專利名稱：用于可移動觸點的覆有銀的不銹鋼帶及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有長工作壽命的用于電觸點的材料，更特別地涉及一種在可用于可移動觸點的操作中具有長壽命的覆有銀的不銹鋼帶。
背景技術(shù)：
盤簧觸點、電刷觸點和夾子觸點(clip contact)都已經(jīng)主要用于電觸點，如連接器、開關(guān)和端子。經(jīng)常用于觸點的復(fù)合材料包括具有優(yōu)良耐蝕性和機(jī)械性能的相對便宜的基底如銅合金和不銹鋼，且基底涂有電特性和可焊性優(yōu)良的銀。
在上述觸點用復(fù)合材料中，使用不銹鋼用于基底的那些能制備小尺寸的觸點，因為它們在機(jī)械特性和疲勞壽命方面比使用銅合金的觸點用復(fù)合材料優(yōu)越。因此，它們用于要求具有長壽命的可移動觸點，如觸推開關(guān)和傳感器開關(guān)。近年來這些材料常常用于移動電話的按鈕，其中由于郵件功能和互聯(lián)網(wǎng)功能的多樣化，移動電話按鈕開關(guān)的操作次數(shù)迅速增加。
然而，雖然與覆有銀的銅合金相比，覆有銀的不銹鋼能夠制造尺寸小的開關(guān)同時增加操作次數(shù)，但是存在的問題是因為開關(guān)中觸點處的壓力大，由于銀的磨損使得壽命縮短。
作為覆有銀的或銀合金的不銹鋼帶，常常使用其中基底鍍鎳的那些。然而，當(dāng)這種不銹鋼帶用于開關(guān)時，觸點處的銀由于開關(guān)操作次數(shù)增加而磨損導(dǎo)致脫落。結(jié)果，基底的鍍鎳層暴露于空氣，這增大了接觸電阻，且可歸因于不導(dǎo)通(mal-continuity)的故障變得明顯。實際上，這種現(xiàn)象容易發(fā)生具有小直徑的圓頂形可移動觸點中，這對于開關(guān)的進(jìn)一步小型化是至關(guān)重要的技術(shù)問題。
為了解決該問題，將鈀鍍在鍍鎳層上，并在其上另外鍍金。然而，由于鈀導(dǎo)電性差，觸點處電阻增大。
因此，鎳、銅、鎳和金依次鍍在不銹鋼上以改善導(dǎo)電性。然而，在彎曲過程中，由于鍍鎳層的硬度，在上層中出現(xiàn)裂紋，以通過使得底涂層暴露在空氣中而使耐蝕性劣化，盡管鍍鎳層本身具有優(yōu)良的耐蝕性。
本發(fā)明的其它和進(jìn)一步特征及優(yōu)點將通過結(jié)合附圖的以下說明更加充分地體現(xiàn)。


圖1是用于按鍵測試的開關(guān)的平面圖。
圖2(a)和2(b)分別示出了圖1中用于按鍵測試的開關(guān)沿著A-A線的橫截面及其壓縮狀態(tài)。圖2(a)典型地示出了操作之前的開關(guān)，且圖2(b)典型地示出了操作過程中的開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了以下方式(1)一種用于可移動觸點的覆有銀的不銹鋼帶，其具有在不銹鋼基底的至少部分表面上的包括鎳、鈷、鎳合金和鈷合金的任一種的底涂層，且具有作為上層形成的銀或銀合金層，其中厚度為0.05至2.0μm的銅或銅合金層設(shè)置在銀或銀合金層與底涂層之間；(2)根據(jù)上述第(1)項的用于可移動觸點的覆有銀的不銹鋼帶，其中在銀或銀合金層和銅或銅合金層之間形成銀-銅合金層；(3)一種制備用于可移動觸點覆有銀的不銹鋼帶的方法，包括以下步驟在不銹鋼基底的至少部分表面上形成包括鎳、鈷、鎳合金和鈷合金的任一種的底涂層；形成銅或銅合金的中間層；用銀或銀合金涂覆；和在非氧化氣氛下熱處理。
具體實施例方式
通過為了解決傳統(tǒng)方法中的問題而進(jìn)行的深入研究，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)在使用傳統(tǒng)覆有銀的不銹鋼用于觸推開關(guān)的情況下，隨著連續(xù)操作次數(shù)的增加，開關(guān)發(fā)熱，且剪切應(yīng)力反復(fù)施加到鍍膜上。因此，銀層的粘附力降低，容易導(dǎo)致脫落和刮屑，由此通過使氧化的底涂層暴露在空氣中而增大接觸電阻。本發(fā)明是基于上述發(fā)現(xiàn)而完成的。
本發(fā)明用于可移動觸點的覆有銀的不銹鋼帶的優(yōu)選實施方式及其制造方法將在下面詳細(xì)說明。
本發(fā)明涉及用于由以下步驟形成的可移動觸點的材料，該步驟包括在不銹鋼基底的至少部分表面上形成鎳、鈷、鎳合金或鈷合金的底涂層；和形成銅或銅合金的中間層，和作為上層的銀或銀合金層。使用上述觸點材料，即使增加開關(guān)操作次數(shù)，接觸電阻也幾乎不增大。
因為不銹鋼基底當(dāng)用于可移動觸點時擔(dān)負(fù)機(jī)械強(qiáng)度，所以具有優(yōu)良應(yīng)力松弛特性并很難發(fā)生疲勞斷裂的張力退火材料(tension anneal material)和硬化冷軋材料(temper rolling material)如SUS301、SUS304和SUS316通常用作在本發(fā)明中的不銹鋼基底。
布置形成于不銹鋼基底上的底涂層以提高不銹鋼和銅或銅合金層之間的粘附力。此外，銅或銅合金中間層能提高底涂層和銀或銀合金層之間的粘附力。
形成底涂層的金屬選自鎳、鈷、鎳合金和鈷合金中任一種，且優(yōu)選為鎳。底涂層優(yōu)選使用例如含氯化鎳和游離鹽酸的電解質(zhì)溶液、并使用不銹鋼基底作為負(fù)極通過電解形成0.05至2.0μm的鍍覆厚度。(盡管在后面說明了使用鎳作為用于底涂層的金屬的實施例，但是，金屬并不限于鎳，在鈷、鎳合金或鈷合金的情況下同樣的說明也是有效的。)因為降低傳統(tǒng)銀層和銀合金層之間粘附力的原因是底涂層的氧化和反復(fù)施加的大剪切應(yīng)力，所以作為其的對抗措施必須避免底涂層的氧化，并開發(fā)一種即使通過施加剪切力也不會使其粘附力劣化的材料。
本發(fā)明中為了避免底涂層被氧化，設(shè)置包括銅或銅合金的中間層。由于氧滲透到銀層中而發(fā)生氧化。當(dāng)通過布置銅或銅合金來形成銀-銅合金層時，銀-銅合金層抑制氧的滲透，起到防止粘附力降低的作用。
對剪切應(yīng)力的抵抗力通過用于在相鄰兩層(銀和銅、銅和鎳)之間形成固溶體的組合得到改善。對剪切應(yīng)力的抗裂強(qiáng)度在傳統(tǒng)Ag層-Ni層之間弱，因為鎳在銀中的固體濃度非常小。通過深入研究，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過在銀和鎳之間形成銅層而在界面上形成銀和銅的合金，以提高抗剪切應(yīng)力的強(qiáng)度。
在本發(fā)明中，雖然底涂層、銅或銅合金層和銀或銀合金層的每一層可以用任何方法如電鍍法、無電鍍法、化學(xué)/物理沉積法來形成，但是從生產(chǎn)率和成本的角度來看電鍍法是最有利的。雖然上述每一層可以形成在不銹鋼基底的整個表面上，但是僅在觸點部分形成涂層在經(jīng)濟(jì)上是有利的。
此外，為了改善粘附強(qiáng)度，當(dāng)在非氧化氣氛下實施熱處理時，銀易于擴(kuò)散，由此提高抗剪切應(yīng)力的強(qiáng)度。這是因為銀-銅合金層變厚了。然而，過度熱處理反而使接觸穩(wěn)定性劣化，因為表面層中的所有銀都并入合金中。此外，當(dāng)銀-銅合金層變厚時，導(dǎo)電性降低。銀-銅合金層的厚度優(yōu)選為0.1μm或更小。盡管沒有特別限定下限，但通常為0.01μm或更大。優(yōu)選加熱條件為在200～400℃下加熱1分鐘至5小時。
雖然氫氣、氦氣、氬氣或氮氣都可以用作非氧化氣氛氣體，但是優(yōu)選氬氣。
通過將銀或銀合金涂層的厚度控制在0.5～2.0μm，由于即使在加熱后銀殘留在表面上，接觸穩(wěn)定性變得優(yōu)良。對于銀合金，優(yōu)選在銀中添加0.1～2.0質(zhì)量％的銻以改善耐磨性。
銅或銅合金層的厚度優(yōu)選為0.05～2.0μm，更優(yōu)選在0.1～1.2μm的范圍內(nèi)。雖然銅或銅合金的組成并沒有特別限制，但是優(yōu)選純銅和含有1～10質(zhì)量％的選自錫、鋅和鎳中一種或多種元素的銅合金。
太薄或太厚的銅或銅合金層不是優(yōu)選的，因為在前者的情況下幾乎不能顯示出提供該層的作用，而在后者的情況下降低基底可移動觸點的作用力(actionforce)。
構(gòu)成底涂層的鎳和鈷并沒有特別限制。然而，除純鎳外，優(yōu)選含有1～10質(zhì)量％鈷的鎳合金。當(dāng)鎳或鎳合金的底涂層的厚度太薄時，底涂層的作用小，而當(dāng)厚度太厚時，基底可移動觸點的作用力減小。
在本發(fā)明中，覆有銀的不銹鋼帶的尺寸依據(jù)其用途而不同，且沒有特別限制。例如，該帶可以是帶厚為0.03～0.20mm、且?guī)挒?～50mm的連續(xù)帶。帶長沒有特別限制，且例如可以由連續(xù)方法制造。
作為可移動觸點的本發(fā)明覆有銀的不銹鋼帶即使通過反復(fù)施加剪切應(yīng)力也有優(yōu)良的鍍層粘附性，且作為開關(guān)的壽命得到改善。進(jìn)一步，本發(fā)明制造覆有銀的不銹鋼帶的方法有利地用于制造上述覆有銀的不銹鋼帶。
實施例本發(fā)明將基于下面給出的實施例進(jìn)行更詳細(xì)的描述，但是本發(fā)明并不意味著受此限制。
厚度為0.06mm且?guī)挒?00mm的SUS 301帶在鍍覆機(jī)組作業(yè)線中經(jīng)過電解脫脂、水洗、電解活化、水洗、鍍鎳(或鍍鎳-鈷)、水洗、鍍銅、水洗、觸擊電鍍銀、鍍銀、水洗和干燥的每一個處理，其中將SUS 301帶連續(xù)供給隨后卷繞。
處理條件如下所示。
1.(電解脫脂和電解活化)
通過在濃度為100g/l的正硅酸鈉水溶液中陰極電解脫脂，然后用10％鹽酸水溶液洗滌來活化不銹鋼帶。
2.(鍍鎳)將已活化不銹鋼帶在含有250g/l氯化鎳和50g/l游離鹽酸的電解溶液中在5A/dm2的陰極電流密度下進(jìn)行電解。
3.(鍍銅)將鍍鎳不銹鋼帶在含有150g/l硫酸銅和100g/l游離硫酸的電解溶液中在5A/dm2的陰極電流密度下進(jìn)行電解。
4.(觸擊電鍍銀)將鍍銅不銹鋼帶在含有5g/l氰酸銀和50g/l氰酸鉀的電解溶液中在2A/dm2的陰極電流密度下進(jìn)行電解。
5.(鍍銀)將觸擊電鍍銀后的不銹鋼帶在含有50g/l氰酸銀、50g/l氰酸鉀和30g/l碳酸鉀的電解溶液中在5A/dm2的陰極電流密度下進(jìn)行電解。
制造如表1所示用于可移動觸點的鍍銀不銹鋼帶，同時對作為中間層的鍍銅層的厚度進(jìn)行各種改變。將實施例6中的樣品在鍍銀后完成干燥之后進(jìn)行熱處理(在氬氣(Ar)氣氛中250℃×2小時)。
在傳統(tǒng)實施例(conventional example)中，鍍銅及隨后的水洗在鍍覆機(jī)組作業(yè)線中省略，在該作業(yè)線中將SUS 301帶連續(xù)供給隨后卷繞。
將獲得的這些用于可移動觸點的鍍銀不銹鋼帶加工成直徑為4mmφ的圓頂形可移動觸點，且將由此獲得的具有如圖1和圖2(a)和圖2(b)所示結(jié)構(gòu)的開關(guān)使用具有厚度為1μm的銀鍍層的黃銅帶作為固定觸點進(jìn)行按鍵測試。圖1示出了用于按鍵測試的開關(guān)的平面圖。圖2(a)和圖2(b)示出了用于按鍵測試的開關(guān)沿著圖1中A-A線的橫截面視圖及其壓制壓力。圖2(a)示出了開關(guān)按壓之前的視圖，圖2(b)示出了在開關(guān)按壓過程中的視圖。附圖中，附圖標(biāo)記1表示由鍍銀不銹鋼制成的圓頂形可移動觸點；附圖標(biāo)記2表示鍍銀黃銅的固定觸點。用樹脂填充料3將可移動觸點和固定觸點并入樹脂容器4中。附圖中空心箭頭表示按壓方向。
關(guān)于按鍵測試，以9.8N/mm2的壓力在5Hz的按鍵頻率下最多進(jìn)行1,000,000次按鍵，然后測量接觸電阻隨時間的改變。結(jié)果顯示在表1中。此外，在1,000,000次按鍵測試之后觀察可移動觸點的狀態(tài)，且結(jié)果也顯示在該表中。
在本發(fā)明用于可移動觸點的鍍銀不銹鋼帶中，即使在1,000,000次按鍵測試之后也僅觀察到接觸電阻的輕微增大。此外，即使在100,000次按鍵測試之后，在觸點部分中，中間層和底涂層也不暴露在空氣中。此外，即使中間層的厚度小至0.05μm，在進(jìn)行熱處理的實施例6的樣品中也沒有觀察到接觸電阻的增大。
在厚度為0.01μm的銅中間層的比較例中，接觸電阻從100,000次按鍵測試開始增加，在1,000,000次按鍵測試時達(dá)到250mΩ，盡管該結(jié)果優(yōu)于傳統(tǒng)實施例。此外，還觀察到觸點處底涂層稍微暴露在空氣中。
在沒有中間層的傳統(tǒng)實施例中，接觸電阻從100,000次按鍵測試開始增加，在1,000,000次按鍵測試時超過1,000mΩ。在觸點部分處的銀脫落，且底涂層暴露在空氣中。
表1

工業(yè)應(yīng)用性與用于可移動觸點的傳統(tǒng)材料相比，在本發(fā)明用于可移動觸點的覆有銀的不銹鋼帶中，在反復(fù)施加剪切應(yīng)力后覆有銀的涂層的粘附力不降低。此外，本發(fā)明覆有銀的不銹鋼帶有優(yōu)良的接觸穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，使得可移動觸點能夠有長壽命且為小尺寸。
已參照本發(fā)明實施方式描述了本發(fā)明，我們的意圖在于本發(fā)明不受說明的任何細(xì)節(jié)的限制，除非有特殊說明，而是應(yīng)當(dāng)在所附權(quán)利要求表示的精神和范圍內(nèi)寬泛地解釋。
權(quán)利要求
1.一種用于可移動觸點的覆有銀的不銹鋼帶，其具有在不銹鋼基底至少部分表面上形成的鎳、鈷、鎳合金和鈷合金的任一種的底涂層，且具有作為上層形成的銀或銀合金層，其中厚度為0.05至2.0μm的銅或銅合金層設(shè)置在銀或銀合金層與底涂層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的用于可移動觸點的覆有銀的不銹鋼帶，其中在銀或銀合金層和銅或銅合金層之間形成銀-銅合金層。
3.一種制備用于可移動觸點的覆有銀的不銹鋼帶的方法，包括以下步驟在不銹鋼基底的至少部分表面上形成鎳、鈷、鎳合金和鈷合金的任一種的底涂層；形成銅或銅合金的中間層；用銀或銀合金涂覆；在非氧化氣氛下熱處理。
全文摘要
一種用于可移動觸點的覆有銀的不銹鋼帶，其具有在至少部分不銹鋼基底表面上的包括鎳、鈷、鎳合金和鈷合金的任一種的底涂層，且具有作為上層形成的銀或銀合金層，其中厚度為0.05至2.0μm的銅或銅合金層設(shè)置在銀或銀合金層與底涂層之間；和一種制造上述覆有銀的不銹鋼帶的方法，其中將所述帶在非氧化氣氛下進(jìn)行熱處理。
文檔編號C25D7/00GK1898415SQ20048003833
公開日2007年1月17日 申請日期2004年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者鈴木智, 三原邦照, 德原直文 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社