專利名稱：用于金屬帶材的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種用來制備電接觸構(gòu)件的金屬帶材用材料。
插塞接觸連接在電工技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用是非常廣泛的。在此插塞接觸連接基本上指的是由插頭和插頭襯套構(gòu)成的用來斷開和閉合導(dǎo)電的連接的機(jī)械裝置。插塞接觸連接在許多領(lǐng)域中得到應(yīng)用，例如應(yīng)用在汽車電器，通信技術(shù)或工業(yè)裝置的電子構(gòu)件中。
常用的這種插塞接觸元件的制備方法是，先由銅-或銅合金帶材沖壓成毛坯，然后將這種毛坯進(jìn)一步加工成插塞接觸元件。銅具有高的電導(dǎo)率。為了耐腐蝕和耐磨損以及提高表面硬度，銅-或銅合金帶材首先要涂錫。錫由于其良好的耐腐蝕性特別適合于作為銅的涂層材料。以熔體浸漬法進(jìn)行涂覆可作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
已知許多相關(guān)的用來在基材表面涂覆的不同的錫合金，特別是錫-銀-合金，因?yàn)檫@種合金可作為非常好的接觸材料。
從歐洲專利說明書0443291B1獲知，對(duì)于電插接連接件可用純錫或錫-鉛-合金涂覆到插頭元件的基材上，而另一插頭元件具有由含有直至10重量％的銀的合金以熔體的方式涂覆上的較硬的表面涂層。除了銀之外還提出了一系列的其他的合金金屬。這種方法是針對(duì)性地用于制備具有始終不變的低的接觸電阻和盡可能小的插-拔力的高質(zhì)量插接連接件。
DE3628783C2公開了一種由銅合金制成的電插接連接件，銅合金具有0.3-2重量％的鎂以及0.001-0.1重量％的磷。這種電插接連接件由于其強(qiáng)度、電導(dǎo)率和在較高的溫度下的應(yīng)力張馳性能而顯得杰出。即使當(dāng)它們被制成較緊湊的大小和較復(fù)雜的形狀時(shí)，它們也顯示出了令人滿意的使用性能。
從DE4338769A1可獲知一種用來制備電插接連接件的銅合金，該銅合金的基本成分含量為0.5-3重量％的鎳，0.1-0.9重量％的錫，0.08-0.8重量％的硅，0.1-3重量％的鋅，0.007-0.25重量％的鐵，0.001-0.2重量％的磷以及0.001-0.2重量％的鎂，余量為銅，以及熔化過程中所帶進(jìn)的雜質(zhì)。
這些已知的金屬帶材或更確切地說由其制成的插接連接件已在實(shí)際應(yīng)用中證明是有效的。然而對(duì)接觸構(gòu)件的機(jī)械和電學(xué)性能方面的技術(shù)和質(zhì)量的要求在不斷增加。特別對(duì)在苛刻的或腐蝕性的環(huán)境條件下使用的接觸構(gòu)件，例如汽車電氣設(shè)備，在此首先是在發(fā)動(dòng)機(jī)的電氣設(shè)備中的插接連接件的技術(shù)和質(zhì)量的要求不斷增加。在這樣的苛刻的使用條件下首先對(duì)涂層的耐熱性、耐張馳性、耐腐蝕性和粘附強(qiáng)度提出了要求，在這樣的條件下已知的接觸構(gòu)件達(dá)到了它的極限。這可導(dǎo)致表面涂層的脫落。
所以從這個(gè)技術(shù)背景出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)是，以經(jīng)濟(jì)的優(yōu)越方式提供用于制備電接觸構(gòu)件的金屬帶材用材料，它將良好的電和機(jī)械性能與基材和涂層之間的粘附的改善結(jié)合在一起。
該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過權(quán)利要求1中的特征得到實(shí)現(xiàn)。
該材料是由一種銅合金構(gòu)成的，該銅合金的合金成分含量為鎳0.5-3.5重量％，硅0.08-1.0重量％，錫0.1-1.0重量％，鋅0.1-1.0重量％，鋯0.005-0.2重量％和銀0.02-0.5重量％。
加入錫雖然使得材料的電導(dǎo)率下降，然而卻可以提高材料的強(qiáng)度和韌性。電導(dǎo)率的下降可通過加入合金元素銀而補(bǔ)償。合金元素銀的主要目的在于，其作為基體成分在溫度的影響下參與與金屬帶材的涂層材料的擴(kuò)散過程，并且影響金屬間化合物的所期望由擴(kuò)散調(diào)節(jié)控制的相形成。所以銀含量為0.02-0.5重量％。0.005-0.2重量％的鋯可提高耐腐蝕性和耐熱性并且改善熱可塑性。
材料含有的銀含量?jī)?yōu)選為小于0.15重量％(權(quán)利要求2)。
小于0.5重量％的錳可提高材料的耐熱性(權(quán)利要求3)。
小于0.2重量％的鎂(權(quán)利要求4)在提高合金的溫度下可改善材料的強(qiáng)度和應(yīng)力張馳性能，而對(duì)基于主要成分的銅的電導(dǎo)率只有微小的不利影響。鎂溶于銅基體中。
假如根據(jù)權(quán)利要求5加入0.1-5重量％的銦，雖然要降低熔點(diǎn)，然而可改善總的對(duì)外界條件的耐性。另外對(duì)焊接性能還有有利的影響。
相應(yīng)于權(quán)利要求6，當(dāng)在材料中的錫與鋅的比例為約1∶1時(shí)，將減小電導(dǎo)率損失，并且可提高可涂覆性能。此外，可達(dá)到在時(shí)效硬化的狀態(tài)下在良好的延伸下最大的硬度提高。
在權(quán)利要求7中給出的錫與銀的比例大約為1∶4時(shí)導(dǎo)致用錫涂覆的金屬帶材的再回收方面的優(yōu)點(diǎn)。
此外，當(dāng)銀與鋅的比例大于0.1時(shí)也是有利的(權(quán)利要求8)。
相應(yīng)于權(quán)利要求9，當(dāng)鎂和鋯總量與錫的比例大于0.01時(shí)將達(dá)到另一個(gè)優(yōu)越的性能。
根據(jù)權(quán)利要求10的特征，當(dāng)鎳加硅的總量與錫+鋅+銀+鎂的總量比大于1.5，小于4時(shí)，材料的脫皮性能將顯著改善。
根據(jù)權(quán)利要求11應(yīng)用上述材料的金屬帶材首先由于它的良好的電和機(jī)械性能，特別是由于它在良好的可變形性的同時(shí)良好的電導(dǎo)率和耐張馳性以及涂層的抗脫落性而顯得杰出。穩(wěn)定的接觸電阻是可保證的。金屬帶材具有在低的接觸電阻下的高耐熱性。它在較高的硬度下耐磨損-和耐磨穿，而且它還是良好可變形的和良好可焊接的。在改善了的耐摩擦腐蝕性下插-和拔力是低的。
此外，這種金屬帶材在經(jīng)濟(jì)上是優(yōu)越的，因?yàn)榭捎煤绣a的銅廢料來制備這種金屬帶材。在物質(zhì)循環(huán)中將達(dá)到均衡的錫平衡。這樣可保證用廢料制備得到的金屬帶材的穩(wěn)定的質(zhì)量。通過協(xié)調(diào)使用裸廢料(銅鎳硅-材料)，涂覆錫的廢料和新金屬(銅)可根據(jù)涂覆錫的廢料的錫涂層的厚度而得到作為鑄造產(chǎn)品的基材，基材中的錫含量為0.02-1重量％。方法優(yōu)選的鑄造產(chǎn)品含有錫為0.25-0.5重量％。
在基材和涂層之間的金屬間相是細(xì)粒的和均勻的。這就導(dǎo)致了金屬帶材的良好的可變形性，特別是可彎性，較高的抗切強(qiáng)度和低的彈性模量以及高的抗蠕變性。
合金成分鋅和銀影響在基材和根據(jù)權(quán)利要求12規(guī)定的錫-銀涂層之間金屬間相中的擴(kuò)散性能。強(qiáng)制地通過從銅向錫層擴(kuò)散所形成的銅-錫-相在它的形成過程中通過溫度和時(shí)間而特別地以減緩和阻止方式影響所謂的ε-相的形成。這樣就保證了在基材和涂層之間好得多的強(qiáng)度。這樣脫落現(xiàn)象，特別是涂層的脫落即使在金屬帶材或由其制備的插接連接件在不利的和苛刻的使用條件下能夠被推向在更高的溫度下和更長(zhǎng)的時(shí)間后發(fā)生。
對(duì)于可能的在150℃以上的溫度涂層就發(fā)生老化引起的失效的主要原因是由于高的擴(kuò)散速度由基材和涂層之間的相界出發(fā)在形成過程中所謂的η-相(Cu6Sn5)超比例地迅速轉(zhuǎn)變成ε-相(Cu3Sn)。本發(fā)明得到如下的知識(shí)，即單獨(dú)的ε-相的存在不一定會(huì)導(dǎo)致在基材和涂層之間的界面上發(fā)生脫落過程，即使在插接連接件通過變形過程所引起的應(yīng)力狀態(tài)下也不一定發(fā)生脫落過程。假如ε-相的形成被阻止或抑制，那么對(duì)于金屬間相和涂層的長(zhǎng)時(shí)間耐久性有有利的影響。
鋅和銀以及在材料中存在的鎳以根據(jù)本發(fā)明所規(guī)定的含量適合于在擴(kuò)散過程和在它們參與形成金屬間相時(shí)特別地通過在相界的富集而抑制或相當(dāng)程度地減慢從η-相向ε-相的快速轉(zhuǎn)變，結(jié)果就能在基材和涂層之間形成均勻的高粘附的連接。
權(quán)利要求
1.一種作為用來制備電接觸構(gòu)件的金屬帶材的材料，其具有下列成分(重量％)鎳(Ni)0.5-3.5％硅(Si)0.08-1.0％錫(Sn)0.1-1.0％鋅(Zn)0.1-1.0％鋯(Zr)0.005-0.2％銀(Ag)0.02-0.5％余量為銅，以及熔化過程中帶進(jìn)的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的材料，其含有的銀的含量小于0.15％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的材料，其含有含量小于0.5％的錳(Mn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的材料，其含有含量小于0.2％的鎂(Mg)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的材料，其含有含量為0.1-5％的銦(In)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的材料，在材料中的所含的錫和鋅的含量比大約為1∶1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一的材料，在材料中所含的錫和銀的含量比大約為1∶4。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的材料，其中銀和鋅的含量比大于0.1。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8之一的材料，其中鎂加鋯的總量與錫含量的比大于0.01。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9之一的材料，其中鎳加硅的總量與錫加鋅加銀加鎂的總量比大于1.5，小于4。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10的材料用于涂覆的、導(dǎo)電的金屬帶材，這種金屬帶材用來制備電接觸構(gòu)件，特別可用在汽車制造(發(fā)動(dòng)機(jī)室(Motorraum))的較高溫度下的插接連接件的部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的材料應(yīng)用，用于用錫-銀-合金涂層的金屬帶材。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種用于制備電接觸構(gòu)件的金屬帶材的材料，該材料具有下列成分(重量％):鎳(Ni)0.5－3.5％;硅(Si)0.08－1.0％;錫(Sn)0.1－1.0％;鋅(Zn)0.1－1.0％;鋯(Zr)0.005－0.2％;銀(Ag)0.02－0.5％;余量為銅，以及熔化過程中帶進(jìn)的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)C23C30/00GK1407123SQ0212987
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2002年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月21日
發(fā)明者U·阿德勒, J·格伯哈特, H·克蘭恩, R·萊福斯, T·赫爾曼坎普 申請(qǐng)人:施托爾貝格金屬工廠兩合公司