專利名稱：電觸頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分中詳細確定類型的電觸頭，尤其是一個插塞連接器的電觸頭。
由實踐中已知這樣一種電觸頭并例如用于汽車領(lǐng)域。
這樣一種電觸頭包括一個金屬基底，它通常由一種銅基合金-如CuSn4-青銅、CuNiSi等制成，并且在該基底上設(shè)置一個錫制接觸層。該接觸層可以是一個熱鍍錫層或電鍍沉積層，所述層具有幾微米的厚度。在與基底的分界面上在使用一個錫接觸層時通過擴散形成一個中間層，該中間層由金屬間化合物-如CuSn4，Cu5Sn6制成。該中間層比接觸層更硬，并可以隨溫度提高。
錫或錫合金顯示出高的延展性以及良好的導(dǎo)電性。但是錫合金或錫合金層存在缺陷它們由于其低硬度和由此引起的低耐磨性在經(jīng)常的插接過程中或由于汽車或發(fā)動機引起的振動導(dǎo)致磨損，這將導(dǎo)致強烈的氧化，即所謂的摩擦腐蝕。這種磨損和/或摩擦腐蝕又可能導(dǎo)致一個汽車的相關(guān)觸頭所附屬的電元件-如傳感器、控制器等的故障。
在這種錫或錫合金層中還存在其它缺陷所述插接力對于許多應(yīng)用場合來說太大，因為這些接觸層具有較強的附著傾向以及較強的塑性變形性。
此外由實踐中已知一種電觸頭的以錫基制成的、也稱為熱錫(Thermozinn)的接觸層，該接觸層完全由金屬間相態(tài)組成，并通過熱時效加工。但是已經(jīng)證實，熱錫只具有有限的可使用性，這尤其可以通過化學(xué)試驗和磨損試驗獲知。
此外目前在電觸頭中作為接觸層也經(jīng)常使用鎳基AuCo合金、銅基或鎳基銀層或者也使用金層。
尤其是銀基、也包括錫基表面或接觸層由于附著性而適用于冷熔焊，并且在相同材料副中顯示出高的摩擦值。
目前在電觸頭中使用的銀層或金層中也可能在層磨損時或由于層脫離而產(chǎn)生基底的、或通常由銅或鎳制成的用作附著層的中間層的氧化磨損過程。
本發(fā)明的優(yōu)點按照本發(fā)明的電觸頭具有一個金屬基底，在該基底上涂覆一個接觸層，該接觸層具有組織結(jié)構(gòu)，該電觸頭具有最佳摩擦特性的優(yōu)點，因為這個特性可以通過組織結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)。尤其是能夠通過所述接觸層的一個適合的組織結(jié)構(gòu)制造出具有低摩擦值和高耐磨性的電觸頭。
與常見的一樣，按照本發(fā)明電觸頭的接觸層具有一個在1μm至6μm之間的厚度。但是所述組織結(jié)構(gòu)最好位于1nm至1μm之間，因此涉及一個所謂的納米結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的電觸頭的基底可以是一個在汽車領(lǐng)域中的插塞連接中經(jīng)常使用的基底，例如一個銅基合金、如CuSn4-青銅、CuNiSi等。也可以選擇使用一種由鎳基合金制成的基底。
按照本發(fā)明的電觸頭的一種特殊實施例，所述組織結(jié)構(gòu)這樣構(gòu)成，粒度在1nm至1μm之間的顆粒分布或分布在接觸層的一個基體中。由此呈現(xiàn)一個所謂的固體分散或納米分散。所述納米分散可以按照電鍍工藝制成。這些顆?？梢砸跃Ц窕蚍蔷Ц竦男螤罘稚⒃诰Ц窕蚍蔷Ц窕w中。
分散在基體中的顆粒組分在基體中最好在1體積百分比至50體積百分比之間，該顆粒粒度最好在20nm至200nm之間。已經(jīng)證實在接觸層厚度在1μm至6μm之間時這種顆粒粒度在電的和機械的特性方面是理想的。
通過在接觸層基體中加入納米分散(Nanodispersion)可以提高電觸頭的使用壽命、特別是插接次數(shù)和/或耐摩擦腐蝕性。
通過加入比基體的硬度更硬的顆粒能夠提高接觸層的強度和硬度。這種顆粒例如由Al2O3制成，它們分散在例如由錫或銀制成的一種基體中。這些顆粒也可以選擇使用由氧化釔、氧化鋯、鋁化鈦、氮化鈦、釕合金和/或類似合金制成。將導(dǎo)電相態(tài)如氮化鈦或釕合金相態(tài)作為分散在基體中的顆粒的加入具有優(yōu)點不干擾接觸層的電特性。
但是分散在基體、尤其是一個銀基體中的顆粒也可以由一種固體潤滑材料構(gòu)成。這樣一種固體潤滑材料例如由石墨或由MoS2制成，并且能夠減小摩擦力/插接力，這些作用力必需用于使電觸頭與對向觸頭連接。
在按照本發(fā)明的電觸頭的一個可選擇的實施方案中，分散的顆粒是微油殼(Mikro-Oelkapsel)。
所述微油殼可以是顯微技術(shù)中的小潤滑材料殼(Schmierstoff-kapsel)，并且可以在一個電鍍過程中掏制到基體中，它們最好含有一個摩擦學(xué)上有效的具有抗氧化物和/或抗附著的添加物的潤滑材料，并且例如由一種聚合物外皮限定。所述抗氧化物和抗附著添加物在這樣一種觸頭中可以自由放出，在那里在一種插接過程中或在由于振動應(yīng)力產(chǎn)生微運動時出現(xiàn)極高的表面應(yīng)力。限定油殼的聚合物外皮在一個瞬時的熱作用下熔化，這種熱作用例如在溫度提高到約100℃至200℃時出現(xiàn)。
微油殼在基體中的均勻分布可以通過所謂的超聲渦流或者也可以通過其它適合的流體技術(shù)的措施來實現(xiàn)。
也可以選擇使油殼或油穴的掏制通過在一個油池中通過熔化一個熱鍍錫的表面或者按照一種電鍍工藝實現(xiàn)。在這種情況下所述油殼沒有聚合物外皮。
已經(jīng)在基體中掏制出的微油殼在組織中是含碳的小島，并起到優(yōu)化摩擦/插接力、延長層壽命以及提高耐摩擦腐蝕性的作用。
在本發(fā)明的一個有利實施例中尤其使用錫或銀作為用于所述微油殼的基體。
在按照本發(fā)明的電觸頭的另一實施例中，所述組織結(jié)構(gòu)由一個多層-層系統(tǒng)構(gòu)成，該系統(tǒng)由相互銜接的、具有交互作用的化學(xué)機制的層制成。通過這樣一種多層-層系統(tǒng)也可以降低接觸層的摩擦值并提高其耐磨損性。
所述多層層系統(tǒng)涉及例如一種接觸層，它由金基或銀基制成，如金/鈷層系統(tǒng)或銀/銦層系統(tǒng)。所述多層層系統(tǒng)的各個層分別由例如這些元素的合金制成，其中各種元素的組分逐層不同。但是也可以設(shè)想，選擇一個金/銀層系統(tǒng)作為接觸層，其中金或銀組分隨層系統(tǒng)逐層改變。例如涉及一個ABABA...層序。
為了改善電觸頭和其對向觸頭之間的接觸，可以使接觸層至少局部地具有一個貴重金屬飾層。該貴重金屬飾層優(yōu)選具有一個在0.1μm至0.3μm之間的厚度，并由此提供一個所謂的“閃”層。適合作為“閃”層的貴重金屬尤其是釕、金、鉑和/或鈀。
按照本發(fā)明的電觸頭的接觸層的加工優(yōu)選按照電鍍工藝實現(xiàn)。
按照本

發(fā)明內(nèi)容
的其它優(yōu)點和有利改進方案可以從說明書、附圖和權(quán)利要求書中得出。


在附圖中簡示出按照本發(fā)明的電觸頭的四個實施例并在下面詳細描述。附圖中圖1為一個電觸頭的第一實施例的截面圖；圖2為一個電觸頭的第二實施例的截面圖；圖3為一個電觸頭的第三實施例的截面圖；圖4為一個電觸頭的第四實施例的截面圖。
具體實施例方式
在圖1中簡示出一個電觸頭10的一個表面，該電觸頭是一個插塞連接器的觸頭，該插塞連接器在一個汽車中得到應(yīng)用。
所述電觸頭10包括一個基底11，它由一個銅基合金、如CuSn4，CuNi2Si或類似合金制成。所述基底11的厚度為0.1mm至0.5mm。
在該基底11上設(shè)置一個接觸層12，它按照一個電鍍工藝涂覆。所述接觸層12的層厚為約1μm至3μm，并具有一個由錫制成的基體13。在基體13中分布或“分散”由氧化鋁Al2O3制成的硬顆粒14，它們具有20nm至200nm的顆粒粒度。所述接觸層12因此是一個固體納米分散。
在圖2中按照原理示出一個電觸頭20，它同樣是一個插塞連接器的觸頭，該插塞連接器在一個汽車中使用。
與圖1的電觸頭相對應(yīng)所述電觸頭20包括一個基底11，它由一個銅基合金制成。
所述電觸頭20的基底11配有一個接觸層22，它具有一個銀制基體23。在銀基體23中均勻地分布石墨顆粒24，也稱為石墨片。這些石墨片24用作固體潤滑材料并具有在1μm至1nm之間的顆粒粒度。所述石墨片可以以薄片形狀出現(xiàn)，并具有約2至50的長/厚比和/或也可以是其它任意的形狀，如球形。
在圖3中示出一個電觸頭30，它同樣是一個插塞連接器的觸頭，該插塞連接器在一個汽車中使用。
與圖1的電觸頭相對應(yīng)所述電觸頭30包括一個基底11，它由一個銅基合金制成。但是該電觸頭30的基底11在這里配有一個接觸層32，它具有一個銀制基體33，在其中分布或分散油殼34。所述油殼34的直徑小于1μm，因此位于亞微米范圍中。所述油殼含有一種摩擦學(xué)上有效的具有抗氧化物和抗附著的添加物的潤滑材料以及一個聚合物外皮，該外皮在瞬時熱應(yīng)力下就已經(jīng)熔化。通過潤滑材料殼34能夠降低在使所述電觸頭20與一個對向觸頭連接時產(chǎn)生的摩擦/插接力。
在圖4中示出一個電觸頭40，它同樣是一個插塞連接器的觸頭，該插塞連接器在一個汽車中使用。
在電觸頭40中在一個基底11上設(shè)置一個多層-層系統(tǒng)42，該基底對應(yīng)于按照圖1至3所示實施例的基底，并且同樣由一種銅基合金制成，所述多層層系統(tǒng)由許多層組成，其厚度位于納米級。各層由于其化學(xué)機制而相互不同，并分別提供一個銀/銦合金，其中銀或銦組分逐層變化。所述層系統(tǒng)42在這里具有一個A-B-A-B...層序，其中A和B分別表示具有一定組分的銀/銦合金。
在這個實施例中在所述接觸層42的表面上設(shè)置一個由飾層構(gòu)成的、由釕或金制成的所謂的“閃”層43。該飾層43在此具有約0.1μm的厚度。
權(quán)利要求
1.電觸頭、尤其是一個插塞連接器的一個電觸頭，它具有一個金屬的基底(11)，在該基底上涂覆一個接觸層(12，22，32)，其特征在于，所述接觸層(12，22，32，42)具有一種組織結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的電觸頭，其特征在于，所述組織結(jié)構(gòu)這樣構(gòu)成使得在一個基體(13，23，33)中分散著粒度在1nm至1μm之間的顆粒(14，24，34)。
3.如權(quán)利要求2所述的電觸頭，其特征在于，分散在基體(13，23)中的顆粒(14，24)的組分在1體積百分比至50體積百分比之間。
4.如權(quán)利要求2或3所述的電觸頭，其特征在于，所述分散的顆粒(14)至少部分地具有一個比基體(13)更大的硬度，并且最好由氧化鋁、氧化鋯、氧化釔、鋁化鈦、氮化鈦和/或釕合金相制成。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項所述的電觸頭，其特征在于，所述分散的顆粒(24)至少部分地由一種固體潤滑材料制成，這種材料最好是石墨。
6.如權(quán)利要求2或3所述的電觸頭，其特征在于，所述分散的顆粒(34)是油殼或油穴。
7.如權(quán)利要求6所述的電觸頭，其特征在于，所述油殼(34)包括一種具有抗氧化劑和/或抗附著的添加劑的潤滑材料，并且由一種聚合物外皮限定。
8.如權(quán)利要求2至7中任一項所述的電觸頭，其特征在于，所述基體由銀或一種銀合金制成，并且所述分散組織電鍍地制成。
9.如權(quán)利要求1所述的電觸頭，其特征在于，所述組織結(jié)構(gòu)由一個多層-層系統(tǒng)(42)構(gòu)成，該系統(tǒng)由具有不同化學(xué)機制的彼此重疊的層組成。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的電觸頭，其特征在于，所述接觸層(42)至少局部地具有一個貴重金屬飾層(43)，此飾層由金、銀、鉑、釕、鈀或這些元素的合金制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個電觸頭，尤其是一個插塞連接器的電觸頭，它具有一個金屬的基底(11)，在該基底上涂覆一個接觸層(22)。所述接觸層(22)具有一個組織結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01H1/023GK1689124SQ03823064
公開日2005年10月26日 申請日期2003年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月27日
發(fā)明者P·雷拜因, V·哈斯 申請人:羅伯特·博世有限公司