電鍍材料及其生產(chǎn)方法，用于接頭的端子和接頭的制作方法

專利名稱：電鍍材料及其生產(chǎn)方法，用于接頭的端子和接頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電鍍材料及其生產(chǎn)方法，用于接頭的端子和接頭。
背景技術(shù)：
例如，用于汽車(chē)中使用的電線的接頭的端子是通過(guò)壓力加工、模沖或彎曲銅合金薄板生產(chǎn)的。為了提高得到的端子的電連接性能，通常對(duì)銅合金薄板進(jìn)行Sn或Sn合金電鍍。例如，日本特開(kāi)平7-268511中公開(kāi)了這種端子的一個(gè)例子。
隨著近來(lái)多功能化的發(fā)展，電氣和電子線路越發(fā)復(fù)雜，其中使用的多極接頭得以發(fā)展，從而日益需要多腳接頭。例如，汽車(chē)組裝過(guò)程包括工人安裝接頭的大量過(guò)程。隨著多腳接頭的廣泛使用，接頭的嵌入力(和拔出力)將增加，所以必須考慮工人的疲勞程度。因此，目前需要嵌入力和拔出力小的多腳接頭。
但是，在傳統(tǒng)的用Sn電鍍的Cu合金薄板制成的端子中，因?yàn)殛?yáng)端子和陰端子具有較軟的表面，所以端子間的滑動(dòng)阻力較大。因此，嵌入力和拔出力的減小量有限。
鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種用在接頭中時(shí)能夠減小嵌入力和拔出力的電鍍材料及其生產(chǎn)方法，用于接頭的端子和接頭。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電鍍材料包括由金屬制成的基底和形成在基底表面上的金屬電鍍層。在金屬電鍍層內(nèi)，網(wǎng)狀分布的軟區(qū)和被軟區(qū)的網(wǎng)格環(huán)繞的硬區(qū)共存。軟區(qū)的維氏硬度是20-250，而硬區(qū)的維氏硬度是60-700，硬區(qū)的維氏硬度比軟區(qū)的維氏硬度至少高30。軟區(qū)網(wǎng)格的平均尺寸是5-500μm。
因?yàn)殡婂儾牧暇哂杏矃^(qū)共存在以精細(xì)網(wǎng)狀分布的軟區(qū)中且軟區(qū)和硬區(qū)的硬度設(shè)定為上述范圍的表面質(zhì)量，所以軟區(qū)可以提高其滑動(dòng)性，而硬區(qū)可以防止金屬電鍍層表面過(guò)度磨損。因?yàn)橥ㄟ^(guò)使表面硬度不均勻可以局部提高對(duì)應(yīng)材料的接觸壓力，所以能夠確保導(dǎo)電性，并且能夠降低電阻。
軟區(qū)表面在基底厚度方向上的位置可以比硬區(qū)表面的位置高0.2-10μm。在這種情況下，因?yàn)橹饕禽^突出的軟區(qū)與對(duì)應(yīng)材料接觸，所以上述效果可以進(jìn)一步提高。金屬電鍍層可以由Sn或Sn合金形成。
本發(fā)明的用于接頭的端子部件的至少一部分(特別是滑動(dòng)部分)是由該電鍍材料形成的。本發(fā)明的接頭包括其中的至少一部分是由該電鍍材料形成的端子部件。
基底可以由銅合金制成，銅合金基本上由質(zhì)量百分比為0.3-2％的Mg、0.001-0.02％的P、0.0001-0.0013％的C、0.0002-0.002％的O組成，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。
基底可以由銅合金制成，銅合金基本上由質(zhì)量百分比為0.5-3％的Ni、0.1-0.9％的Sn、0.08-0.8％的Si、0.1-3％的Zn、0.007-0.25％的Fe、0.001-0.2％的P、0.001-0.2％的Mg、0.0001-0.005％的C組成，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。
該電鍍材料的生產(chǎn)方法包括下述步驟使在金屬基底表面上電鍍材料的沉積條件不均勻；在基底表面上進(jìn)行金屬電鍍，形成金屬電鍍層；和通過(guò)將溫度加熱到高于金屬電鍍層熔點(diǎn)對(duì)其上形成有金屬電鍍層的基底進(jìn)行重熔處理，其中所述重熔處理使網(wǎng)狀分布的軟區(qū)和被軟區(qū)的網(wǎng)格環(huán)繞的硬區(qū)共存于金屬電鍍層，同時(shí)進(jìn)行控制，使軟區(qū)的維氏硬度是20-250，硬區(qū)的維氏硬度是60-700，硬區(qū)的維氏硬度比軟區(qū)的維氏硬度至少高30。軟區(qū)網(wǎng)格的平均尺寸是5-500μm。用該方法可以低成本地生產(chǎn)電鍍材料。
在使電鍍材料的沉積條件不均勻的步驟中，可以進(jìn)行各種處理。例如，在使沉積條件不均勻的步驟中在基底的晶界處隔離合金元素或者在基底的晶界處形成氧化物。還可以通過(guò)預(yù)先使基底表面不平整而使重熔處理后的金屬電鍍層厚度不均勻。
附圖簡(jiǎn)述圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于接頭的端子部件的接頭的陽(yáng)端子和陰端子的透視圖。
圖2是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電鍍材料表面的顯微照片。
圖3是示出電鍍材料表面的放大圖。
圖4是示出電鍍材料橫截面的放大圖。
圖5是示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的電鍍材料的放大橫截面圖。
圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施例1的電鍍材料表面的顯微照片。
圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施例1的電鍍材料表面的顯微照片。
圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施例2的電鍍材料表面的顯微照片。
圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施例2的電鍍材料表面的顯微照片。
圖10是示出本發(fā)明的實(shí)施例3的電鍍材料表面的顯微照片。
圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施例3的電鍍材料表面的顯微照片。
圖12是示出本發(fā)明的對(duì)比實(shí)施例1的電鍍材料表面的顯微照片。
圖13是示出本發(fā)明的對(duì)比實(shí)施例1的電鍍材料表面的顯微照片。
圖14是根據(jù)實(shí)施例1的橫截面SEM顯微照片。
圖15A-15D是基底在300℃下進(jìn)行晶界氧化物形成處理3小時(shí)后由銅合金A制成的基底表面的EPMA分析結(jié)果的視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照


本發(fā)明的電鍍材料及其生產(chǎn)方法，用于接頭的端子和接頭的實(shí)施方案。本發(fā)明的電鍍材料不限于用于接頭，只要是用作降低滑動(dòng)阻力的目的，可適用于各種用途。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的接頭的主要部分。這種接頭作為車(chē)載接頭安裝在汽車(chē)中，但并不限于用于汽車(chē)，而是可適用于各種用途。如圖1所示，該接頭由能夠相互配合的陽(yáng)端子1和陰端子2構(gòu)成，陽(yáng)端子1和陰端子2中的至少一個(gè)由本發(fā)明的電鍍材料形成。例如，在端子2由本發(fā)明的電鍍材料形成的情況下，陽(yáng)端子1可以由下述的不包括軟區(qū)也不包括硬區(qū)且具有平整表面的電鍍材料形成。不一定整個(gè)陽(yáng)端子1和/或整個(gè)陰端子2都由該電鍍材料形成，可以是只有包括滑動(dòng)部分的部分由該電鍍材料形成。
圖2是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電鍍材料表面的顯微照片，圖3是電鍍材料的放大圖，圖4是其橫截面放大圖。該電鍍材料包括金屬基底3和形成在整個(gè)基底3表面上的金屬電鍍層6。金屬電鍍層6包括與基底3接觸的下層(擴(kuò)散層)4和形成在下層4上的上層5。下層4和上層5之間可以形成明顯的界線，也可以從下層4至上層5其組成以連續(xù)的濃度梯度發(fā)生變化。在形成金屬電鍍層6(純金屬或合金)前，可以用其它金屬進(jìn)行單層或兩層底層電鍍。例如，可以進(jìn)行下述結(jié)合Cu底層電鍍+Sn電鍍，Ni底層電鍍+Cu底層電鍍+Sn電鍍。在這種情況下，在進(jìn)行Cu底層電鍍時(shí)底鍍層的厚度優(yōu)選是約0-0.3μm，在進(jìn)行Ni底層電鍍時(shí)底鍍層的厚度優(yōu)選是約0-0.2μm，因?yàn)楸仨毐３衷馗綦x和氧化對(duì)晶界的輕微影響。
在金屬電鍍層6中，網(wǎng)狀分布的軟區(qū)6A和被軟區(qū)6A的網(wǎng)格環(huán)繞的硬區(qū)6B共存。軟區(qū)6A的維氏硬度優(yōu)選是20-250，更優(yōu)選30-150。硬區(qū)6B的維氏硬度是60-700，并且比軟區(qū)6A的維氏硬度至少高30。在維氏硬度在上述范圍內(nèi)的情況下，陽(yáng)端子1和陰端子2之間的滑動(dòng)性可以提高，還可以降低接觸阻力。硬區(qū)6B的維氏硬度優(yōu)選是90-300。硬區(qū)6B的維氏硬度比軟區(qū)6A的維氏硬度優(yōu)選至少高60，更優(yōu)選至少高100。本申請(qǐng)中使用的維氏硬度Hv指的是在98.07×10-3N(10g)負(fù)荷下測(cè)定的值。
軟區(qū)6A網(wǎng)格的平均尺寸是5-500μm。當(dāng)平均尺寸小于5μm時(shí)，提高滑動(dòng)性、減小嵌入力和拔出力的效果很難達(dá)到。相反，當(dāng)平均尺寸大于500μm時(shí)，用在小尺寸端子中的陽(yáng)端子1和陰端子2之間的接觸狀態(tài)不穩(wěn)定，從而使減小嵌入力和拔出力的效果發(fā)生變化。軟區(qū)6A網(wǎng)格的單位晶胞的大小更優(yōu)選是20-300μm。網(wǎng)格的單位晶胞的大小可以用下述方法計(jì)算如圖3所示，在顯微照片上畫(huà)一條恒定長(zhǎng)度的直線L(例如，在金屬電鍍層6上的實(shí)際長(zhǎng)度為0.2mm)，記錄與該直線相交的軟區(qū)6A的網(wǎng)格數(shù)(圖3中的點(diǎn)P數(shù))，將直線L的長(zhǎng)度除以點(diǎn)P數(shù)。在網(wǎng)格不清楚的情況下，可以用激光顯微鏡測(cè)定鍍層表面的輪廓線來(lái)計(jì)算網(wǎng)格大小。
在該實(shí)施方案中，如圖4所示，軟區(qū)6A距基底3的表面高度比硬區(qū)6B距基底3的表面高度高0.2-10μm。軟區(qū)6A的高度表示為平均峰值，而硬區(qū)6B的高度表示為中心高度的平均值。在這種情況下，因?yàn)橹饕禽^突出的軟區(qū)6A與對(duì)應(yīng)材料接觸，所以上述效果可以進(jìn)一步提高。當(dāng)高度差至少為0.2μm時(shí)，上述效果優(yōu)異。當(dāng)高度差大于10μm時(shí)，接觸阻力和滑動(dòng)阻力可能變得不穩(wěn)定。
基底3的材料不必限定，例如，可以使用Cu、Cu合金、42合金、鋁和鋁合金。在這些材料中，特別優(yōu)選高導(dǎo)電性的Cu或Cu合金。作為Cu合金，例如，優(yōu)選Cu-Zn合金、Cu-Ni-Si合金、Cu-Mg-P合金、Cu-Fe-P合金和Cu-Sn-P合金。金屬電鍍層6的材料(進(jìn)行重熔處理前)優(yōu)選是選自Sn、Cu、Ag、Ni、Pb、Zn、Cr、Mn、Fe、Co、Pd、Pt、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、In、Au、Al、Si、Sb、Bi和Te的一種、兩種或多種金屬。從成本和耐蝕性方面考慮，特別優(yōu)選Sn。
基底3可以由下述銅合金制成(1)基本上由質(zhì)量百分比為0.3-2％的Mg、0.001-0.02％的P、0.0001-0.0013％的C、0.0002-0.002％的O組成，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)的銅合金；和(2)基本上由質(zhì)量百分比為0.5-3％的Ni、0.1-0.9％的Sn、0.08-0.8％的Si、0.1-3％的Zn、0.007-0.25％的Fe、0.001-0.2％的P、0.001-0.2％的Mg、0.0001-0.005％的C組成，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)的銅合金。
上述兩種合金(1)和(2)用于具有優(yōu)異的彈性和耐熱蠕變性而作為用在汽車(chē)引擎室內(nèi)的要求耐熱性的接頭時(shí)特別有用，因?yàn)殡S著接頭的工作環(huán)境近來(lái)越發(fā)苛刻，也要求Sn電鍍材料具有在高溫下的長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性。
在接頭由上述兩種銅合金形成的情況下，Cu底層重熔Sn鍍層處理至此已經(jīng)完成。在這種情況下，為了得到光滑的Sn鍍層表面，通常進(jìn)行厚度至少為0.5微米的Cu底層電鍍。但是，當(dāng)Sn電鍍材料在約180℃的高溫下長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí)，在鍍層界面處容易發(fā)生剝落。可以認(rèn)為這種熱剝落是由分別含在合金(1)和合金(2)中的易氧化元素Mg和Si及高溫下長(zhǎng)期加熱過(guò)程中基底、Cu底層和Sn鍍層之間的擴(kuò)散速度差造成的。在上述兩種銅合金進(jìn)行本發(fā)明的Sn電鍍處理的情況下，其優(yōu)點(diǎn)是可以減小嵌入力和拔出力，可以改善對(duì)高溫下長(zhǎng)期加熱的耐熱性。
軟區(qū)6A的鍍層厚度(上層5+下層4)沒(méi)有具體限定，但優(yōu)選是0.3-12μm。當(dāng)軟區(qū)6A的鍍層厚度小于0.3μm時(shí)，不可能保證充分的柔軟度。相反，當(dāng)鍍層厚度大于12μm時(shí)，端子部件的壓力加工性受損，嵌入力和拔出力增加。軟區(qū)6A的鍍層厚度更優(yōu)選是0.5-10μm。
硬區(qū)6B的鍍層厚度(上層5+下層4)沒(méi)有具體限定，但優(yōu)選是約0.1-2μm。當(dāng)鍍層厚度小于0.1μm時(shí)，因?yàn)榻饘匐婂儗?的磨損可能使金屬電鍍層6和基底3暴露出來(lái)，所以不可能得到改善耐蝕性的效果。當(dāng)硬區(qū)6B的鍍層厚度大于2μm時(shí)，難以保證硬區(qū)6B和軟區(qū)6A的硬度差。硬區(qū)6B的鍍層厚度更優(yōu)選是0.1-1μm。
作為通過(guò)擴(kuò)散形成的合金層的下層4的厚度優(yōu)選是約0.1-2μm。當(dāng)厚度在上述范圍內(nèi)時(shí)，可以得到由于金屬電鍍層6而具有的保護(hù)基底3的合適效果。下層4的厚度優(yōu)選占硬區(qū)6B厚度的約10-100％。當(dāng)厚度在上述范圍內(nèi)時(shí)，因?yàn)橛矃^(qū)6B的硬度變化小，所以可以得到提高嵌入和拔出穩(wěn)定性的效果。下層4的厚度更優(yōu)選占硬區(qū)6B厚度的約30-80％。
盡管下層4的組成隨基底3的材料和金屬電鍍層6的材料發(fā)生變化，但是，在基底3由銅或銅合金制成而重熔處理前的金屬電鍍層由錫或錫合金制成的情況下，下層4是由Cu-Sn基合金形成的。至于Cu-Sn基合金的元素比，Cu∶Sn的質(zhì)量比例如是25∶75-65∶35。
根據(jù)上述實(shí)施方案，因?yàn)橛米麝?yáng)端子1和/或陰端子2的電鍍材料具有硬區(qū)6B共存在于以精細(xì)網(wǎng)狀分布的軟區(qū)6A中且軟區(qū)和硬區(qū)的硬度設(shè)定為上述范圍的表面質(zhì)量，相對(duì)來(lái)說(shuō)形成突出部分的軟區(qū)6A與對(duì)應(yīng)材料接觸和滑動(dòng)。所以接頭的嵌入力和拔出力將因小的滑動(dòng)阻力而減小。
與陽(yáng)端子1和陰端子2的整個(gè)接觸表面都是光滑的情況相比，兩個(gè)端子在本發(fā)明實(shí)施方案中的接觸面積減小，另外，軟區(qū)6A的存在降低了單位接觸面積上的摩擦阻力。因此，由于二者的協(xié)同效應(yīng)，嵌入力和拔出力減小。另外，因?yàn)椴痪鶆虻谋砻嬗捕瓤梢跃植刻岣吲c對(duì)應(yīng)材料的接觸壓力，所以與端子的整個(gè)表面都很硬的情況相比可以通過(guò)必然地確保導(dǎo)電性來(lái)抑制電阻。
陽(yáng)端子1和陰端子2之間滑動(dòng)時(shí)只磨損作為突出部分的軟區(qū)6A。即使軟區(qū)6A被磨掉，硬區(qū)6B仍然不受磨損。因此，在對(duì)金屬電鍍層6要求的耐蝕性和強(qiáng)度方面，本發(fā)明的產(chǎn)品可以與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比。
在軟區(qū)6A表面的位置比硬區(qū)6B表面的位置高0.2-10μm的情況下，因?yàn)橥怀龅能泤^(qū)6A主要是與對(duì)應(yīng)材料接觸，所以上述效果可以進(jìn)一步提高。
例如，優(yōu)選制成該電鍍材料的陰端子2和硬度在陰端子2的硬區(qū)6B的硬度和軟區(qū)6A的硬度之間的電鍍材料的陽(yáng)端子。在這種情況下，通過(guò)磨損軟區(qū)6A減小嵌入力和拔出力，硬區(qū)6B防止基底3磨損。軟區(qū)6A還用于保證軟焊性。
在該實(shí)施方案中，陽(yáng)端子1可以由上述電鍍材料形成，更優(yōu)選在金屬基底上形成既不包括軟區(qū)6A又不包括硬區(qū)6B的金屬電鍍層。
在這種情況下，陽(yáng)端子1的金屬基底可以與基底3相同。金屬電鍍層可以通過(guò)用選自Sn、Cu、Ag、Ni、Pb、Zn、Cr、Mn、Fe、Co、Pd、Pt、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、In、Au、Al、Si、Sb、Bi和Te的兩種或多種金屬電鍍而形成。另一種方案是，電鍍后，通過(guò)重熔處理基底熔化金屬電鍍物，從而在鍍層金屬和基底之間產(chǎn)生擴(kuò)散，從而形成作為下層的合金層。從成本和耐蝕性方面考慮，鍍層金屬特別優(yōu)選是Sn或Sn合金。
對(duì)于陽(yáng)端子1，用各種電鍍方法在由Cu或Cu合金制成的基底上形成厚度為0.2-10μm的Sn層，然后通過(guò)熱處理擴(kuò)散Sn層中的Sn和基底中的Cu，形成Cu-Sn合金層，同時(shí)優(yōu)選將純Sn層的厚度控制為0-8μm。更優(yōu)選將陽(yáng)端子1中的純Sn層厚度控制為小于0.3μm。更優(yōu)選地是，通過(guò)熱處理將表面硬化，直到將陽(yáng)端子1中的純Sn層厚度控制為0，從而在表面上形成Cu-Sn合金層。
現(xiàn)在說(shuō)明上述實(shí)施方案的生產(chǎn)方法。
該方法包括下述步驟使在金屬基底3表面上的電鍍材料的沉積條件不均勻的步驟；在基底表面上進(jìn)行金屬電鍍，形成金屬電鍍層；和，通過(guò)將溫度加熱到高于金屬電鍍層熔點(diǎn)對(duì)其上形成有金屬電鍍層的基底進(jìn)行重熔處理。
在沉積條件不均勻的步驟中，例如，使基底3表面進(jìn)行使熔融金屬的潤(rùn)濕性不均勻的處理。然后，在通過(guò)重熔處理熔化金屬電鍍層6的情況下，金屬電鍍層6的厚度以固定圖形變化。盡管該步驟中使用的處理方法沒(méi)有限定，但是可以使用(1)在基底3的晶界處隔離合金元素的方法，或(2)在基底3的晶界處形成痕量氧化物的方法。
(1)為了在基底3的晶界處隔離合金元素，例如，可以使用在進(jìn)行金屬電鍍前或在生產(chǎn)基底3的步驟中在弱還原氣氛中通過(guò)熱處理確保使選自Si、Fe、Mg、Ti、Ca、Zr和Al的一種、兩種或多種元素存在于晶界處的方法。
(2)為了在基底3的晶界處形成氧化物，可以使用在進(jìn)行金屬電鍍前或在生產(chǎn)基底3的步驟中在弱氧化氣氛中通過(guò)熱處理確保在含上述元素的Cu合金基底3的表面上形成含選自Mg、Al、Si、Ca、Be、Cr、Ti、P、Zr和Fe的一種、兩種或多種元素的氧化物的方法。
在這種情況下，在重熔處理工藝中，當(dāng)金屬電鍍層一旦被熔化時(shí)，在熔體的表面張力和基底3的表面潤(rùn)濕性的相互作用下，在熔體中形成網(wǎng)狀的局部突起。這樣可以使網(wǎng)狀分布的軟區(qū)6A和被軟區(qū)6A的網(wǎng)格環(huán)繞的硬區(qū)6B共存。此時(shí)可以保證下述條件軟區(qū)6A的維氏硬度是20-250，硬區(qū)6B的維氏硬度是60-700，并且比軟區(qū)6A的維氏硬度至少高30，軟區(qū)6A網(wǎng)格的平均尺寸是5-500μm。最佳的生產(chǎn)條件可以用一些實(shí)驗(yàn)確定。
滿足上述條件的重熔處理?xiàng)l件沒(méi)有限定，因?yàn)樗鼈冸S金屬電鍍層6的材料而變化。在基底3由銅或銅合金制成而重熔處理前的金屬電鍍層由錫或錫合金制成的情況下，溫度優(yōu)選是232-1000℃。當(dāng)溫度在上述范圍內(nèi)時(shí)，易于形成軟區(qū)6A和硬區(qū)6B。溫度更優(yōu)選是300-800℃。重熔處理的時(shí)間沒(méi)有限定，但是為了進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)散，時(shí)間優(yōu)選是約0.05-5分鐘。來(lái)自基底3的母體元素的擴(kuò)散形成作為合金層的下層4，在硬區(qū)6B內(nèi)作為軟層的上層5的厚度與整個(gè)厚度的比值下降，因此，硬區(qū)6B的硬度相對(duì)增加。
重熔處理后，在低于金屬電鍍層6熔點(diǎn)的溫度下再次進(jìn)行熱處理可以促進(jìn)擴(kuò)散，從而增加下層4的厚度。
在上述生產(chǎn)方法中，重熔處理使金屬電鍍層6的厚度不均勻，從而形成軟區(qū)6A和硬區(qū)6B。但是，形成軟區(qū)6A和硬區(qū)6B的方法并不限于此。
例如，如圖5所示，還可以使用包括下述步驟的方法蝕刻或機(jī)械拋光基底3的表面，在基底3的表面上預(yù)先形成精細(xì)凹坑部分3A和精細(xì)突出部分3B(這一步驟相當(dāng)于使沉積條件不均勻的步驟)，形成金屬電鍍層，以降低不平整度，并且任選進(jìn)行重熔處理。根據(jù)該方法，在突出部分3B上的金屬電鍍層厚度很小的位置處，從基底3擴(kuò)散的母體元素到達(dá)表面或臨近表面處，從而形成維氏硬度較高的硬區(qū)6B。在突出部分3A上的金屬電鍍層厚度很大的位置處，從基底3擴(kuò)散的母體元素很難從表面擴(kuò)散到深處，從而形成維氏硬度較低的軟區(qū)6A。軟區(qū)6A和硬區(qū)6B的條件如上所述。
在重熔處理后蝕刻或切割金屬電鍍層可以得到包括其表面不平整的金屬電鍍層，并且還包括軟區(qū)6A和硬區(qū)6B的電鍍材料。例如，在基底上形成均勻厚度的金屬電鍍層，進(jìn)行傳統(tǒng)的重熔處理，從而形成作為金屬電鍍層的下層部分的厚度均勻的合金層，另外，通過(guò)蝕刻或切割使金屬電鍍層不平整，然后，在凹坑部分，硬合金層暴露出來(lái)或者軟上層厚度減小，從而形成硬區(qū)6B。在突出部分，軟上層厚度保持不變，形成軟區(qū)6A。通過(guò)輥壓加工可以有效地形成精細(xì)的不平整度。
如上所述，根據(jù)上述各個(gè)實(shí)施方案的電鍍材料的生產(chǎn)方法，可以低成本地生產(chǎn)本發(fā)明的電鍍材料。
實(shí)施例用下述實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
在表1所示的條件下，生產(chǎn)實(shí)施例1-7和對(duì)比實(shí)施例1-8的具有圖1所示形狀的陰端子。在實(shí)施例1-7中，形成滿足本發(fā)明條件的軟區(qū)和硬區(qū)。在對(duì)比實(shí)施例1和4-6中，與實(shí)施例相比，通過(guò)進(jìn)行厚Cu底層電鍍最大程度地避免基底表面的影響。對(duì)比實(shí)施例2示出軟區(qū)和硬區(qū)的硬度差(鍍層厚度差)較小的例子。對(duì)比實(shí)施例3示出使用硬Sn電鍍(合金層的比例增加)的例子。對(duì)比實(shí)施例7和8示出使用傳統(tǒng)重熔Sn鍍層的例子(沒(méi)有進(jìn)行晶界氧化物形成處理或隔離處理)。
作為基底，使用表2所示的任何一種銅合金A-E。在表1所示的條件下，用每一種這些銅合金制成的基底進(jìn)行晶界氧化物形成處理(或隔離處理)，從而在基底表面的晶界處隔離合金元素，形成其氧化物。作為處理氣氛，使用通過(guò)向氮?dú)庵屑尤?00ppm的氧氣而制備的弱氧化氣氛。通過(guò)隔離氧化物造成Sn鍍層厚度的差值。
圖15A-15D是基底在300℃下進(jìn)行晶界氧化物形成處理3小時(shí)后由銅合金A制成的基底表面的EPMA分析結(jié)果的視圖。圖15A示出氧原子的濃度分布，圖15B示出硅原子的濃度分布，從在同一位置處探測(cè)到氧和硅這一事實(shí)可以清楚地看到氧化硅是沿晶界形成的。圖15C和15D是圖15A和15B的放大圖，其中的黑箭頭示出氧化物的濃度差。
表1

表1(續(xù))

表2

然后通過(guò)電鍍?cè)诨咨闲纬珊穸葹?-0.51μm的非常薄的Cu底層，Cu底層的厚度是變化的，從而在重熔處理時(shí)使氧化物對(duì)Sn的潤(rùn)濕性產(chǎn)生的影響有差別。隨著Cu底層厚度的增加，氧化物的影響減弱，軟區(qū)和硬區(qū)之間的厚度減小。使用含200g/l硫酸銅和55g/l硫酸的用于形成Cu底層的電鍍液。電鍍槽的溫度控制為30℃，電流密度控制為2A/dm2。
然后在Cu底層上形成Sn鍍層。使用含40g/l硫酸錫、110g/l硫酸、25g/l甲酚磺酸和7g/l添加劑的電鍍液。電鍍槽的溫度控制為20℃，電流密度控制為3A/dm2。
將這些基底中的每一個(gè)都在表1所示的條件下在氮?dú)鈿夥罩屑訜?，從而熔化Sn鍍層，使Cu底層和基底表面中的Cu和Sn鍍層中的Sn相互擴(kuò)散，從而在兩層的界面處形成Cu-Sn合金層。
在得到的陰端子的表面上，在幾個(gè)點(diǎn)處測(cè)定維氏硬度(10gf)，從而測(cè)定軟區(qū)的硬度和硬區(qū)的硬度。至于軟區(qū)和硬區(qū)，測(cè)定Sn鍍層的厚度和Cu底層的殘余厚度。在測(cè)量鍍層厚度時(shí)，熒光X射線測(cè)厚計(jì)、電解測(cè)厚計(jì)、橫截面SEM觀察法、橫截面EPMA觀察法和激光顯微鏡結(jié)合使用。結(jié)果示于表1。在實(shí)施例1-7和對(duì)比實(shí)施例2中，形成有軟區(qū)和硬區(qū)，而對(duì)比實(shí)施例1和3-8中沒(méi)有形成軟區(qū)和硬區(qū)。圖6和圖7是實(shí)施例1的電鍍材料表面的顯微照片。圖8和圖9是實(shí)施例2的電鍍材料表面的顯微照片。圖10和圖11是實(shí)施例3的電鍍材料表面的顯微照片。圖12和圖13是對(duì)比實(shí)施例1的電鍍材料表面的顯微照片。圖14是實(shí)施例1的橫截面SEM顯微照片?？梢宰C實(shí)存在有帶厚Sn層的軟區(qū)和帶薄Sn層的硬區(qū)。
作為陽(yáng)端子的基底，使用表2所示的銅合金I。在由銅合金制成的基底上，在與上述同樣的條件下通過(guò)電鍍形成厚度為0.54μm的Cu底層，然后在其上形成厚度為0.98μm的Sn鍍層。該基底在280℃下加熱65秒，從而熔化Sn鍍層，使Cu底層和基底表面中的Cu和Sn鍍層中的Sn相互擴(kuò)散，從而在兩層的界面處形成Cu-Sn合金層。因?yàn)檫@種陽(yáng)端子沒(méi)有經(jīng)過(guò)晶界氧化物形成處理或隔離處理，所以沒(méi)有形成軟區(qū)和硬區(qū)，只是在整個(gè)表面上形成一個(gè)均勻的擴(kuò)散層。
將形成實(shí)施例1-7的端子之前的平直薄板和形成對(duì)比實(shí)施例1-8的端子之前的平直薄板結(jié)合，用ASTM-D1894的方法進(jìn)行滑動(dòng)性實(shí)驗(yàn)。結(jié)果示于表3。將滑動(dòng)時(shí)的移動(dòng)速度控制為100mm/min，將移動(dòng)距離控制為30mm，測(cè)定靜摩擦系數(shù)(μS＝A/B)和動(dòng)摩擦系數(shù)(μK＝C/B)。其中，A表示開(kāi)始測(cè)量時(shí)出現(xiàn)的負(fù)荷的峰值，B表示移動(dòng)重塊的重量(在該例子中是1000g)，C表示均勻滑動(dòng)后的平均負(fù)荷值。
表3

使用上述薄板，將陽(yáng)端子和陰端子進(jìn)行壓力加工，測(cè)量實(shí)際的嵌入力和拔出力。陽(yáng)端子厚0.64mm，寬1.0mm，而陰端子厚0.25mm，寬5.0mm，長(zhǎng)30mm。其形狀示于圖1。在評(píng)價(jià)嵌入力和拔出力時(shí)，測(cè)定開(kāi)始(第一次)和第十次嵌入和拔出時(shí)的最大值。結(jié)果示于表3。從表3可以清楚地看出在實(shí)施例1-7的陰端子中，摩擦系數(shù)與嵌入力和拔出力的減小量幾乎能夠和對(duì)比實(shí)施例1、2和4-8相比。
在表4所示的條件下，生產(chǎn)實(shí)施例8-14和對(duì)比實(shí)施例9-16的陽(yáng)端子和陰端子(表4的底線中所描述)。作為實(shí)施例8-14和對(duì)比實(shí)施例9-16的基底，使用表2中所示的銅合金F-J。作為陰端子的基底，使用銅合金D。電鍍條件沒(méi)有規(guī)定，與表1中的一樣。在實(shí)施例8-14和對(duì)比實(shí)施例10中，形成軟區(qū)和硬區(qū)，在對(duì)比實(shí)施例9和11-16中，沒(méi)有形成軟區(qū)和硬區(qū)。對(duì)比實(shí)施例9和12-14是通過(guò)進(jìn)行較厚Cu底層電鍍最大程度地避免基底表面的影響的例子。對(duì)比實(shí)施例15和16是使用傳統(tǒng)重熔Sn鍍層的例子(沒(méi)有進(jìn)行晶界氧化物形成處理或隔離處理)。對(duì)比實(shí)施例10示出軟區(qū)和硬區(qū)的鍍層厚度差較小的例子。對(duì)比實(shí)施例11示出進(jìn)行硬Sn電鍍(合金層的比例增加)的例子。
表16

系統(tǒng)600可以提供消息streamConeLock。這一消息可以被用于加鎖文件的字節(jié)范圍，并且可以接受表17中所闡述的輸入。
表17

系統(tǒng)600可以提供消息StreamConeRead。這一消息可以被用于從流圓錐中讀取塊，并且可以接受表18中所闡述的輸入。
表18

<p>表4(續(xù))

用得到的實(shí)施例8-14和對(duì)比實(shí)施例9-16的陽(yáng)端子和上述陰端子結(jié)合，進(jìn)行滑動(dòng)性實(shí)驗(yàn)?；瑒?dòng)性實(shí)驗(yàn)的條件與實(shí)驗(yàn)1中的相同。結(jié)果示于表5。從表5可以清楚地看出在實(shí)施例8-14的陰端子中，摩擦系數(shù)與嵌入力和拔出力的減小量幾乎能夠和對(duì)比實(shí)施例9、10和12-16相比。
表5
至于實(shí)施例1-7和對(duì)比實(shí)施例1-8，進(jìn)行焊料潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)。結(jié)果示于表6。用MIL-STD-883E的方法進(jìn)行焊料潤(rùn)濕性實(shí)驗(yàn)，用月牙形圖法對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。即，測(cè)定零交叉時(shí)間和最大應(yīng)力值。術(shù)語(yǔ)“零交叉時(shí)間”表示樣品完全被焊料潤(rùn)濕所需要的時(shí)間(其浮力變?yōu)?所需要的時(shí)間)。最大應(yīng)力值表示拔起被焊料潤(rùn)濕后樣品時(shí)測(cè)量(10秒)的最大應(yīng)力值。實(shí)驗(yàn)條件如下。
焊料組成Sn∶Pb＝63∶37焊料槽溫度230℃±3℃助熔劑“SOLDERITEY-20”(商標(biāo))(含5-10％質(zhì)量的甲苯和30-40％質(zhì)量的甲醇，TAMURA Corporation生產(chǎn))表6

如表6所示，至于焊料潤(rùn)濕性，實(shí)施例1-7的陽(yáng)端子可以和對(duì)比實(shí)施例1、2和4-6的陽(yáng)端子相比。在對(duì)比實(shí)施例3中，因?yàn)榭量痰闹厝蹢l件促進(jìn)了Sn-Cu合金化，所以其表面被硬化，所以在嵌入力和拔出力實(shí)驗(yàn)中得到良好的結(jié)果，而其焊料潤(rùn)濕性差。
至于實(shí)施例1-7和對(duì)比實(shí)施例1-8、15和16，進(jìn)行耐熱可靠性實(shí)驗(yàn)。在表7中，接觸電阻值和是否存在剝落現(xiàn)象作為耐熱可靠性的評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)JISC5402的方法測(cè)定接觸電阻值。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)實(shí)施例1-7和對(duì)比實(shí)施例1-8、15和16的平直薄板在50gf的負(fù)荷下與金接觸器(“CRS-113”(商標(biāo))，YAMAZAKI SEIKI CO.，LTD生產(chǎn))接觸時(shí)，分別在開(kāi)始時(shí)、在120℃下加熱500小時(shí)后、在150℃下加熱500小時(shí)后和在190℃下加熱500小時(shí)后測(cè)定接觸電阻值。在加熱過(guò)程中樣品暴露在大氣中。
用下述方法評(píng)價(jià)耐熱剝落性。每一個(gè)樣品(10mm寬×30mm長(zhǎng))在180℃下彎曲后在暴露于大氣中的狀態(tài)下在190℃下加熱500小時(shí)或1000小時(shí)。將彎曲樣品恢復(fù)到原始形狀后，用放大鏡(倍數(shù)×10)觀察恢復(fù)的彎曲部分的表面，證實(shí)是否有剝落現(xiàn)象。
表7

如表7所示，在實(shí)施例1-7中，即使暴露于空氣中在190℃下加熱1000小時(shí)后也沒(méi)有發(fā)生剝落，并且接觸電阻值低于3.1mΩ，從而可以看出其可靠性高。在實(shí)施例5中，在190℃下的評(píng)價(jià)沒(méi)有進(jìn)行，因?yàn)榈玫降亩俗佑捎赯n濃度高而不適用于高溫使用。在對(duì)比實(shí)施例1-6中，因?yàn)榛走M(jìn)行了晶界氧化物形成處理或隔離處理，還進(jìn)行了一定厚度的Cu底層處理，所以暴露于空氣中在190℃下加熱500小時(shí)后發(fā)生剝落。在對(duì)比實(shí)施例7、8、15和16中，進(jìn)行了傳統(tǒng)重熔Sn鍍層，但是沒(méi)有對(duì)基底表面進(jìn)行晶界氧化物形成處理或隔離處理，因?yàn)槠湓诟邷叵碌目煽啃圆?，所以暴露于空氣中?90℃下加熱1000小時(shí)后發(fā)生剝落。
因?yàn)楸景l(fā)明的電鍍材料、用于接頭的端子部件和接頭具有硬區(qū)共存在以精細(xì)網(wǎng)狀分布的軟區(qū)中且軟區(qū)和硬區(qū)的硬度設(shè)定為上述范圍的表面質(zhì)量，所以軟區(qū)可以提高其滑動(dòng)性，而硬區(qū)可以防止金屬電鍍層表面過(guò)度磨損。因?yàn)橥ㄟ^(guò)使表面硬度不均勻可以局部提高對(duì)應(yīng)材料的接觸壓力，所以能夠確保導(dǎo)電性，并且能夠降低電阻。
權(quán)利要求
1.一種電鍍材料，其包括金屬基底，形成在基底表面上的金屬電鍍層，和在金屬電鍍層內(nèi)共存的網(wǎng)狀分布的軟區(qū)和被軟區(qū)的網(wǎng)格環(huán)繞的硬區(qū)，其中，軟區(qū)的維氏硬度是20-250，硬區(qū)的維氏硬度是60-700，硬區(qū)的維氏硬度比軟區(qū)的維氏硬度至少高30，軟區(qū)網(wǎng)格的平均尺寸是5-500μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍材料，其中，軟區(qū)表面的位置比硬區(qū)表面的位置高0.2-10μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍材料，其中，金屬電鍍層由Sn或Sn合金形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍材料，其中，基底由銅合金制成，銅合金基本上由質(zhì)量百分比為0.3-2％的Mg、0.001-0.02％的P、0.0001-0.0013％的C、0.0002-0.002％的O組成，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電鍍材料，其中，基底由銅合金制成，銅合金基本上由質(zhì)量百分比為0.5-3％的Ni、0.1-0.9％的Sn、0.08-0.8％的Si、0.1-3％的Zn、0.007-0.25％的Fe、0.001-0.2％的P、0.001-0.2％的Mg、0.0001-0.005％的C組成，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。
6.一種用于接頭的端子部件，至少一部分是由權(quán)利要求1的電鍍材料形成。
7.一種接頭，其包括至少一部分是由權(quán)利要求1的電鍍材料形成的端子部件。
8.一種生產(chǎn)電鍍材料的方法，包括下述步驟使在金屬基底表面上的電鍍材料的沉積條件不均勻；在基底表面上進(jìn)行金屬電鍍，形成金屬電鍍層；和通過(guò)將溫度加熱到高于金屬電鍍層熔點(diǎn)對(duì)其上形成有金屬電鍍層的基底進(jìn)行重熔處理；其中，所述重熔處理使網(wǎng)狀分布的軟區(qū)和被軟區(qū)的網(wǎng)格環(huán)繞的硬區(qū)共存于金屬電鍍層，同時(shí)進(jìn)行控制，使軟區(qū)的維氏硬度是20-250，硬區(qū)的維氏硬度是60-700，硬區(qū)的維氏硬度比軟區(qū)的維氏硬度至少高30，軟區(qū)網(wǎng)格的平均尺寸是5-500μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的生產(chǎn)電鍍材料的方法，其中，在使電鍍材料的沉積條件不均勻的步驟中在基底的晶界處隔離合金元素。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的生產(chǎn)電鍍材料的方法，其中，在使電鍍材料的沉積條件不均勻的步驟中在基底的晶界處形成氧化物。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的生產(chǎn)電鍍材料的方法，其中，在使電鍍材料的沉積條件不均勻的步驟中通過(guò)蝕刻基底表面使基底表面不平整。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的生產(chǎn)電鍍材料的方法，其中，在使電鍍材料的沉積條件不均勻的步驟中通過(guò)用輥對(duì)基底表面進(jìn)行輥壓加工使基底表面不平整。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用在接頭中時(shí)能夠減小嵌入力和拔出力的電鍍材料和使用該電鍍材料的用于接頭的端子部件和接頭。該電鍍材料包括由Cu或Cu合金制成的基底3和形成在基底3表面上的金屬電鍍層6。在金屬電鍍層6內(nèi)，網(wǎng)狀分布的軟區(qū)6A和被軟區(qū)6A的網(wǎng)格環(huán)繞的硬區(qū)6B共存。軟區(qū)6A的維氏硬度是20－250，而硬區(qū)6B的維氏硬度是60－700，硬區(qū)6B的維氏硬度比軟區(qū)6A的維氏硬度至少高30。軟區(qū)6A網(wǎng)格的平均尺寸是5－500μm。
文檔編號(hào)C25D7/00GK1551247SQ0314745
公開(kāi)日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2003年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月14日
發(fā)明者森哲人, 四, 鈴木竹四, 榊原直男, 男, 三, 梅津秀三, 彥, 石田雅彥 申請(qǐng)人:三菱伸銅株式會(huì)社