag layer 2 made of Ag having a larger average crystal grain size than the Ag layer 1 are alternately laminated from the side closer to the material. It is characterized by having.
  • the fourth aspect of the present invention is the aspect described in the third aspect.
  • the Ag layer 1 is characterized in that the average crystal grain size (area average grain size) is 0.2 ⁇ m or less.
  • the fifth aspect of the present invention is the aspect described in the third or fourth aspect.
  • the Ag layer 2 is characterized in that the average crystal grain size (area average grain size) is 0.3 ⁇ m or more.
  • the sixth aspect of the present invention is the aspect according to any one of the third to fifth aspects.
  • the Ag layer 1 is characterized in that the thickness is 0.5 to 5 ⁇ m.
  • a seventh aspect of the present invention is the aspect according to any one of the third to sixth aspects.
  • the Ag layer 2 is characterized in that the thickness is 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the eighth aspect of the present invention is the aspect according to any one of the third to seventh aspects.
  • the preferential orientation plane of the Ag layer 1 is a ⁇ 111 ⁇ plane
  • the priority orientation plane of the Ag layer 2 is a ⁇ 100 ⁇ plane.
  • a ninth aspect of the present invention is the aspect according to any one of the third to eighth aspects.
  • the outermost layer of the Ag coating material is characterized by being composed of the Ag layer 2.
  • a tenth aspect of the present invention is the aspect according to any one of the first to ninth aspects. It is characterized in that an underlayer made of Ni is formed between the material and the Ag film.
  • the eleventh aspect of the present invention is the aspect according to any one of the first to tenth aspects.
  • the material is made of Cu or a Cu alloy.
  • the twelfth aspect of the present invention is the aspect according to any one of the first to eleventh aspects.
  • the Ag coating material is characterized by having a Vickers hardness HV of 100 or more.
  • a thirteenth aspect of the present invention is A method for producing an Ag-coated material, which comprises alternately laminating at least three Ag layers having an average crystal grain size different by 3 times or more on the material to form an Ag film.
  • the fourteenth aspect of the present invention is the aspect described in the thirteenth aspect. It is characterized in that four or more layers of the Ag layer are laminated to form the Ag film.
  • the fifteenth aspect of the present invention is the aspect described in the thirteenth or fourteenth aspect.
  • the Ag layer 1 made of Ag having a small average crystal grain size and the Ag layer 2 made of Ag having a larger average crystal grain size than the Ag layer 1 are alternately formed.
  • the sixteenth aspect of the present invention is the aspect described in the fifteenth aspect.
  • the Ag layer 1 is characterized in that the average crystal grain size (area average grain size) is 0.2 ⁇ m or less.
  • the seventeenth aspect of the present invention is the aspect described in the fifteenth or sixteenth aspect.
  • the Ag layer 2 is characterized in that the average crystal grain size (area average grain size) is 0.3 ⁇ m or more.
  • the eighteenth aspect of the present invention is the aspect according to any one of the fifteenth to seventeenth aspects.
  • the Ag layer 1 is characterized in that the thickness is 0.5 to 5 ⁇ m.
  • the nineteenth aspect of the present invention is the aspect according to any one of the fifteenth to eighteenth aspects.
  • the Ag layer 2 is characterized in that the thickness is 0.5 to 5 ⁇ m.
  • a twentieth aspect of the present invention is the aspect according to any one of the fifteenth to nineteenth aspects.
  • the preferred orientation plane of the Ag layer 1 is a ⁇ 111 ⁇ plane
  • the priority orientation plane of the Ag layer 2 is a ⁇ 100 ⁇ plane.
  • the 21st aspect of the present invention is the aspect according to any one of the 15th to 20th aspects.
  • the Ag layer 2 is formed as the outermost layer of the Ag coating material.
  • the 22nd aspect of the present invention is the aspect according to any one of the 15th to 21st aspects.
  • the Ag layer 1 It is formed by electroplating using Ag plating solution 1 containing potassium cyanide, potassium cyanide, and potassium selenocinate under the conditions of a liquid temperature of 10 to 35 ° C. and a current density of 3 to 15 A / dm 2 .
  • the Ag plating solution 1 is With 80-130 g / L of silver, 60-160 g / L potassium cyanide and It is characterized by being an aqueous solution containing 50 to 80 mg / L of selenium.
  • the 23rd aspect of the present invention is the aspect described in the 22nd aspect.
  • the selenium is 55 to 70 mg / L.
  • the 24th aspect of the present invention is the aspect according to the 22nd or 23rd aspect.
  • the electroplating is performed under the condition that the product of the concentration of potassium cyanide in the Ag plating solution 1 and the current density is 840 g ⁇ A / L ⁇ dm 2 or less.
  • the 25th aspect of the present invention is the aspect according to any one of the 15th to 24th aspects.
  • the Ag layer 2 is It is formed by electroplating with a silver plating solution 2 containing potassium cyanide, potassium cyanide, and potassium selenocinate at a solution temperature of 10 to 40 ° C. and a current density of 3 to 10 A / dm 2 .
  • the silver plating solution 2 is With 80-110 g / L of silver, 70-160 g / L of potassium cyanide and It is characterized by being an aqueous solution containing 1 to 15 mg / L of selenium.
  • the 26th aspect of the present invention is the aspect according to any one of the 13th to 25th aspects. It is characterized in that a base layer made of Ni is formed on the material, and the Ag film is formed on the base layer.
  • the 27th aspect of the present invention is the aspect according to any one of the 13th to 26th aspects.
  • the material is made of Cu or a Cu alloy.
  • the 28th aspect of the present invention is The terminal component is characterized in that the Ag coating material according to any one of the first to twelfth aspects is used as a constituent material.
  • the present invention can provide a silver coating material having excellent heat resistance and bending workability and a method for producing the same.
  • FIG. 1 is a photograph showing a SIM (scanning ion microscope) image of a cross section of the Ag coating material of Example 1.
  • the embodiment of the Ag coating material of the present invention has a material and an Ag film formed on the material.
  • the material those conventionally used as materials for materials such as contacts or terminal parts can be widely adopted.
  • a material formed of Cu (copper), Cu alloy or stainless steel is preferable from the viewpoint of corrosion resistance and mechanical properties, and a material formed of Cu or Cu alloy is preferable from the viewpoint of conductivity in addition to the above points. ..
  • the Cu alloy preferably contains 90% by mass or more of Cu, and examples of other metal elements constituting the Cu alloy include Ni, Sn, P, Si, Co, Fe, Mg, Zn, and Ti. ..
  • the Ag film formed on the material is characterized by having an Ag layer in which at least three Ag layers having an average crystal grain size different by 3 times or more are alternately laminated. Further, it is preferable to have an Ag layer in which four or more layers are laminated.
  • the above-mentioned "average crystal grain size differs by 3 times or more" means that the average crystal grain size (referred to as D2) of the Ag layer having a large average crystal grain size in adjacent Ag layers having different average crystal grain sizes is defined as the average crystal grain. It means that it becomes 3 or more when divided by the average crystal grain size (referred to as D1) of the Ag layer having a small diameter, that is, D2 / D1 ⁇ 3.
  • the order of the above lamination may be the order of the Ag layer having a large average crystal grain size, the Ag layer having a small average crystal grain size, and the Ag layer having a large average crystal grain size.
  • the Ag layer 1 made of Ag having a small average crystal grain size and the Ag layer 2 made of Ag having an average crystal grain size (3 times or more) larger than that of the Ag layer 1 are formed. It is preferable to have Ag layers laminated alternately.
  • the Ag film formed on the material is a layer made of Ag (silver) having a predetermined priority orientation plane, in which two Ag layers 1 and two Ag layers 2 are alternately laminated. It is preferable that the laminated body has a four-layer structure. Since the thickness of the Ag layer is very thin, it is difficult to distinguish it as a plurality of Ag layers (for example, the film thickness is very small like the Ag strike plating layer described later. For example, the film thickness is 0.1 ⁇ m or less. Ag layer) is not counted as a plurality of layers.
  • the Ag layer 1 is a layer made of Ag having an average crystal grain size smaller than that of the Ag layer 2 described later.
  • the average crystal grain size (area average grain size) of the Ag layer 1 is preferably 0.005 ⁇ m or more, and preferably 0.2 ⁇ m or less. Further, it is preferably 0.15 ⁇ m or less.
  • the Ag layer 1 is composed of Ag whose preferential orientation plane is ⁇ 111 ⁇ plane.
  • the preferentially oriented plane is the highest intensity diffraction peak for each of the 111 diffraction peak, the 200 diffraction peak, the 110 diffraction peak, and the 311 diffraction peak when the surface of the Ag layer 1 is X-ray diffraction analyzed. It is a crystal plane corresponding to. The details of how to obtain the preferentially oriented plane will be described later in Examples.
  • the Ag layer 1 is considered to have high hardness and contributes to the excellent wear resistance of the Ag coating material of the present invention.
  • the thickness of the Ag layer 1 is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 5 ⁇ m, more preferably 0.7 to 3 ⁇ m, from the viewpoint of exerting its function, cost and bendability.
  • the Ag layer 1 may contain, for example, 1.0% by mass or less, or 0.5% by mass or less of elements such as Se and Sb, and unavoidable impurities. From the viewpoint of conductivity and the like, the Ag layer 1 preferably contains 99.9% by mass or more of Ag.
  • the Ag layer 2 is a layer made of Ag having a crystal grain size larger than that of the Ag layer 1 by 3 times or more (preferably 4 times or more, more preferably 5 times or more).
  • the average crystal grain size (area average grain size) of the Ag layer 2 is preferably 0.3 ⁇ m or more, more preferably 0.4 ⁇ m or more, and preferably 1.0 ⁇ m or less.
  • the difference between the average crystal grain size of the Ag layer 2 and the average crystal grain size of the Ag layer 1 is a predetermined value or more (or within a predetermined range).
  • the surface of the Ag layer 2 constituting the Ag film is composed of Ag whose preferential orientation plane is ⁇ 100 ⁇ plane.
  • the Ag layer 2 is easily deformed when subjected to bending, and contributes to the excellent bending workability of the Ag coating material of the present invention.
  • the thickness of the Ag layer 2 is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 5 ⁇ m, more preferably 0.7 to 3 ⁇ m, from the viewpoint of exerting its function, cost and bendability.
  • the Ag layer 2 may contain, for example, 1.0% by mass or less, or 0.5% by mass or less of elements such as Se and Sb, and unavoidable impurities. From the viewpoint of conductivity and the like, the Ag layer 1 preferably contains 99.9% by mass or more of Ag.
  • the Ag film is a laminated body in which the Ag layer 1 and the Ag layer 2 described above are alternately laminated.
  • the heat-resistant adhesion to the material is excellent as compared with the case of the plating layer which is either one of the Ag layer 1 and the Ag layer 2, and the Ag film and the material are used. It is considered that peeling between (or the underlying layer described later) is unlikely to occur.
  • Specific examples of the laminated structure of the Ag layers 1 and 2 in the Ag film described above, including the positional relationship with the material (base layer), are as follows. Material (base layer) -Ag layer 1-Ag layer 2-Ag layer 1-Ag layer 2 Material (base layer) -Ag layer 2-Ag layer 1-Ag layer 2-Ag layer 1 It is preferable that the outermost layer of the Ag coating material is composed of the Ag layer 2.
  • the ratio of the thicknesses of the Ag layer 1 and the Ag layer 2 is not limited, but it is preferably 0.5 ⁇ (Ag layer 1 thickness / Ag layer 2 thickness) ⁇ 5.0.
  • the embodiment of the Ag coating material of the present invention has the material and the Ag film described above, and may further have another layer depending on the purpose.
  • Ni between the material and the Ag film is used to prevent Cu and alloy components in the material from diffusing into the Ag film and deteriorating the heat resistance. It is desirable that an underlayer made of (nickel) is formed.
  • the thickness of the base layer is not particularly limited, but is preferably 0.3 to 2 ⁇ m, more preferably 0.5 to 1.5 ⁇ m, from the viewpoint of exerting its function and cost.
  • a very thin intermediate layer made of Ag may be formed between the material or the base and the Ag film.
  • the Vickers hardness of the Ag coating material of the present invention is preferably 98 or more, more preferably 100 or more (unit: kgf / mm 2 ). If the hardness is too high, the bending workability may be adversely affected, so the Vickers hardness is preferably 135 or less.
  • the Vickers hardness of the Ag coating material is the Vickers hardness obtained for the surface of the Ag coating material, and the surface is the surface of the Ag coating material where the Ag film is formed. Details of the Vickers hardness measuring method will be described later in Examples.
  • the Ag coating material of the present invention it can be confirmed, for example, by the following method that the Ag film has the constitution (crystal grain size, preferential alignment plane, etc.) described above.
  • the fact that the Ag film has three or more layers can be confirmed by preparing a cross-sectional sample perpendicular to the surface of the Ag coating material and observing this sample with a scanning microscope or a scanning ion microscope. .. Since the Ag layer 1 has a smaller crystal grain size than the Ag layer 2, it can be distinguished by the size of the crystal grain size.
  • the surface of the Ag coating material can be obtained by the X-ray diffraction method (XRD) or the EBSD (Electron Backscatter Diffraction Pattern) analysis method to obtain the preferential orientation surface of the outermost layer of the Ag film.
  • XRD X-ray diffraction
  • EBSD Electro Backscatter Diffraction Pattern
  • the manufacturing method is characterized in that at least three Ag layers having an average crystal grain size different by 3 times or more are alternately laminated on the material to form an Ag film. It is preferable to stack four or more Ag layers to form the Ag film.
  • Ag layer 1 made of Ag having a small average crystal grain size and Ag layer 2 made of Ag having an average crystal grain size three times or more larger than that of Ag layer 1 are alternately formed to form three or more layers. It is preferable that it is a production method for forming an Ag film composed of an Ag layer. Further, it is preferable to form an Ag coating material in which the preferential orientation plane of the Ag layer 1 is the ⁇ 111 ⁇ plane and the priority orientation plane of the Ag layer 2 is the ⁇ 100 ⁇ plane. The material is the same as described above for embodiments of the Ag-coated material of the present invention.
  • the Ag film is composed of three or more Ag layers in which Ag layers 1 and Ag layers 2 are alternately laminated.
  • the Ag layers 1 and 2 are the same as those described above for the embodiment of the Ag coating material of the present invention.
  • a method for forming Ag layers 1 and 2 will be described.
  • the material on which the base layer is formed may be pretreated (electrolytic degreasing, pickling, etc.), if necessary.
  • the Ag layer 1 can be formed by a known method (for example, the method disclosed in Patent Document 1). As a method for forming the Ag layer 1, plating is preferable from the viewpoint of adhesion to the material, the base layer or the Ag layer 2, and the manufacturing cost.
  • the Ag plating solution 1 contains 80 to 130 g / L (preferably 80 to 110 g / L) of silver, 60 to 160 g / L (preferably 70 to 160 g / L) of potassium cyanide, and 50 to 80 mg / L (preferably). Is an aqueous solution containing 55 to 70 mg / L) of selenium.
  • Electroplating is performed using an Ag plating solution having a high selenium concentration in this way.
  • a silver layer having a ⁇ 111 ⁇ plane of preferential orientation can be suitably formed.
  • the product of the concentration of potassium cyanide and the current density in the Ag plating solution 1 is 840 g ⁇ A / L ⁇ dm 2 . It is preferable to carry out under the following conditions, and from the same viewpoint, it is preferable to carry out under the conditions where the product is 250 g ⁇ A / L ⁇ dm 2 or more.
  • the Ag plating solution 1 may be used as an Ag plating solution composed of an aqueous solution containing 74 to 203 g / L of silver cyanide, 70 to 160 g / L of potassium cyanide, and 73 to 128 mg / L of potassium selenocyanate.
  • the Ag layer 2 can be formed by a known method (for example, the method disclosed in Patent Document 2). As a method for forming the Ag layer 2, plating is preferable from the viewpoint of adhesion to the material, the base layer or the Ag layer 1, and the manufacturing cost.
  • the silver plating solution 2 is an aqueous solution containing 80 to 110 g / L of silver, 70 to 160 g / L of potassium cyanide, and 1 to 15 mg / L of selenium.
  • the Ag plating solution 1 may be used as an Ag plating solution composed of an aqueous solution containing 74 to 203 g / L of silver cyanide, 70 to 160 g / L of potassium cyanide, and 3 to 30 mg / L of potassium selenocyanate.
  • the material is composed of Ag layer 1 having an average crystal grain size smaller than Ag and Ag having an average crystal grain size larger than that of Ag layer 1. It is possible to provide a production method in which Ag layers 2 are alternately formed to form an Ag film composed of three or more Ag layers. At this time, when the average crystal grain size of the Ag layer 1 is D1 and the average crystal grain size of the Ag layer 2 is D2, D2 / D1 ⁇ 3.
  • a method for producing an Ag coating material in which the average crystal grain size (area average particle size) of the Ag layer 1 is 0.2 ⁇ m or less and the average crystal grain size (area average particle size) of the Ag layer 2 is 0.3 ⁇ m or more. can be provided.
  • the thickness of the Ag layer 1 is preferably 0.5 to 5 ⁇ m, and the thickness of the Ag layer 2 is preferably 0.5 to 5 ⁇ m.
  • Ag strike plating Before forming the Ag film on the material or the base layer, it is preferable to form a very thin intermediate layer by Ag strike plating to improve the adhesion between the material or the base layer and the Ag film.
  • a known method can be adopted without particular limitation as a method for forming the base layer, and the method by electroplating is preferable from the viewpoint of adhesion to the material and cost. ..
  • the wear resistance is emphasized in the manufactured Ag coating material
  • the Ag layer 2 the formation method is the same as described above).
  • the Ag coating material produced by the embodiment of the Ag coating material of the present invention described above and the embodiment of the method for manufacturing the Ag coating material described above is excellent in heat resistance and adhesion, bending workability and wear resistance, it is therefore excellent. It is suitable as a constituent material for contacts and terminal parts.
  • the Ag film has an Ag layer in which two Ag layers 1 and two Ag layers 2 are alternately laminated from the side closer to the material.
  • at least three layers may be laminated as long as Ag layers having different average crystal grain sizes are alternately laminated.
  • the Ag layer 1, the Ag layer 2, and the Ag layer 1 may be laminated from the side closer to the material, or the Ag layer 2, the Ag layer 1, and the Ag layer 2 may be laminated.
  • the Ag film may have four or more Ag layers.
  • the Ag layer 1, the Ag layer 2, the Ag layer 1, the Ag layer 2, the Ag layer 1, and the Ag layer 2 may be laminated from the side closer to the material, or the Ag layer 2, the Ag layer 1, and the Ag layer 2 may be laminated. It may be laminated with the Ag layer 1, the Ag layer 2, and the Ag layer 1.
  • Example 1 (Pretreatment: electrolytic degreasing and pickling)
  • a rolled plate made of pure copper (C1020) of 67 mm ⁇ 50 mm ⁇ 0.3 mm was prepared as a material (plate to be plated), and the material to be plated and the SUS plate were put into an alkaline degreasing solution, and the material to be plated was used as a cathode.
  • electrolytic degreasing was performed at a voltage of 5 V for 30 seconds, washed with water for 15 seconds, pickled in a 3% sulfuric acid aqueous solution for 15 seconds, and washed with water for 15 seconds.
  • Ni plating Next, in a nickel plating solution consisting of an aqueous solution containing 25 g / L nickel chloride, 35 g / L boric acid and 540 g / L nickel sulfamate tetrahydrate, the pretreated material to be plated was used as a cathode and SK. Using a nickel electrode plate as an anode, while stirring with a magnetic stirrer at 500 rpm, electroplating (nickel plating) is performed from nickel to a thickness of 1 ⁇ m under the condition of a liquid temperature of 55 ° C. and a current density of 7 A / dm 2 . After forming the underlying layer, it was washed with water for 15 seconds.
  • the Ag strike plating solution consisting of an aqueous solution containing 3 g / L of silver potassium cyanide and 90 g / L of potassium cyanide
  • the material to be plated on which the base layer was formed was used as the cathode
  • the titanium electrode plate coated with platinum was used as the anode.
  • electroplating silver strike plating
  • the Ag plating solution made of silver the material to be plated with Ag strike is used as a cathode, and the Ag electrode plate made of Ag having a purity of 99.99% by mass or more is used as an anode, and the solution temperature is 18 ° C. while stirring at 500 rpm with a stirrer.
  • Electroplating is performed until the thickness of the Ag plating film reaches 1.25 ⁇ m under the condition of current density of 5 A / dm 2 , washed with water for 15 seconds, dried by wind pressure with an air gun, and the first layer of Ag plating. A material to be plated on which a film (layer) was formed was obtained.
  • this Ag plating step is referred to as "Ag plating step A”. Se in the Ag plating solution was supplied by adding potassium selenocyanate.
  • the surface of the first-layer Ag-plated film thus obtained was subjected to a Cu tube and K ⁇ filter method using an X-ray diffraction analyzer (fully automated multipurpose horizontal X-ray diffractometer Smart Lab manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd.). Evaluated by. From the X-ray diffraction pattern obtained by scanning the scanning range 2 ⁇ at 5 to 120 deg and the scanning speed of 50 deg / min, X-rays of 111 diffraction peaks, 200 diffraction peaks, 220 diffraction peaks and 311 diffraction peaks of the Ag plating film are obtained. Diffraction peak intensity (X-ray diffraction peak intensity) is determined by JCPDS Card No.
  • a value (corrected strength) obtained by dividing by each relative strength ratio (relative strength ratio at the time of powder measurement) (111: 200: 220: 311 100: 40: 25: 26) described in 40783. Asked. The crystal plane corresponding to the X-ray diffraction peak having the strongest correction intensity was used as the preferential alignment plane of the Ag plating film of the first layer. As a result, the preferential orientation plane was the ⁇ 111 ⁇ plane.
  • the silver plating solution made of silver the material to be plated on which the Ag plating film of the first layer is formed is used as a cathode, and the Ag electrode plate made of Ag having a purity of 99.99% by mass or more is used as an anode, and the mixture is stirred by a stirrer at 500 rpm.
  • Ag plating process B Se in the Ag plating solution was supplied by the addition of potassium selenocyanate.
  • the preferential orientation plane of the second layer Ag plating film in this step is the ⁇ 100 ⁇ plane.
  • Ag plating step B (second time) Next, the sample on which the Ag plating film of the third layer was formed was used as a material to be plated, electroplating (Ag plating) was performed in the same manner as in the "Ag plating step B", washed with water for 15 seconds, and then used with an air gun. It was dried by wind pressure to obtain a material to be plated (that is, an Ag coating material) on which a fourth layer of Ag plating film was formed.
  • a material to be plated that is, an Ag coating material
  • the crystal grain size, bending workability, heat resistance and adhesion, Vickers hardness, contact resistance, and wear resistance of the cross section of each Ag layer were evaluated.
  • FIG. 1 is a photograph showing a SIM (scanning ion microscope) image of a cross section of the Ag coating material of Example 1.
  • SIM scanning ion microscope
  • the Ag coating material was cut and the cross section thereof was measured by the Area Fraction method in EBSD analysis to measure the average crystal grain size (area average grain size).
  • the details are as follows.
  • the cross section obtained by cutting the Ag coating material was milled with a cross section polisher (IB-09010CP manufactured by JEOL Ltd.) to obtain a mirror surface.
  • a field emission Auger microprobe JAMP-9500F manufactured by JEOL Ltd.
  • EBSD electron backscatter diffraction
  • the boundary of ° or more was regarded as a crystal grain boundary, and the average crystal grain size (area average grain size) was calculated based on the Area Fraction method using the above data analysis software.
  • the values of the average crystal grain size (area average grain size) were 0.080 ⁇ m in the first layer, 0.420 ⁇ m in the second layer, 0.080 ⁇ m in the third layer, and the fourth layer from the side closer to the substrate. It was 0.563 ⁇ m. That is, the ratio of the average crystal grain size of the adjacent Ag-plated layers was 3 or more.
  • a Zem clip TANOSEE Zem clip large size 28 mm, type TG-2G
  • the contacting portion of the separated flat plate-shaped test piece and the embossed test piece was observed with an objective lens ⁇ 50 using a microscope (Keence Co., Ltd. shape analysis laser microscope VK-X150), and among the three sets.
  • a microscope Karl Fischer Co., Ltd. shape analysis laser microscope VK-X150
  • the exposure of the Ni plating layer, which is the base layer is observed in any one set of test pieces (that is, when the peeling of Ag plating is observed), it is NG, and when all three sets are not observed, it is judged as Good. did. If it is difficult to tell whether or not the Ni plating layer is exposed, it can be confirmed by EPMA (Electron Probe Microanalyzer).
  • Example 1 Only in Example 1, the heat-resistant adhesion was evaluated even under the condition of holding at 200 ° C. for 1000 hours, but the three sets of test pieces were all Good, and the heat-resistant adhesion was good.
  • Vickers hardness HV For the Vickers hardness HV on the surface of the Ag coating material, a micro-hardness tester (HM-221 manufactured by Mitutoyo Co., Ltd.) was used, and the measured load of 10 gf was set to a descending time of 3 seconds, a holding time of 10 seconds, and an ascending time of 3 seconds. Indentations were formed and measured according to JIS Z2244. As a result, the Vickers hardness HV was 110. If the Vickers hardness HV is 98 or more, good wear resistance is expected.
  • HM-221 manufactured by Mitutoyo Co., Ltd.
  • Example 2 Except for forming an Ag plating layer having a thickness of 2.5 ⁇ m in the Ag plating step A and forming an Ag plating layer having a thickness of 2.5 ⁇ m in the Ag plating step B to form an Ag plating film having a total thickness of 10 ⁇ m.
  • An Ag coating material composed of four layers of Ag plating was produced by the same production method as in Example 1. Further, the purity (concentration) of Ag in these Ag plating layers was 99.9% by mass or more. Further, as in Example 1, the ratio of the average crystal grain size of the adjacent Ag-plated layers was 3 or more.
  • the bending workability of this Ag plating material was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, when the bending radius R was 1.0 mm, no exposure of the substrate was observed and the bending workability was good. Further, the exposure of the substrate was confirmed under the condition that the bending radius was 0.5 mm.
  • Example 3 As the first layer from the material side, an Ag plating layer with a thickness of 1 ⁇ m is formed in the Ag plating step A, and as the second layer, an Ag plating layer with a thickness of 1 ⁇ m is formed in the Ag plating step B, and Ag plating is performed as the third layer. Except that an Ag plating layer having a thickness of 1 ⁇ m was formed in step A, an Ag plating layer having a thickness of 2 ⁇ m was formed as the fourth layer in Ag plating step B, and an Ag plating film having a total thickness of 5 ⁇ m was formed.
  • the bending workability of this Ag plating material was evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, when the bending radius R was 1.0 mm, no exposure of the substrate was observed and the bending workability was good. Further, the exposure of the substrate was confirmed under the condition that the bending radius was 0.5 mm.
  • Example 1 Except that the first Ag plating layer was formed so as to have a thickness of 5 ⁇ m (by “Ag plating step A”), and the second, third and fourth Ag plating layers were not formed. Made an Ag-coated material in the same manner as in Example 1. That is, the Ag film is a single layer of only the first layer.
  • the priority orientation plane was ⁇ 111 ⁇ plane.
  • the Ag plating material was evaluated for bending workability, heat-resistant adhesion, Vickers hardness, contact resistance, and wear resistance in the same manner as in Example 1.
  • the bending workability the exposure of the substrate was confirmed in both the bending radius R of 1.0 mm and 0.5 mm, the bending workability was poor, and the heat resistance and adhesion were NG.
  • the Vickers hardness HV was 140, the contact resistance was 0.6 m ⁇ , and the wear resistance was good because the copper substrate was not exposed until after 80 reciprocating sliding operations.
  • the first Ag plating layer was formed by "Ag plating step B" so as to have a thickness of 5 ⁇ m, and the second, third and fourth Ag plating layers were not formed.
  • An Ag plating material was produced in the same manner as in Example 1. That is, the Ag film is a single layer of only the first layer.
  • the Ag coating material was evaluated for bending workability, heat-resistant adhesion, Vickers hardness, contact resistance, and wear resistance in the same manner as in Example 1.
  • the bending workability was good because the exposure of the substrate was not confirmed under the condition that the bending radius R was 1.0 mm.
  • the exposure of the substrate was confirmed under the condition of 0.5 mm.
  • the heat-resistant adhesion was NG.
  • the Vickers hardness HV was 90
  • the contact resistance was 0.2 m ⁇
  • the wear resistance was inferior because the copper substrate was exposed after 50 reciprocating sliding operations.
  • the step of forming the first Ag plating layer is referred to as "Ag plating step C".
  • Example 2 For this Ag-coated material, bending workability, heat-resistant adhesion, and Vickers hardness were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the bending workability was poor in both cases where the bending radius R was 1.0 mm and 0.5 mm, and the exposure of the substrate was confirmed, and the heat-resistant adhesion was NG. The Vickers hardness HV was 110.
  • the first Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step B”, and the second Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step A”.
  • the Ag coating material was produced in the same manner as in Example 1 except that the Ag plating layers of the 3rd and 4th layers were not formed. That is, the Ag film is composed of two Ag plating layers.
  • Example 2 For this Ag coating material, bending workability and heat-resistant adhesion were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the bending workability was good because the exposure of the substrate was not confirmed under the condition that the bending radius R was 1.0 mm. Exposure of the substrate was confirmed under the condition that the bending radius R was 0.5 mm. Moreover, the heat-resistant adhesion was NG.
  • the first Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step A”, and the second Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step B”.
  • the Ag coating material was produced in the same manner as in Example 1 except that the Ag plating layers of the 3rd and 4th layers were not formed. That is, the Ag film is composed of two Ag plating layers.
  • Example 2 For this Ag coating material, bending workability and heat-resistant adhesion were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the bending workability was good because the exposure of the substrate was not confirmed under the condition that the bending radius R was 1.0 mm. Exposure of the substrate was confirmed under the condition that the bending radius R was 0.5 mm. Moreover, the heat-resistant adhesion was NG.
  • the first Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step C”, and the second Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step B”.
  • the Ag coating material was produced in the same manner as in Example 1 except that the Ag plating films of the 3rd and 4th layers were not formed. That is, the Ag film is composed of two Ag plating layers.
  • Example 2 For this Ag coating material, bending workability and heat-resistant adhesion were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the bending workability was good because the exposure of the substrate was not confirmed under the condition that the bending radius R was 1.0 mm. Exposure of the substrate was confirmed under the condition that the bending radius R was 0.5 mm. Moreover, the heat-resistant adhesion was NG.
  • the first Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step B”, and the second Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step C”.
  • the Ag coating material was produced in the same manner as in Example 1 except that the Ag plating layers of the 3rd and 4th layers were not formed. That is, the Ag film is composed of two Ag plating layers.
  • Example 2 For this Ag coating material, bending workability and heat-resistant adhesion were evaluated in the same manner as in Example 1. As a result, the bending workability was good because the exposure of the substrate was not confirmed under the condition that the bending radius R was 1.0 mm. Exposure of the substrate was confirmed under the condition that the bending radius R was 0.5 mm. Moreover, the heat-resistant adhesion was NG.
  • the first Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step C”, and the second Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step A”.
  • the Ag coating material was produced in the same manner as in Example 1 except that the Ag plating layers of the 3rd and 4th layers were not formed. That is, the Ag film is composed of two Ag plating layers.
  • the first Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step A”, and the second Ag plating layer is formed to have a thickness of 2.5 ⁇ m by “Ag plating step C”.
  • the Ag coating material was produced in the same manner as in Example 1 except that the Ag plating layers of the 3rd and 4th layers were not formed. That is, the Ag film is composed of two Ag plating layers.
  • the first Ag plating layer is formed by "Ag plating step C”
  • the second Ag plating layer is formed by "Ag plating step B”
  • the third Ag plating layer is formed by "Ag plating step C”.
  • the Ag coating material was produced in the same manner as in Example 1 except that the fourth Ag plating layer was formed by the “Ag plating step B”. That is, the Ag film is composed of four Ag plating layers, the thickness of each Ag plating layer is 1.25 ⁇ m, and the total thickness of all Ag plating films is 5 ⁇ m.
  • the first layer was 0.213 ⁇ m
  • the second layer was 0.265 ⁇ m
  • the third was from the side closer to the substrate.
  • the layer was 0.119 ⁇ m and the fourth layer was 0.251 ⁇ m. That is, the ratio of the average crystal grain size of each adjacent layer was less than 3.
  • the purity (concentration) of Ag in the Ag plating layers of Comparative Examples 1 to 10 was 99.9% by mass or more.
  • Table 1 shows the production conditions and characteristics of the Ag coating materials of these Examples and Comparative Examples.
  • the Ag coating material produced in Example 1 has good bending workability, wear resistance, and heat adhesion.

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Abstract

素材、及び該素材上に形成されたAg皮膜を有するAg被覆素材であって、Ag皮膜は、平均結晶粒径が3倍以上異なるAg層が交互に少なくとも3層積層されたAg層を有することを特徴とする、Ag被覆素材及びその関連技術を提供する。

Description

Ag被覆素材、Ag被覆素材の製造方法及び端子部品
 本発明は、Ag被覆素材及びその製造方法等に関し、特に、車載用や民生用の電気配線に使用されるコネクタ、スイッチ、リレーなどの接点や端子部品の材料として使用されるAg被覆素材及びその製造方法等に関する。
 従来、コネクタやスイッチなどの接点や端子部品などの材料として、銅又は銅合金やステンレス鋼などの比較的安価で耐食性や機械的特性などに優れた素材に、電気特性や半田付け性などの必要な特性に応じて、錫、銀、金などのめっきを施しためっき材が使用されている。めっきにより形成された金属皮膜は素材との密着性に優れ、まためっきは製造コストが低いといった利点がある。
 銅又は銅合金やステンレス鋼などの素材に錫めっきを施した錫めっき材は、安価であるが、高温環境下における耐食性に劣っている。また、これらの素材に金めっきを施した金めっき材は、耐食性に優れ、信頼性が高いが、原料コストが高くなる。一方、これらの素材に銀めっきを施した銀めっき材は、金めっき材と比べて安価であり、錫めっき材と比べて耐食性に優れている。
 また、コネクタやスイッチなどの接点や端子部品などの材料には、コネクタの挿抜やスイッチの摺動に伴う耐摩耗性も要求される。
 特許文献1には、素材上に優先配向面が{111}面であるAgめっきからなる表層が形成されたAgめっき材により、高い硬度(耐摩耗性)を維持したまま、接触抵抗の増加を防止することができることが開示されている。同文献には、素材と表層の間にニッケルからなる下地層を形成することが好ましく、この下地層により、素材と表層との密着性を高めることができる旨が開示されている。
 また、Agめっき材を用いて端子等をプレス加工により所定形状に打ち抜いた後、曲げ加工して製品形状に成形することが多いが、この曲げ加工の際にクラックが発生して材料が破断したり、素材が露出するクラックが発生して素材が腐食し、製品としての寿命が著しく短くなる場合がある。
 このような曲げ加工性に関して特許文献2には、銅又は銅合金からなる素材の表面、又は素材上に形成された銅又は銅合金からなる下地層の表面に、銀からなる表層が形成された銀めっき材において、表層の{111}面と{200}面と{220}面と{311}面の各々のX線回折強度の和に対する{200}面のX線回折強度の占める割合が40%以上である銀めっき材が開示されている。同文献には、この銀めっき材は曲げ加工性が良好であり且つ高温環境下で使用しても接触抵抗の上昇を抑制することができる旨開示されている。
 特許文献3には、金属基材と銀めっき層の積層体である銀めっき積層体であって、前記銀めっき層は、金属基材の表面に形成された軟質銀めっき層と、軟質銀めっき層の表面に形成された硬質銀めっき層と、を有し、軟質銀めっき層のビッカース硬度が硬質銀めっき層のビッカース硬度よりも30HV以上低いこと、を特徴とする銀めっき積層体が開示され、この銀めっき積層体が、優れた耐摩耗性と加工性とを両立することについて開示されている。
 特許文献4には、コンタクトの接触部が、銅又は銅合金からなる基材と、基材上に形成された第2めっき層と、第2めっき層上に形成された第1めっき層とを有しており、第1めっき層は、銀又は銀合金からなるものであり、且つ、90Hv以下のビッカース硬度を有しており、第2めっき層は、銀又は銀合金からなるものであり、且つ、100Hv以上のビッカース硬度を有していることが開示されている。同文献は、このようなコンタクトを備えたコネクタが、低い接触抵抗を有する旨開示している。
特開2015-110833号公報 特開2013-76127号公報 特開2014-95139号公報 特開2016-15224号公報
 上述の通り、接点や端子部品などの材料には、耐摩耗性及び曲げ加工性といった特性が求められる。
 ところで、近年環境規制の問題からEV(Electric Vehicle)、PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)などの電動車両のニーズが増えており、電動車両の接点や端子部品の材料には、導電性、接触信頼性の観点から銀からなる層で被覆した伸銅材等が基材として使用されることが多い。
 電動車両においてはその使用環境(通電によるジュール熱の発生等)を考慮して、素材と銀層の間、或いは下地Ni層と銀層の間の耐熱密着性に優れることが求められる。具体的には銀層が形成されたコネクタ同士が接触(嵌合)した状態で加熱された後、両者を離したときに基材と銀層或いはニッケル層と銀層の間で剥離が生じないようにしたいという課題がある。
 特許文献1~4に開示された構成はいずれも耐熱密着性が十分でなく、また特許文献1、4に開示された構成は曲げ加工性も十分でない。
 したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、耐熱密着性及び曲げ加工性に優れた銀被覆素材及びその製造方法を提供することを目的とする。
  本発明の第1の態様は、
 素材、及び該素材上に形成されたAg皮膜を有するAg被覆素材であって、
 前記Ag皮膜は、平均結晶粒径が3倍以上異なるAg層が交互に少なくとも3層積層されたAg層を有することを特徴とする、Ag被覆素材である。
 本発明の第2の態様は、第1の態様に記載の態様であって、
 前記Ag皮膜は、4層以上積層されたAg層を有することを特徴とする。
 本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様に記載の態様であって、
 前記Ag皮膜は、前記素材に近い側から、平均結晶粒径の小さいAgからなるAg層1及びAg層1よりも平均結晶粒径の大きいAgからなるAg層2が交互に積層されたAg層を有することを特徴とする。
 本発明の第4の態様は、第3の態様に記載の態様であって、
 前記Ag層1の平均結晶粒径(エリア平均粒径)が0.2μm以下であることを特徴とする。
 本発明の第5の態様は、第3又は第4の態様に記載の態様であって、
 前記Ag層2の平均結晶粒径(エリア平均粒径)が0.3μm以上であることを特徴とする。
 本発明の第6の態様は、第3~第5のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag層1の厚さが0.5~5μmであることを特徴とする。
 本発明の第7の態様は、第3~第6のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag層2の厚さが0.5~5μmであることを特徴とする。
 本発明の第8の態様は、第3~第7のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag層1の優先配向面が{111}面であり、前記Ag層2の優先配向面が{100}面であることを特徴とする。
 本発明の第9の態様は、第3~第8のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag被覆素材の最表層が、前記Ag層2で構成されていることを特徴とする。
 本発明の第10の態様は、第1~第9のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記素材と前記Ag皮膜との間にNiからなる下地層が形成されていることを特徴とする。
 本発明の第11の態様は、第1~第10のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記素材がCu又はCu合金からなることを特徴とする。
 本発明の第12の態様は、第1~第11のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag被覆素材のビッカース硬さHVが100以上であることを特徴とする。
 本発明の第13の態様は、
 素材上に、平均結晶粒径が3倍以上異なるAg層を交互に少なくとも3層積層してAg皮膜を形成することを特徴とする、Ag被覆素材の製造方法である。
 本発明の第14の態様は、第13の態様に記載の態様であって、
 前記Ag層を4層以上積層して前記Ag皮膜を形成することを特徴とする。
 本発明の第15の態様は、第13又は第14の態様に記載の態様であって、
 前記素材上に、
 平均結晶粒径の小さいAgからなるAg層1及びAg層1よりも平均結晶粒径の大きいAgからなるAg層2を交互に形成することを特徴とする。
 本発明の第16の態様は、第15の態様に記載の態様であって、
 前記Ag層1の平均結晶粒径(エリア平均粒径)を0.2μm以下とすることを特徴とする。
 本発明の第17の態様は、第15又は第16の態様に記載の態様であって、
 前記Ag層2の平均結晶粒径(エリア平均粒径)を0.3μm以上とすることを特徴とする。
 本発明の第18の態様は、第15~第17のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag層1の厚さを0.5~5μmとすることを特徴とする。
 本発明の第19の態様は、第15~第18のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag層2の厚さを0.5~5μmとすることを特徴とする。
 本発明の第20の態様は、第15~第19のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag層1の優先配向面を{111}面とし、前記Ag層2の優先配向面を{100}面とすることを特徴とする。
 本発明の第21の態様は、第15~第20のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag被覆素材の最表層として、前記Ag層2を形成することを特徴とする。
 本発明の第22の態様は、第15~第21のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag層1を、
 シアン化銀カリウムと、シアン化カリウムと、セレノシアン酸カリウムを含むAgめっき液1を用い、液温10~35℃、電流密度3~15A/dmの条件で電気めっきを行うことで形成し、
 前記Agめっき液1は、
 80~130g/Lの銀と、
 60~160g/Lのシアン化カリウムと、
 50~80mg/Lのセレンを含む水溶液であることを特徴とする。
 本発明の第23の態様は、第22の態様に記載の態様であって、
 前記セレンが55~70mg/Lであることを特徴とする。
 本発明の第24の態様は、第22又は第23の態様に記載の態様であって、
 前記Agめっき液1中のシアン化カリウムの濃度と電流密度の積が840g・A/L・dm以下となる条件で前記電気めっきを行うことを特徴とする。
 本発明の第25の態様は、第15~第24のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記Ag層2を、
 シアン化銀カリウムと、シアン化カリウムと、セレノシアン酸カリウムを含む銀めっき液2を用い、液温10~40℃、電流密度3~10A/dmで電気めっきを行うことで形成し、
 前記銀めっき液2は、
 80~110g/Lの銀と、
 70~160g/Lのシアン化カリウムと、
 1~15mg/Lのセレンを含有する水溶液であることを特徴とする。
 本発明の第26の態様は、第13~第25のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記素材上にNiからなる下地層を形成し、該下地層上に、前記Ag皮膜を形成することを特徴とする。
 本発明の第27の態様は、第13~第26のいずれかの態様に記載の態様であって、
 前記素材がCu又はCu合金からなることを特徴とする。
 本発明の第28の態様は、
 第1~第12のいずれかの態様に記載のAg被覆素材を構成材料として用いたことを特徴とする、端子部品である。
 本発明は、耐熱密着性及び曲げ加工性に優れた銀被覆材及びその製造方法を提供することができる。
図1は、実施例1のAg被覆素材の断面のSIM(走査イオン顕微鏡)像を示す写真である。
 以下、本実施形態について説明する。本明細書における「~」は所定の数値以上かつ所定の数値以下を指す。以下、本発明のAg被覆素材及びその製造方法等の実施の形態について説明する。
[Ag被覆素材]
 以下、本発明のAg被覆素材の実施の形態の各構成について、説明する。
<素材>
 本発明のAg被覆素材の実施の形態は、素材と、その素材上に形成されたAg皮膜を有している。前記素材としては、接点又は端子部品等の材料における素材として従来用いられているものを広く採用可能である。耐食性や機械的特性の点から、Cu(銅)、Cu合金又はステンレス鋼で形成された素材が好ましく、前記の点に加えて導電性の点から、Cu又はCu合金で形成された素材が好ましい。Cu合金は、Cuを好ましくは90質量%以上含んでおり、またCu合金を構成する他の金属元素としては、Ni、Sn、P、Si、Co、Fe、Mg、Zn、Ti等が挙げられる。
<Ag皮膜>
 素材上に形成されたAg皮膜は、平均結晶粒径が3倍以上異なるAg層が交互に少なくとも3層積層されたAg層を有することを特徴とする。更には、4層以上積層されたAg層を有することが好ましい。
 上記「平均結晶粒径が3倍以上異なる」とは、隣接する平均結晶粒径の異なるAg層において、平均結晶粒径の大きいAg層の平均結晶粒径(D2とする)を、平均結晶粒径の小さいAg層の平均結晶粒径(D1とする)で除したとき3以上となる、すなわちD2/D1≧3であることを意味する。平均結晶粒径が3倍以上異なるAg層が交互に3層積層されたAg層とは、平均結晶粒径の小さいAg層(平均結晶粒径=D1a)と平均結晶粒径の大きいAg層(平均結晶粒径=D2)と平均結晶粒径の小さいAg層(平均結晶粒径=D1b)が順に積層され、D2/D1a、D2/D1bがともに3以上であるものをいう。上記の積層の順序は、平均結晶粒径の大きいAg層、平均結晶粒径の小さいAg層、平均結晶粒径の大きいAg層の順序としてもよい。
 また、前記Ag皮膜は、前記素材に近い側から、平均結晶粒径の小さいAgからなるAg層1及びAg層1よりも平均結晶粒径の(3倍以上)大きいAgからなるAg層2が交互に積層されたAg層を有することが好ましい。
 素材(又は後述する下地層)上に形成されるAg皮膜は、所定の優先配向面を有するAg(銀)からなる層である、Ag層1及びAg層2が交互に2層ずつ積層されてなる、4層構成の積層体であるのが好ましい。なお、Ag層の厚さが非常に薄いなどにより、複数のAg層として区別困難なもの(例えば、後述のAgストライクめっき層のように非常に膜厚が小さい。例えば膜厚が0.1μm以下のAg層)は、複数の層としてカウントしない。
(Ag層1)
 Ag層1は、後述のAg層2よりも平均結晶粒径が小さいAgからなる層である。この記Ag層1の平均結晶粒径(エリア平均粒径)が0.005μm以上であることが好ましく、0.2μm以下であることが好ましい。更には0.15μm以下であることが好ましい。
 また、Ag層1は、優先配向面が{111}面のAgで構成されていることが好ましい。優先配向面とは、Ag層1の表面をX線回折分析したときの、111回折ピーク、200回折ピーク、110回折ピーク及び311回折ピークの各々のX線回折ピークについて、最も強度が高い回折ピークに対応する結晶面である。優先配向面の求め方の詳細については、実施例にて後述する。
 Ag層1は、高い硬度を有すると考えられ、本発明のAg被覆素材の優れた耐摩耗性に寄与している。
 Ag層1の厚みは特に限定されないが、その機能発揮、コストや曲げ加工性の観点から、0.5~5μmであることが好ましく、0.7~3μmであることがより好ましい。
 なおAg層1は、例えば1.0質量%以下、あるいは0.5質量以下のSeやSb等の元素や不可避不純物を含有してもよい。導電性の観点などからはAg層1は99.9質量%以上のAgを含むことが好ましい。
(Ag層2)
 Ag層2は、Ag層1よりも平均結晶粒径が3倍以上(好ましくは4倍以上、更に好ましくは5倍以上)の大きい結晶粒径を有するAgからなる層である。このAg層2の平均結晶粒径(エリア平均粒径)が0.3μm以上であることが好ましく、0.4μm以上であることがより好ましく、1.0μm以下であることが好ましい。
 Ag層2の平均結晶粒径とAg層1の平均結晶粒径との差が所定の値以上(或いは所定の範囲内)であるのが好ましい。例えば0.2μm以上、更には0.3μm以上の差を有するのが好ましく、2μm以下、更には1μm以下の差を有するのが好ましい。
 また、Ag皮膜を構成するAg層2の表面は、優先配向面が{100}面のAgで構成されていることが好ましい。
 Ag層2は、曲げ加工を受けた際に変形しやすく、本発明のAg被覆素材の優れた曲げ加工性に寄与している。
 Ag層2の厚みは特に限定されないが、その機能発揮、コストや曲げ加工性の観点から、0.5~5μmであることが好ましく、0.7~3μmであることがより好ましい。
 なおAg層2は、例えば1.0質量%以下、あるいは0.5質量以下のSeやSb等の元素や不可避不純物を含有してもよい。導電性の観点などからはAg層1は99.9質量%以上のAgを含むことが好ましい。
(Ag層1とAg層2の積層)
 Ag皮膜は、以上説明したAg層1とAg層2を交互に積層してなる積層体である。前記積層体とすることにより、Ag層1又はAg層2のいずれか1層であるめっき層の場合と比べて、素材(又は後述する下地層)との耐熱密着性に優れ、Ag皮膜と素材(又は後述する下地層)の間での剥離が生じにくいと考えられる。
 曲げ加工性に関して、クラックは、曲げ加工時にAg皮膜中の層のいずれかの箇所で亀裂の起点が発生し、これが上下に伸びて(亀裂の伝播)上下に貫通することで発生するものと考えられる。そして、Ag被覆素材が折り曲げられる場合、Ag皮膜の各構成層のうち素材から遠い(表面に近い)層ほど発生する引張応力が大きく、亀裂の起点が生じやすいと考えられる。本発明においては、Ag皮膜は3層以上、好ましくは4層以上のAg層の積層体であるため、各層の界面のところで亀裂の伝播が食い止められ、これが本発明のAg被覆素材の優れた曲げ加工性に寄与しているものと考えられる。
 以上説明した優れた耐熱密着性及び曲げ加工性は、Ag層1及びAg層2を1層ずつ、合計2層の積層体としたのでは発揮されず、効果の発揮には3層以上、好ましくは4層以上の積層体とすることが必要である。
 以上説明したAg皮膜におけるAg層1及び2の、素材(下地層)との位置関係を含めた積層構造の具体例を挙げると、以下のとおりである。
 素材(下地層)-Ag層1-Ag層2-Ag層1-Ag層2
 素材(下地層)-Ag層2-Ag層1-Ag層2-Ag層1
 Ag被覆素材の最表層が、前記Ag層2で構成されていることが好ましい。
 Ag層1とAg層2の厚さの比には限定は無いが、0.5≦(Ag層1厚さ/Ag層2厚さ)≦5.0であるのが好ましい。
<他の層>
 本発明のAg被覆素材の実施の形態は、以上説明した素材及びAg皮膜を有しており、更に目的に応じて他の層を有していてもよい。
 例えば、特に素材がCu又はCu合金で構成される場合には、素材中のCuや合金成分がAg皮膜に拡散して耐熱性が劣化することを防止するため、素材とAg皮膜の間にNi(ニッケル)からなる下地層が形成されていることが望ましい。下地層の厚みは特に限定されないが、その機能発揮とコストの観点から、0.3~2μmであることが好ましく、0.5~1.5μmであることがより好ましい。
 例えば、後述するAg被覆素材の製造方法によりAg被覆素材を製造する場合には、素材又は下地とAg皮膜の間に、Agからなる非常に薄い中間層が形成されていてもよい。
<Ag被覆素材のビッカース硬さ>
 本発明のAg被覆素材のビッカース硬さは、好ましくは98以上であり、より好ましくは100以上である(単位:kgf/mm)。なお、硬さがあまりに高いと曲げ加工性に悪影響する場合があるので、ビッカース硬さは135以下であることが好ましい。
 なお、Ag被覆素材のビッカース硬さは、Ag被覆素材の表面について求めたビッカース硬さであり、前記表面とは、Ag被覆素材の、Ag皮膜が形成されている箇所の表面のことである。ビッカース硬さの測定方法の詳細は、実施例にて後述する。
<Ag皮膜中のAg層1及び2の確認方法>
 本発明のAg被覆素材において、Ag皮膜が以上説明した構成(結晶粒径、優先配向面など)を備えていることは、例えば以下の方法により確認することができる。
 まず、3層以上の構成のAg皮膜であることは、Ag被覆素材の表面に垂直な断面試料を作成し、この試料を走査型顕微鏡や走査イオン顕微鏡などにより観察することで確認することができる。Ag層1はAg層2と比べて結晶粒径が小さいため、結晶粒径の大小で区別することができる。
 また、Ag被覆材の表面をX線回折法(XRD)又はEBSD(Electron BackScatter Diffraction Pattern)解析法によりAg皮膜の最表層の優先配向面を求めることができる。次に、最表層を公知の方法(例えば研磨やミリング、スパッタ、エッチングなど)により除去し、上から2番目の層について、同様に優先配向面を求める。これを繰り返すことで、本発明で規定するAg層1及び2の3層以上の構成のAg皮膜であることを確認することができる。
[Ag被覆素材の製造方法]
 次に、本発明のAg被覆素材の製造方法の実施の形態について説明する。
 当該製造方法では、素材上に、平均結晶粒径が3倍以上異なるAg層を交互に少なくとも3層積層してAg皮膜を形成することを特徴とする。前記Ag層を4層以上積層して前記Ag皮膜を形成するのが好ましい。
 また、素材上に、平均結晶粒径の小さいAgからなるAg層1とAg層1よりも平均結晶粒径が3倍以上大きいAgからなるAg層2を交互に形成して、3層以上のAg層で構成されるAg皮膜を形成する製造方法であることが好ましい。更にはAg層1の優先配向面を{111}面とし、Ag層2の優先配向面を{100}面とするAg被覆素材を形成するのが好ましい。素材は、本発明のAg被覆素材の実施の形態について上記で説明したのと同様である。
<Ag皮膜>
 前記の通り、Ag皮膜はAg層1とAg層2が交互に積層してなる、3層以上のAg層で構成される。Ag層1及び2については、本発明のAg被覆素材の実施の形態について上記で説明したのと同様である。以下では、Ag層1及び2の形成方法について説明する。なおAg皮膜の形成の前に、必要に応じて下地層が形成された素材を前処理(電解脱脂や酸洗等)してもよい。
(Ag層1の形成)
 Ag層1は、公知の方法(例えば特許文献1に開示された方法)により形成することができる。Ag層1の形成方法としては、素材、下地層又はAg層2との密着性、及び製造コストの観点から、めっきが好ましい。
 より具体的には、シアン化銀カリウムと、シアン化カリウムと、セレノシアン酸カリウムを含むAgめっき液1を用いて、液温10~35℃、電流密度3~15A/dmの条件で、(素材、下地層又はAg層2に対して)電気めっきを行うことでAg層1を形成することが好ましい。前記Agめっき液1は、80~130g/L(好ましくは80~110g/L)の銀と、60~160g/L(好ましくは70~160g/L)のシアン化カリウムと、50~80mg/L(好ましくは55~70mg/L)のセレンを含む水溶液である。(なお、シアン化銀カリウムとセレノシアン酸カリウムは電離するとシアンイオンとカリウムイオンを生じるが、これらは前記シアン化カリウムの濃度に含めない。)このようにセレン濃度の高いAgめっき液を用いて電気めっきを行うと、優先配向面が{111}面の銀層を好適に形成することができる。また、優先配向面が{111}面の銀層を好適に形成する観点から、この電気めっきは、前記Agめっき液1中のシアン化カリウムの濃度と電流密度の積が840g・A/L・dm以下となる条件で行うことが好ましく、同様な観点で、前記積が250g・A/L・dm以上となる条件で行うことが好ましい。
 また、上記Agめっき液1を、74~203g/Lのシアン化銀カリウムと70~160g/Lのシアン化カリウムと73~128mg/Lのセレノシアン酸カリウムを含む水溶液からなるAgめっき液としてもよい。
(Ag層2の形成)
 Ag層2は、公知の方法(例えば特許文献2に開示された方法)により形成することができる。Ag層2の形成方法としては、素材、下地層又はAg層1との密着性、及び製造コストの観点から、めっきが好ましい。
 より具体的には、シアン化銀カリウムと、シアン化カリウムと、セレノシアン酸カリウムを含む銀めっき液2を用いて、液温10~40℃、電流密度3~10A/dmの条件で、(素材、下地層又はAg層1に対して)電気めっきを行うことでAg層2を形成することが好ましい。前記銀めっき液2は、80~110g/Lの銀と、70~160g/Lのシアン化カリウムと、1~15mg/Lのセレンを含有する水溶液である。(なお、シアン化銀カリウムとセレノシアン酸カリウムは電離するとシアンイオンとカリウムイオンを生じるが、これらは前記シアン化カリウムの濃度に含めない。)このように少量のセレンを含むAgめっき液を用いて電気めっきを行うと、優先配向面が{100}面の銀層を好適に形成することができる。
 また、上記Agめっき液1を、74~203g/Lのシアン化銀カリウムと70~160g/Lのシアン化カリウムと3~30mg/Lのセレノシアン酸カリウムを含む水溶液からなるAgめっき液としてもよい。
(平均結晶粒径)
 上記のような具体的なAg層1及びAg層2の製造方法により、素材上に、平均結晶粒径の小さいAgからなるAg層1とAg層1よりも平均結晶粒径の大きいAgからなるAg層2を交互に形成して、3層以上のAg層で構成されるAg皮膜を形成する製造方法を提供することができる。このときAg層1の平均結晶粒径をD1、Ag層2の平均結晶粒径をD2としたときに、D2/D1≧3である。
 また、Ag層1の平均結晶粒径(エリア平均粒径)が0.2μm以下、Ag層2の平均結晶粒径(エリア平均粒径)が0.3μm以上とするAg被覆素材の製造方法を提供することができる。
 また、前記Ag層1の厚さを0.5~5μmとすることが好ましく、前記Ag層2の厚さを0.5~5μmとすることが好ましい。
(Agストライクめっき)
 素材又は下地層上にAg皮膜を形成する前に、Agストライクめっきにより非常に薄い中間層を形成して、素材又は下地層とAg皮膜との密着性を高めることが好ましい。
<他の層>
 Ag被覆素材の実施の形態の説明で上述した通り、本発明においては、素材及びAg皮膜以外に他の層(ニッケルからなる下地層等)を形成してもよい。
 素材上にニッケルからなる下地層を形成する場合、この下地層の形成方法としては公知の方法を特に制限なく採用可能であり、素材との密着性及びコストの観点から、電気めっきによる方法が好ましい。
 また、製造されるAg被覆素材において耐摩耗性を重視する場合は、最表層としてAg層1(形成方法は上記と同様)を形成することが好ましく、曲げ加工性を重視する場合は、最表層としてAg層2(形成方法は上記と同様)を形成することが好ましい。
[端子部品]
 以上説明した本発明のAg被覆素材の実施の形態、及びAg被覆素材の製造方法の実施の形態により製造されたAg被覆素材は、耐熱密着性、曲げ加工性及び耐摩耗性に優れることから、接点や端子部品の構成材料として好適である。
 本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
 例えば、本実施形態では、Ag皮膜は、前記素材に近い側からAg層1及びAg層2が交互に2層ずつ積層されたAg層を有する場合を例示した。その一方、平均結晶粒径の異なるAg層が交互に積層されていれば少なくとも3層積層しても構わない。例えば、素材に近い側からAg層1、Ag層2、Ag層1と積層してもよいし、Ag層2、Ag層1、Ag層2と積層してもよい。また、Ag皮膜は、4層以上のAg層を有してもよい。例えば、素材に近い側からAg層1、Ag層2、Ag層1、Ag層2、Ag層1、Ag層2と積層してもよいし、Ag層2、Ag層1、Ag層2、Ag層1、Ag層2、Ag層1と積層してもよい。
 次に実施例を示し、本発明について具体的に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下に記載のない内容は、本実施形態で述べた内容と同様とする。
 以下、本発明による銀めっき材及びその製造方法の実施例について詳細に説明する。
[実施例1]
(前処理:電解脱脂と酸洗)  
 まず、素材(被めっき材)として67mm×50mm×0.3mmの純銅(C1020)からなる圧延板を用意し、この被めっき材とSUS板をアルカリ脱脂液に入れ、被めっき材を陰極とし、SUS板を陽極として、電圧5Vで30秒間電解脱脂を行い、15秒間水洗した後、3%硫酸水溶液中で15秒間酸洗し、15秒間水洗した。
(Niめっき)
 次に、25g/Lの塩化ニッケルと35g/Lのホウ酸と540g/Lのスルファミン酸ニッケル四水和物を含む水溶液からなるニッケルめっき液中において、前処理した被めっき材を陰極とし、SKニッケル電極板を陽極として、マグネチックスターラにより500rpmで撹拌しながら、液温55℃で電流密度7A/dmの条件で、厚さが1μmになるまで電気めっき(ニッケルめっき)を行ってニッケルからなる下地層を形成した後、15秒間水洗した。
(Agストライクめっき)
 次に、3g/Lのシアン化銀カリウムと90g/Lのシアン化カリウムを含む水溶液からなるAgストライクめっき液中において、下地層を形成した被めっき材を陰極とし、白金で被覆したチタン電極板を陽極として、スターラにより500rpmで撹拌しながら液温18℃、電流密度2A/dmの条件で10秒間電気めっき(銀ストライクめっき)を行った後、15秒間水洗した。
(Agめっき工程A)
 次に、175g/Lのシアン化銀カリウム(KAg(CN))(銀の濃度は95g/L)と、95g/Lのシアン化カリウム(KCN)と、55mg/LのSe(セレン)を含む水溶液からなるAgめっき液中において、Agストライクめっきされた被めっき材を陰極とし、純度99.99質量%以上のAgからなるAg電極板を陽極として、スターラにより500rpmで撹拌しながら液温18℃で電流密度5A/dmの条件でAgめっき皮膜の厚さが1.25μmになるまで電気めっき(Agめっき)を行い、15秒間水洗し、エアガンによる風圧で乾燥して、1層目のAgめっき皮膜(層)が形成された被めっき材を得た。なお、本願明細書中においてこのAgめっき工程を「Agめっき工程A」という。なお、Agめっき液中のSeは、セレノシアン酸カリウムの添加により供給された。
(結晶配向性の評価)
 このようにして得られた1層目のAgめっき皮膜の表面についてX線回折分析装置(理学電気株式会社製の全自動多目的水平型X線回折装置Smart Lab)により、Cu管球、Kβフィルター法により評価した。走査範囲2θを5~120deg、走査速度50deg/minで走査して得られたX線回折パターンから、Agめっき皮膜の111回折ピーク、200回折ピーク、220回折ピーク及び311回折ピークの各々のX線回折ピーク強度(X線回折ピークの強度)をJCPDSカードNo.40783に記載された各々の相対強度比(粉末測定時の相対強度比)(111:200:220:311=100:40:25:26)で割ることにより補正して得られる値(補正強度)を求めた。この補正強度が最も強いX線回折ピークに対応する結晶面を、上記1層目のAgめっき皮膜の優先配向面とした。その結果、優先配向面は{111}面であった。
(Agめっき工程B)
 次に、175g/Lのシアン化銀カリウム(KAg(CN))(銀の濃度は95g/L)と、95g/Lのシアン化カリウム(KCN)と、6mg/LのSe(セレン)を含む水溶液からなる銀めっき液中において、前記1層目のAgめっき皮膜が形成された被めっき材を陰極とし、純度99.99質量%以上のAgからなるAg電極板を陽極として、スターラにより500rpmで撹拌しながら液温18℃で電流密度5A/dmの条件でAgめっき皮膜の厚さが1.25μmになるまで電気めっき(Agめっき)を行った後、15秒間水洗し、エアガンによる風圧で乾燥し、2層目のAgめっき皮膜(層)が形成された被めっき材を得た。
 なお、本願明細書中においてこのAgめっき工程を「Agめっき工程B」という。Agめっき液中のSeは、セレノシアン酸カリウムの添加により供給された。
 また、後述する比較例2で同様の条件で作製されるAgめっき皮膜のX線回折による評価の結果より、本工程の2層目のAgめっき皮膜の優先配向面は{100}面となる。
(Agめっき工程A(2回目))
 次に、前記2層目のAgめっき皮膜が形成された試料を被めっき材とし、前記「Agめっき工程A」と同様に電気めっき(Agめっき)を行った後、15秒間水洗し、3層目のAgめっき皮膜が形成された被めっき材を得た。
(Agめっき工程B(2回目))
 次に、前記3層目のAgめっき皮膜が形成された試料を被めっき材とし、前記「Agめっき工程B」と同様に電気めっき(Agめっき)を行った後、15秒間水洗し、エアガンによる風圧で乾燥し、4層目のAgめっき皮膜が形成された被めっき材(すなわちAg被覆素材)を得た。
 このようにして、各層の厚さが1.25μm、合計厚さが5μmの4層のAgめっき皮膜が形成されたAg被覆素材を得た。また、これらAgめっき層のAgの純度(濃度)はいずれも99.9質量%以上であった。
 このAg被覆素材について、各Ag層の断面の結晶粒径、曲げ加工性、耐熱密着性、ビッカース硬さ、接触抵抗、耐摩耗性を評価した。
 図1は、実施例1のAg被覆素材の断面のSIM(走査イオン顕微鏡)像を示す写真である。
 図1に示すように、下から、素材、Niめっき層、Agめっき工程Aによる1層目のAgめっき皮膜、Agめっき工程Bによる2層目のAgめっき皮膜、Agめっき工程Aによる3層目のAgめっき皮膜、Agめっき工程Bによる4層目のAgめっき皮膜が確認される。Agストライクめっき層は薄いため、図1では視認困難である。
(結晶粒径)
 Ag被覆素材を切断してその断面をEBSD解析におけるArea Fraction法で平均結晶粒径(エリア平均粒径)を測定した。
 詳しくは、以下の通りである。
 Ag被覆素材を切断した断面を、クロスセクションポリッシャー(日本電子株式会社製のIB-09010CP)によりミリング処理して鏡面とした。この断面について、電子線後方散乱回折(Electron BackScatter Diffraction(EBSD))分析装置(株式会社TSLソリューションズ製のOIM Analysis)を備えたフィールドエミッションオージェマイクロプローブ(日本電子株式会社製のJAMP-9500F)を使用して、加速電圧15kV、倍率20000倍、測定視野5.0μm×10.0μm、ステップサイズ20nmとしてEBSD測定を行った。
 この測定結果から、データ収集用ソフト(株式会社TSLソリューションズ製のOIM-DC)とデータ解析用ソフト(株式会社TSLソリューションズ製のOIM)を用いて、逆極点図(Inverse Pole Figure(IPF))マップを作成した。
 このIPFマップに基づいて、上記のデータ解析用ソフトにより解析された信頼性指数(Confidence Index(CI)値)が0.1以下である測定点を除き、隣接するピクセル間の結晶方位差が5°以上である境界を結晶粒界とみなして、上記のデータ解析用ソフトによりArea Fraction法に基づいて、平均結晶粒径(エリア平均粒径)を算出した。
 その結果、平均結晶粒径(エリア平均粒径)の値は、基材に近い側から第1層では0.080μm、第2層では0.420μm、第3層では0.080μm、第4層では0.563μmであった。すなわち隣接するAgめっきの層の平均結晶粒径の比は3以上であった。
(曲げ加工性)
 Ag被覆素材の曲げ加工性は、JIS Z2248のVブロック法に準じて、Ag被覆素材を素材の圧延方向に対して垂直方向に曲げ半径R=1.0mm及びR=0.5mmの2水準で90度に折り曲げた後、その折り曲げた箇所を顕微鏡(キーエンス社製のデジタルマイクロスコープVHX-1000)により500倍に拡大して観察し、曲げ部(山折り部)の素地(Niめっき又はCu素材)の露出の有無によって評価した。なお、曲げ半径Rは、Ag被覆素材に押し当てて折り曲げる押し子の湾曲部の半径であり、曲げ半径Rを板厚tで除した値R/tはそれぞれ3.3(R=1.0の場合)、1.67(R=0.5の場合)である。
 その結果、いずれの曲げ半径で折り曲げた場合においても素地の露出は観察されず、曲げ加工性が良好であった。
(耐熱密着性)
 このAg被覆素材から2枚の試験片(50mm×10mm)を切り出して、一方の試験片を平板状試験片とするとともに、他方の試験片をエンボス加工(内側R=1.5mmの半球状の打ち出し加工)してエンボス付き試験片(圧子)とし、平板状試験片にエンボス付き試験片の凸部を接触させた後、ゼムクリップ(TANOSEEゼムクリップ 大 サイズ28mm、形式 TG-2G)により両者を挟んで固定し、200℃の恒温槽(アズワン株式会社製恒温槽OF-450)に入れて120時間保持した後に取り出し、ゼムクリップを外して、二つの試験片を分離した。このような試験片を3組作製して評価した。
 この分離した平板状試験片及びエンボス付き試験片の接触していた部分を、顕微鏡(株式会社キーエンス製形状解析レーザ顕微鏡VK-X150)を使用して、対物レンズ×50で観察し、3組中いずれか1組の試験片において下地層であるNiめっき層の露出が観察された場合(すなわちAgめっきの剥離が観察された場合)をNG、3組全て下地層が観察されない場合をGoodと判定した。Niめっき層の露出の有無がわかりにくい場合は、EPMA(電子プローブマイクロアナライザー)で確認することができる。
 上記評価の結果、3組の試験片は全てGoodであり、耐熱密着性は良好であった。
 なお、実施例1に限り200℃で1000時間保持する条件でも耐熱密着性を評価したが、3組の試験片は全てGoodであり、耐熱密着性は良好であった。
(ビッカース硬さ)
 Ag被覆素材の表面のビッカース硬さHVは、微小硬さ試験機(株式会社ミツトヨ製のHM-221)を使用し、測定荷重10gfを下降時間3秒、保持時間10秒、上昇時間3秒として圧痕を形成し、JIS Z2244に準じて測定した。その結果、ビッカース硬さHVは110であった。ビッカース硬さHVが98以上であれば、良好な耐摩耗性が期待される。
(接触抵抗)
 Ag被覆素材から2枚の試験片を切り出して、一方の試験片を平板状試験片とするとともに、他方の試験片をエンボス加工(内側R=1.5mmの半球状の打ち出し加工)してエンボス付き試験片(圧子)とし、平板状試験片にエンボス付き試験片の凸部を荷重5Nで接触させ、測定電流を10mAとし、株式会社山崎精機研究所製の精密摺動試験機CRS-G2050-DWA型を用いて接触抵抗値を測定した。その結果、接触抵抗は0.4mΩであった。
(耐摩耗性)
 Ag被覆素材から2枚の試験片を切り出して、一方の試験片を平板状試験片とするとともに、他方の試験片をエンボス加工(内側R=1.5mmの半球状の打ち出し加工)してエンボス付き試験片(圧子)とし、平板状試験片にエンボス付き試験片の凸部を荷重5Nで接触させ、株式会社山崎精機研究所製の精密摺動試験機CRS-G2050-DWA型を用いて、摺動速度1.67mm/s、摺動距離5mmで往復摺動させ、摺動回数10回終了後ごとに銅素地が露出の有無を確認し、銅素地が露出するまでの回数を測定した。その結果、80回の往復摺動動作後まで銅素地が露出せず、耐摩耗性は良好であった。
[実施例2]
 Agめっき工程Aにおいて厚さ2.5μmのAgめっき層を形成し、Agめっき工程Bにおいて厚さ2.5μmのAgめっき層を形成して、合計厚さ10μmのAgめっき皮膜を形成した以外は、実施例1と同様の製造方法で4層のAgめっきからなるAg被覆素材を作製した。また、これらAgめっき層のAgの純度(濃度)はいずれも99.9質量%以上であった。また、実施例1と同様に、隣接するAgめっきの層の平均結晶粒径の比は3以上であった。
 このAgめっき材について、実施例1と同様に曲げ加工性の評価を行った。その結果、曲げ半径Rが1.0mmにおいて素地の露出は観察されず曲げ加工性は良好であった。また、曲げ半径を0.5mmとした条件においては素地の露出が確認された。
 また、実施例1と同様に耐熱密着性を評価したところ、3組の試験片は全てGoodであり、良好であった。
[実施例3]
 素材側から1層目としてAgめっき工程Aにおいて厚さ1μmのAgめっき層を形成し、2層目としてAgめっき工程Bにおいて厚さ1μmのAgめっき層を形成して、3層目としてAgめっき工程Aにおいて厚さ1μmのAgめっき層を形成し、4層目としてAgめっき工程Bにおいて厚さ2μmのAgめっき層を形成して、Agめっき層合計厚さ5μmのAgめっき皮膜を形成した以外は、実施例1と同様の製造方法で4層のAgめっきからなるAg被覆素材を作製した。また、これらAgめっき層のAgの純度(濃度)はいずれも99.9質量%以上であった。また、実施例1と同様に、隣接するAgめっきの層の平均結晶粒径の比は3以上であった。
 このAgめっき材について、実施例1と同様に曲げ加工性の評価を行った。その結果、曲げ半径Rが1.0mmにおいて素地の露出は観察されず曲げ加工性は良好であった。また、曲げ半径を0.5mmとした条件においては素地の露出が確認された。
 また、実施例1と同様に耐熱密着性を評価したところ、3組の試験片は全てGoodであり、良好であった。
[比較例1]
 1層目のAgめっき層を(「Agめっき工程A」によって)厚さが5μmとなるように形成し、2層目、3層目及び4層目のAgめっき層の形成を行わなかった以外は実施例1と同様の方法でAg被覆素材の作製を行った。すなわちAg皮膜は1層目のみの単層である。
 このAg被覆素材の表面を実施例1の結晶配向性の評価と同様の方法で評価したところ、優先配向面は{111}面であった。
 このAgめっき材について、実施例1と同様に曲げ加工性、耐熱密着性、ビッカース硬さ、接触抵抗、耐摩耗性の評価を行った。その結果、曲げ加工性は曲げ半径Rが1.0mm、0.5mmのどちらも素地の露出が確認され曲げ加工性が悪く、耐熱密着性はNGであった。また、ビッカース硬さHVは140、接触抵抗は0.6mΩ、耐摩耗性は80回の往復摺動動作後まで銅素地が露出せず、耐摩耗性は良好であった。
[比較例2]
 1層目のAgめっき層を「Agめっき工程B」によって厚さが5μmとなるように形成し、2層目、3層目及び4層目のAgめっき層の形成を行わなかった以外は実施例1と同様の方法でAgめっき材の作製を行った。すなわちAg皮膜は1層目のみの単層である。
 このAg被覆素材の表面を実施例1の結晶配向性の評価と同様の方法で評価したところ、優先配向面は{100}面であった。
 このAg被覆素材について、実施例1と同様に曲げ加工性、耐熱密着性、ビッカース硬さ、接触抵抗、耐摩耗性の評価を行った。その結果、曲げ加工性は曲げ半径Rが1.0mmの条件では素地の露出が確認されず良好であった。0.5mmの条件では素地の露出が確認された。また、耐熱密着性はNGであった。また、ビッカース硬さHVは90、接触抵抗は0.2mΩ、耐摩耗性は50回の往復摺動動作後に銅素地が露出し、耐摩耗性は劣っていた。
[比較例3] 
 Agストライクめっきの後に、115g/Lのシアン化銀カリウム(KAg(CN))と、60g/Lのシアン化カリウム(KCN)と、32mg/LのSe(セレン)を含む水溶液からなるAgめっき液中において、Agストライクめっきされた被めっき材を陰極とし、純度99.99質量%以上のAgからなるAg電極板を陽極として、スターラにより500rpmで撹拌しながら液温30℃において電流密度2A/dmの条件でAgめっき皮膜の厚さが5μmになるまで電気めっき(Agめっき)を行い、15秒間水洗し、エアガンによる風圧で乾燥し、1層目のAgめっき層を得、2層目、3層目及び4層目のAgめっき層の形成を行わなかった以外は実施例1と同様の方法でAg被覆素材の作製を行った。すなわちAg皮膜は1層目のみの単層である。
 なお、本願明細書中においてこの1層目のAgめっき層の形成工程を「Agめっき工程C」という。
 このAg被覆素材の表面を実施例1の結晶配向性の評価と同様の方法で評価したところ、優先配向面は{110}面であった。
 このAg被覆素材について、実施例1と同様に曲げ加工性、耐熱密着性、ビッカース硬さの評価を行った。その結果、曲げ加工性は曲げ半径Rが1.0mm、0.5mmのどちらも素地の露出が確認され曲げ加工性が悪く、また、耐熱密着性はNGであった。また、ビッカース硬さHVは110であった。
[比較例4]
 1層目のAgめっき層を「Agめっき工程B」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、2層目のAgめっき層を「Agめっき工程A」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、3層目及び4層目のAgめっき層の形成を行わなかった以外は実施例1と同様の方法でAg被覆素材の作製を行った。すなわちAg皮膜は2層のAgめっき層からなる。
 このAg被覆素材について、実施例1と同様に曲げ加工性、耐熱密着性の評価を行った。その結果、曲げ加工性は曲げ半径Rが1.0mmの条件では素地の露出が確認されず良好であった。曲げ半径Rが0.5mmの条件では素地の露出が確認された。また、耐熱密着性はNGであった。
[比較例5]
 1層目のAgめっき層を「Agめっき工程A」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、2層目のAgめっき層を「Agめっき工程B」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、3層目及び4層目のAgめっき層の形成を行わなかった以外は実施例1と同様の方法でAg被覆素材の作製を行った。すなわちAg皮膜は2層のAgめっき層からなる。
 このAg被覆素材について、実施例1と同様に曲げ加工性、耐熱密着性の評価を行った。その結果、曲げ加工性は曲げ半径Rが1.0mmの条件では素地の露出が確認されず良好であった。曲げ半径Rが0.5mmの条件では素地の露出が確認された。また、耐熱密着性はNGであった。
[比較例6]
 1層目のAgめっき層を「Agめっき工程C」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、2層目のAgめっき層を「Agめっき工程B」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、3層目及び4層目のAgめっき皮膜の形成を行わなかった以外は実施例1と同様の方法でAg被覆素材の作製を行った。すなわちAg皮膜は2層のAgめっき層からなる。
 このAg被覆素材について、実施例1と同様に曲げ加工性、耐熱密着性の評価を行った。その結果、曲げ加工性は曲げ半径Rが1.0mmの条件では素地の露出が確認されず良好であった。曲げ半径Rが0.5mmの条件では素地の露出が確認された。また、耐熱密着性はNGであった。
[比較例7]
 1層目のAgめっき層を「Agめっき工程B」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、2層目のAgめっき層を「Agめっき工程C」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、3層目及び4層目のAgめっき層の形成を行わなかった以外は実施例1と同様の方法でAg被覆素材の作製を行った。すなわちAg皮膜は2層のAgめっき層からなる。
 このAg被覆素材について、実施例1と同様に曲げ加工性、耐熱密着性の評価を行った。その結果、曲げ加工性は曲げ半径Rが1.0mmの条件では素地の露出が確認されず良好であった。曲げ半径Rが0.5mmの条件では素地の露出が確認された。また、耐熱密着性はNGであった。
[比較例8]
 1層目のAgめっき層を「Agめっき工程C」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、2層目のAgめっき層を「Agめっき工程A」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、3層目及び4層目のAgめっき層の形成を行わなかった以外は実施例1と同様の方法でAg被覆素材の作製を行った。すなわちAg皮膜は2層のAgめっき層からなる。
 このAg被覆素材について、実施例1と同様に曲げ加工性、耐熱密着性の評価を行った。その結果、曲げ加工性は曲げ半径Rが1.0mm、0.5mmのどちらも素地の露出が確認され曲げ加工性が悪く、また、耐熱密着性はNGであった。
[比較例9]
 1層目のAgめっき層を「Agめっき工程A」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、2層目のAgめっき層を「Agめっき工程C」によって厚さが2.5μmとなるように形成し、3層目及び4層目のAgめっき層の形成を行わなかった以外は実施例1と同様の方法でAg被覆素材の作製を行った。すなわちAg皮膜は2層のAgめっき層からなる。
 このAg被覆素材について、実施例1と同様に曲げ加工性、耐熱密着性の評価を行った。その結果、曲げ加工性は曲げ半径Rが1.0mm、0.5mmのどちらも素地の露出が確認され曲げ加工性が悪く、また、耐熱密着性はNGであった。
[比較例10]
 1層目のAgめっき層を「Agめっき工程C」によって形成し、2層目のAgめっき層を「Agめっき工程B」によって形成し、3層目のAgめっき層を「Agめっき工程C」によって形成し、4層目のAgめっき層を「Agめっき工程B」によって形成した以外は実施例1と同様の方法でAg被覆素材の作製を行った。すなわちAg皮膜は4層のAgめっき層からなり、各層のAgめっき層の厚さは1.25μmで、全Agめっき皮膜の合計の厚さは5μmである。
 このAg被覆素材の平均結晶粒径(エリア平均粒径)を実施例1と同様に測定した結果、基材に近い側から第1層は0.213μm、第2層は0.265μm、第3層は0.119μm、第4層は0.251μmであった。すなわち、隣接する各層平均結晶粒径の比は3未満であった。
 このAg被覆素材について、実施例1と同様に曲げ加工性、耐熱密着性の評価を行った。その結果、曲げ加工性は曲げ半径Rが1.0mm、0.5mmのどちらも素地の露出が確認され曲げ加工性が悪く、また、耐熱密着性はNGであった。
 また、比較例1~10のAgめっき層のAgの純度(濃度)はいずれも99.9質量%以上であった。
 これらの実施例及び比較例のAg被覆素材の製造条件及び特性を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 表1からわかるように、実施例1で製造したAg被覆素材は、曲げ加工性、耐摩耗性及び耐熱密着性が良好である。
 

Claims (28)

  1.  素材、及び該素材上に形成されたAg皮膜を有するAg被覆素材であって、
     前記Ag皮膜は、平均結晶粒径が3倍以上異なるAg層が交互に少なくとも3層積層されたAg層を有することを特徴とする、Ag被覆素材。
  2.  前記Ag皮膜は、4層以上積層されたAg層を有することを特徴とする、請求項1に記載のAg被覆素材。
  3.  前記Ag皮膜は、前記素材に近い側から、平均結晶粒径の小さいAgからなるAg層1及びAg層1よりも平均結晶粒径の大きいAgからなるAg層2が交互に積層されたAg層を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載のAg被覆素材。
  4.  前記Ag層1の平均結晶粒径(エリア平均粒径)が0.2μm以下であることを特徴とする、請求項3に記載のAg被覆素材。
  5.  前記Ag層2の平均結晶粒径(エリア平均粒径)が0.3μm以上であることを特徴とする、請求項3又は4に記載のAg被覆素材。
  6.  前記Ag層1の厚さが0.5~5μmであることを特徴とする、請求項3~5のいずれかに記載のAg被覆素材。
  7.  前記Ag層2の厚さが0.5~5μmであることを特徴とする、請求項3~6のいずれかに記載のAg被覆素材。
  8.  前記Ag層1の優先配向面が{111}面であり、前記Ag層2の優先配向面が{100}面であることを特徴とする、請求項3~7のいずれかに記載のAg被覆素材。
  9.  前記Ag被覆素材の最表層が、前記Ag層2で構成されていることを特徴とする、請求項3~8のいずれかに記載のAg被覆素材。
  10.  前記素材と前記Ag皮膜との間にNiからなる下地層が形成されていることを特徴とする、請求項1~9のいずれかに記載のAg被覆素材。
  11.  前記素材がCu又はCu合金からなることを特徴とする、請求項1~10のいずれかに記載のAg被覆素材。
  12.  前記Ag被覆素材のビッカース硬さHVが100以上であることを特徴とする、請求項1~11のいずれかに記載のAg被覆素材。
  13.  素材上に、平均結晶粒径が3倍以上異なるAg層を交互に少なくとも3層積層してAg皮膜を形成することを特徴とする、Ag被覆素材の製造方法。
  14.  前記Ag層を4層以上積層して前記Ag皮膜を形成することを特徴とする、請求項13に記載のAg被覆素材の製造方法。
  15.  前記素材上に、
     平均結晶粒径の小さいAgからなるAg層1及びAg層1よりも平均結晶粒径の大きいAgからなるAg層2を交互に形成することを特徴とする、請求項13又は14に記載のAg被覆素材の製造方法。
  16.  前記Ag層1の平均結晶粒径(エリア平均粒径)を0.2μm以下とすることを特徴とする、請求項15に記載のAg被覆素材の製造方法。
  17.  前記Ag層2の平均結晶粒径(エリア平均粒径)を0.3μm以上とすることを特徴とする、請求項15又は16に記載のAg被覆素材の製造方法。
  18.  前記Ag層1の厚さを0.5~5μmとすることを特徴とする、請求項15~17のいずれかに記載のAg被覆素材の製造方法。
  19.  前記Ag層2の厚さを0.5~5μmとすることを特徴とする、請求項15~18のいずれかに記載のAg被覆素材の製造方法。
  20.  前記Ag層1の優先配向面を{111}面とし、前記Ag層2の優先配向面を{100}面とすることを特徴とする、請求項15~19のいずれかに記載のAg被覆素材の製造方法。
  21.  前記Ag被覆素材の最表層として、前記Ag層2を形成することを特徴とする、請求項15~20のいずれかに記載のAg被覆素材の製造方法。
  22.  前記Ag層1を、
     シアン化銀カリウムと、シアン化カリウムと、セレノシアン酸カリウムを含むAgめっき液1を用い、液温10~35℃、電流密度3~15A/dmの条件で電気めっきを行うことで形成し、
     前記Agめっき液1は、
     80~130g/Lの銀と、
     60~160g/Lのシアン化カリウムと、
     50~80mg/Lのセレンを含む水溶液であることを特徴とする、請求項15~21のいずれかに記載のAg被覆素材の製造方法。
  23.  前記セレンが55~70mg/Lであることを特徴とする、請求項22に記載のAg被覆素材の製造方法。
  24.  前記Agめっき液1中のシアン化カリウムの濃度と電流密度の積が840g・A/L・dm以下となる条件で前記電気めっきを行うことを特徴とする、請求項22又は23に記載のAg被覆素材の製造方法。
  25.  前記Ag層2を、
     シアン化銀カリウムと、シアン化カリウムと、セレノシアン酸カリウムを含む銀めっき液2を用い、液温10~40℃、電流密度3~10A/dmで電気めっきを行うことで形成し、
     前記銀めっき液2は、
     80~110g/Lの銀と、
     70~160g/Lのシアン化カリウムと、
     1~15mg/Lのセレンを含有する水溶液であることを特徴とする、請求項15~24のいずれかに記載のAg被覆素材の製造方法。
  26.  前記素材上にNiからなる下地層を形成し、該下地層上に、前記Ag皮膜を形成することを特徴とする、請求項13~25のいずれかに記載のAg被覆素材の製造方法。
  27.  前記素材がCu又はCu合金からなることを特徴とする、請求項13~26のいずれかに記載のAg被覆素材の製造方法。
  28.  請求項1~12のいずれかに記載のAg被覆素材を構成材料として用いたことを特徴とする、端子部品。
     
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