電接觸元件的材料的制作方法
【專利說(shuō)明】電接觸元件的材料
[0001] 本發(fā)明設(shè)及根據(jù)權(quán)利要求1前序部分特征的、用于用來(lái)制造電接觸元件的金屬帶 的材料，W及根據(jù)權(quán)利要求6的特征的該種材料用于用來(lái)制造電接觸元件的導(dǎo)電金屬帶的 用途。
[0002] 接觸元件在電工技術(shù)W及電子領(lǐng)域有多種應(yīng)用。作為可W互相機(jī)械連接和分離的 連接元件，它們的主要任務(wù)是制造導(dǎo)電接觸。除了電路閉合之外該樣還可W實(shí)現(xiàn)與電子元 器件的直接禪合。
[0003] 各種實(shí)施方案既遵循特定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也遵循應(yīng)用領(lǐng)域需要滿足的要求。特別是對(duì) 于可手動(dòng)分離的電插塞接點(diǎn)來(lái)說(shuō)，因此對(duì)機(jī)械負(fù)荷能力提出了更高的要求。
[0004] 高品質(zhì)的插塞接點(diǎn)具有穩(wěn)定的接觸電阻，在此保持低過(guò)渡電阻 (Ubergangswiderstand)是至關(guān)重要的。接觸電阻的變化主要是由于腐蝕層或雜質(zhì) 層的電中斷造成的。為了保持該類接觸元件盡可能持久的接觸表面，它們通常具有錫涂層 或銘涂層，甚至銀涂層或金涂層。
[0005] 制造該類插塞接點(diǎn)主要使用由銅合金制成的金屬帶，由金屬帶沖制成各種形狀。 根據(jù)合金成分鋒或錫的使用量，或者是黃銅或者是可延展的青銅，例如化Sn4至化Sn8。后 一種材料在中等的強(qiáng)度下具有出色的可彎曲性。因?yàn)樵诖嗽O(shè)及混晶硬化和冷作硬化的材 料，它們相對(duì)于弛豫的耐久性還是相對(duì)低。此外，在〉R700(Rm> 700MPa，DINEN1173/95) 的高的強(qiáng)度狀態(tài)下，可彎曲性明顯降低，該反映在隨著裂縫形成越發(fā)嚴(yán)重彎曲半徑越大。
[0006] 因?yàn)殡娊佑|元件設(shè)及大批量制品，各種基本材料的購(gòu)買(mǎi)價(jià)格尤其重要。起決定作 用的是合金內(nèi)部銅的相應(yīng)含量。由于黃銅中高的鋒份額，因此具有高的銅份額的銅合金相 對(duì)地具有大約高出20 %的價(jià)格。
[0007] 由JP2008/208466A已知一種用于插塞接點(diǎn)的銅合金，它具有W重量％計(jì)為23% 至28%的鋒狂n)份額。其他W下組成成分至少為0.01%，其中娃（Si)最高達(dá)3%，而鑲 (Ni)的份額最高達(dá)5%。
[000引JP2009/013499A同樣公開(kāi)了一種用于插塞接點(diǎn)的銅材料，它的鋒狂n)的份額W重量％計(jì)為20%至41%。鑲（Ni)的份額在此達(dá)到0. 1%至5.0%，其中錫（Sn)的份額為 0. 5%至 5. 0%。
[0009] DE10308779B3指明了不含鉛的銅合金及其用途。其組成成分W重量％計(jì)，銅為至 少60 %至最大70 %，因此是相當(dāng)高的。與此相反，提出了鑲（Ni)的份額為0. 01 %至0. 5 %， 而錫（Sn)的份額則變?yōu)?.5%至3. 5%。娃（Si)的可能份額可達(dá)到0.01%至0.5%。
[0010] 特別是高的銅份額使得基本材料的購(gòu)買(mǎi)價(jià)格相當(dāng)高。另外，其他合金成分的份額 在改善的材料特性方面還提供了可改善的空間。
[0011] 因此，本發(fā)明的目的在于，進(jìn)一步改善用于用來(lái)制造電接觸元件的金屬帶的材料， 盡管其單個(gè)合金成分的成本成本有利，但滿足了用于制造電接觸元件的導(dǎo)電材料的用途的 必要特征。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，所述目的的解決方案在于根據(jù)權(quán)利要求1特征的、用于用來(lái)制造電 接觸元件的金屬帶的材料。
[0013] 據(jù)此，提出了用于用來(lái)制造特別是插塞接點(diǎn)的電接觸元件的金屬帶的材料，所述 材料由份額W重量％計(jì)的可硬化的合金構(gòu)成：
[0014]鋒狂n) 19. 0 %至 40. 0 %
[0015]錫（Sn) 0.1 %至 1.5%，
[0016]鑲（Ni) 0.6%至 3.0%，和
[0017] 娃（Si) 0.1%至 0.9%。
[001引此外，所述材料可W任選地具有至少一種來(lái)自W下組的元素；磯（P)、棚炬）、銀 (Ag)、鋪（Mn)、銘（Cr)、侶（A1)、儀（Mg)、鐵（Fe)、錯(cuò)狂r)或神（As)，
[0019] 如果存在來(lái)自所述組中的所有元素，則它們構(gòu)成所述材料的4. 55%的最大總份 額?；旧?，所述組的元素在存在時(shí)沒(méi)有超過(guò)總合金份額的0.8%的。材料的其余部分由銅 (化）和烙煉產(chǎn)生的雜質(zhì)構(gòu)成。此外，鑲（Ni)的份額可W至少部分地通過(guò)鉆（Co)來(lái)代替。 因此，鑲（Ni)還可W高達(dá)100%地和因此完全通過(guò)鉆（Co)來(lái)代替。鑲（Ni)和/或鉆（Co) 的份額與元素娃（Si)的比例達(dá)到3. 5:1至7. 5:1。
[0020] 用于制造電接觸元件的金屬帶由可硬化的合金化化30SnlNilSi0. 2構(gòu)成。
[0021] 除了高的鋒狂n)含量和由此帶來(lái)的有利制造成本之外，特別的優(yōu)點(diǎn)是材料的強(qiáng) 度增加。跟銅相比，增加的強(qiáng)度是基于混晶的形成。該樣實(shí)現(xiàn)的硬化是可能的強(qiáng)度增加過(guò) 程中的一個(gè)環(huán)節(jié)，W便由在其他條件下相對(duì)軟的金屬獲得硬質(zhì)材料。
[0022] 另外，通過(guò)與鑲（Ni)-娃化物的沉淀硬化可W在良好延伸情況下實(shí)現(xiàn)明顯更高的 強(qiáng)度和因此實(shí)現(xiàn)可彎曲性的增強(qiáng)。特別是與純粹混晶硬化和冷作硬化的、例如化化25Snl 的特殊黃銅相比。W該種方式可W在例如R780(Rm> 780MPa)的高強(qiáng)度條件下，還實(shí)現(xiàn) 八5〇〉3%的斷裂伸長(zhǎng)值^5012。。在此，耐弛豫性（11€13削11〇1186€8化11(1咕1^€^)明顯 好于化Sn4和化化25Snl的情況下。
[0023] 基本發(fā)明思路的其他有利方案是權(quán)利要求2至5的主題。
[0024] 據(jù)此，優(yōu)選份額W重量％計(jì)可W是：
[0025]鋒狂n) 25. 0 %至 33.0%
[0026]錫（Sn) 0. 5%至 1.2%，W及
[0027]鑲（Ni) 0. 8 %至 2. 5 %，和
[002引 娃（Si) 0.1 %至 0.6%，
[0029] 其中，鑲（Ni)的份額可W至少部分地通過(guò)鉆（Co)來(lái)代替。
[0030] 在可替代的實(shí)施方式中，單個(gè)合金成分的W重量％計(jì)的份額為：
[0031]鋒狂n) 27. 0%至 31.0%
[0032]錫（Sn) 0. 5%至 1.2%，W及
[0033] 鑲（Ni) 0. 8 %至 2. 0 %，和
[0034] 娃（Si) 0.1 %至 0.6%。
[003引在此，鑲?。┑姆蓊~可W至少部分地通過(guò)鉆（Co)來(lái)代替。
[0036] 對(duì)于最佳沉淀硬化，鑲（Ni)和/或鉆（Co)與娃（Si)的比例保持在3. 5:1至 7. 5:1。所述比例優(yōu)選可W是4. 0:1至5. 0:1。
[0037] 任選存在的來(lái)自所述組的單個(gè)元素，在存在時(shí)W重量％計(jì)的份額優(yōu)選為：
[003引 磯（P) 0.001%至 0.05%
[0039] 棚炬） 0.02 % 至 0.5%
[0040] 銀（Ag) 0.02 % 至 0.5%
[0041] 鋪（Mn) 0. 03 % 至 0. 8 %
[0042] 銘（Cr) 0.01 % 至 0.7%
[0043] 侶（A1) 0.02 % 至 0.5%
[0044] 儀（Mg) 0.01 % 至 0.4%
[0045] 鐵（Fe) 0. 01 % 至 0.6 %W及
[0046] 錯(cuò)狂r) 0.01% 至 0.4% 和
[0047] 神（As) 0.001% 至 0.1%。
[0048] 所述組中包含的元素可W任選地存在于本發(fā)明的材料中。因此，可W加入給定量 的磯（巧和/或棚炬)，它們?cè)诖似鸬矫撗鮿┑淖饔?。它們的存在起到結(jié)合溶解于烙體中的 自由氧（0)的作用。W此方式對(duì)抗氨壞點(diǎn)（Wasserstoffkran化eit)，其中防止氣泡形成和 合金組成成分的氧化。
[0049] 此外，磯任）起到改善本發(fā)明的銅合金在誘鑄過(guò)程中流動(dòng)性的作用。
[0化0] 添加鋪（Mn)主要是利用其對(duì)銅合金的硬化特性。同時(shí)，鋪（Mn)還同樣起到脫氧 劑的作用。
[0化1] 通過(guò)添加侶（A1)增加材料的硬度W及延伸極限。所述的正面的增加在此不造成 材料初性的降低?？偟膩?lái)說(shuō)，侶（A1)的添加改善了高溫下合金的強(qiáng)度、可彎曲性W及耐磨 性和抗氧化性。
[0化2] 銘（化）和儀（Mg)的添加起到改善高溫下抗氧化性的作用。通過(guò)銘（化）和儀（Mg) 與侶（A1)混合可W獲得較好的結(jié)果。
[0053]W之前指明的數(shù)量級(jí)添加鐵（Fe)起到晶粒細(xì)化及總體上硬化的作用。與磯（P) 相結(jié)合形成磯化鐵巧ise噸hos地iede)。
[0化4] 通過(guò)添加錯(cuò)狂r)改善材料的熱加工性。
[0化5] 另外，添加神（As)起到降低脫鋒趨勢(shì)的作用。
[0056] 結(jié)果表明，由于銅材料中極低的銅份額，可W實(shí)現(xiàn)W成本有利的價(jià)格制造電接觸 元件。盡管銅（化）的份額低，但是滿足了用于制造電接觸元件的導(dǎo)電材料的必要特性。該 樣產(chǎn)生的銅材料可W金屬帶的形式應(yīng)用，用于制造電接觸元件。
[0化7] 另外，本發(fā)明指明了銅材料用于導(dǎo)電金屬帶的用途。所述金屬帶用于制造特別是 插塞接點(diǎn)的電接觸元件。
[005引根據(jù)不同要求可W對(duì)所用金屬帶的表面進(jìn)行鍛錫。
[0化9] 在作為選擇的實(shí)施方案中，所用的金屬帶具有錫-銀-層（SnAg)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用于制造特別是插塞接點(diǎn)的電接觸元件的金屬帶的材料，所述材料由具有下列合金 組分的可硬化的銅合金構(gòu)成，以重量％計(jì)： 鋅（Zn) 19. 0%至 40. 0% 錫（Sn)0. 1%至 1. 5% 鎳（Ni)0. 6%至 3. 0% 硅（Si)0. 1% 至 0.9%，以及 任選地至少一種來(lái)自以下組的元素： 磷（P)、硼⑶、銀（Ag)、錳（Mn)、鉻（Cr)、鋁（A1)、鎂（Mg)、鐵（Fe)、鋯（Zr)或砷（As)， 其中，來(lái)自該組的單個(gè)元素的份額為最高0.8%，來(lái)自該組的所有元素的份額為最高 4. 55%，其余的是銅（Cu)和熔煉產(chǎn)生的雜質(zhì)，其中鎳（Ni)可至少部分地被鈷（Co)代替，并 且鎳（Ni)和/或鈷（Co)與硅（Si)的比例達(dá)到3. 5:1至7. 5:1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的材料，其特征在于，其中以重量％計(jì)的份額為： 鋅（Zn)25. 0%至 33. 0%， 錫（Sn)0. 5%至 1. 2% 鎳（Ni)0. 8%至 2. 5% 硅（Si)0. 1% 至 0.6%， 其中鎳（Ni)可至少部分地被鈷（Co)代替。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的材料，其特征在于，其中以重量％計(jì)的份額為： 鋅（Zn)27. 0%至 31. 0%， 錫（Sn)0. 5%至 1. 2% 鎳（Ni)0. 8%至 2. 0% 硅（Si)0. 1% 至 0.6%， 其中鎳（Ni)可至少部分地被鈷（Co)代替。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3之一的材料，其特征在于，鎳（Ni)和/或鈷（Co)與硅（Si)的 比例為4. 0:1至5. 0:1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的材料，其特征在于，所述組中任選的元素存在時(shí)對(duì)應(yīng)下列 以重量％計(jì)的份額：
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的材料用于用來(lái)制造特別是插塞接點(diǎn)的電接觸元件的導(dǎo)電 金屬帶的用途。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的用于導(dǎo)電金屬帶的材料的用途，其特征在于，所述金屬帶是鍍錫 的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7的用于導(dǎo)電金屬帶的材料的用途，其特征在于，所述金屬帶具有 錫-銀-層。
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于用來(lái)制造電接觸元件的金屬帶的材料，以及這種材料用于電接觸元件，特別是插塞接點(diǎn)的用途。所述材料由具有下列合金組分的可硬化的銅合金構(gòu)成，以重量％計(jì)：鋅(Zn)19.0％至40.0％錫(Sn)0.1％至1.5％鎳(Ni)0.8％至3.0％硅(Si)0.1％至0.9％，以及任選地至少一種來(lái)自以下組的元素：磷(P)、硼(B)、銀(Ag)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鋁(Al)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋯(Zr)或砷(As)，其中，來(lái)自該組的單個(gè)元素的份額為最高0.8％，來(lái)自該組的所有元素的份額為最高4.55％，其余的是銅(Cu)和熔煉產(chǎn)生的雜質(zhì)。鎳(Ni)的份額可至少部分地被鈷(Co)代替，其中鎳(Ni)和/或鈷(Co)與硅(Si)的比例達(dá)到3.5:1至7.5:1。
【IPC分類】C22C9-04
【公開(kāi)號(hào)】CN104704134
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201280076336
【發(fā)明人】D·羅德, T·赫爾曼坎普, H·舒爾策, A·盧姆巴赫, J·于斯滕
【申請(qǐng)人】Kme德國(guó)有限及兩合公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2012年10月10日
【公告號(hào)】EP2906733A1, WO2014056466A1