CN103311706A - 嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板以及嵌合型连接端子 - Google Patents
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Abstract
本发明的嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板具备由Cu-Ni-Si系铜合金构成的母材。在母材上形成平均厚度为0.1~0.8μm的Ni被覆层。在Ni被覆层上形成平均厚度为0.4~1.0μm的Cu-Sn合金被覆层。在上述Cu-Sn合金被覆层上形成平均厚度为0.1~0.8μm的Sn被覆层。材料表面被回流处理,轧制平行方向以及轧制垂直方向的算术平均粗糙度Ra均为0.03μm以上但低于0.15μm。Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率为10~50%。能够得到低成本、摩擦系数低、低***力的嵌合型连接端子。
Description
技术领域
本发明涉及用于嵌合型连接端子的带Sn被覆层的铜合金板以及由所述带Sn被覆层的铜合金板制造的嵌合型连接端子。
背景技术
在用于机动车等的电线的连接的连接器中,使用由凸端子和凹端子组合成的嵌合型连接端子。近年来,由于部件的轻量化和小型化,这种连接端子有小型多极化的倾向。
连接端子的嵌合通过手工作业进行,由带Sn被覆层的铜合金板构成的连接端子在极数多时,嵌合时的***力变高。为此,从减轻作业者的负担的观点出发,强烈要求降低连接端子的***力。同时,也要求确保高温长时间经过后的电特性(低接触电阻)。
针对该要求,提出了各种方案。
在特开2004-68026号公报中提出了在铜合金板表面顺序形成有由Ni被覆层、Cu-Sn合金被覆层以及Sn被覆层构成的表面被覆层的带Sn被覆层的铜合金板。
在特开2006-183068号公报中提出了在表面粗糙度大的铜合金板表面顺序形成有由Cu-Sn合金被覆层以及Sn被覆层,或Ni被覆层、Cu-Sn合金被覆层以及Sn被覆层构成的表面被覆层,在最表面以规定的面积率使Cu-Sn合金被覆层露出的带Sn被覆层的铜合金板。
在特开2004-339555号公报中提出了在铜合金板表面形成Ni或Cu基层镀层和镀Sn层,通过回流处理,在所述表面被覆层硬的区域和软的区域混在的带Sn被覆层的铜合金板。
在特开2009-135097号公报中提出了在铜合金板表面形成由Ni被覆层、Cu被覆层、Cu-Sn合金被覆层以及Sn被覆层构成的表面被覆层,在其表面使Cu-Sn合金被覆层和Sn被覆层混在,并且使与Cu-Sn合金被覆层相邻的Cu-Sn合金粒子一体化的带Sn被覆层的铜合金板。
【专利文献1】特开2004-68026号公报
【专利文献2】特开2006-183068号公报
【专利文献3】特开2004-339555号公报
【专利文献4】特开2009-135097号公报
特开2004-68026号公报的带Sn被覆层的铜合金板,虽然高温长时间经过后的电特性优异,但摩擦系数的降低(***力的降低)不充分。
另一方面,特开2006-183068号公报的带Sn被覆层的铜合金板,由于在最表面Cu-Sn合金被覆层以规定面积率露出,所以摩擦系数(***力)会进一步降低。但是,需要在镀敷前在铜合金板母材的表面形成凹凸的工序,成本上升。
另外,特开2004-339555号公报的带Sn被覆层的铜合金板,需要在镀敷前在铜合金母材的晶界使合金元素偏析或形成氧化物的热处理工序,特开2009-135097号公报的带Sn被覆层的铜合金板,需要特殊的回流以及冷却条件,在制造上均存在成本上升。
发明内容
本发明鉴于涉及嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板的上述现有问题点,其目的在于,得到比特开2006-183068号公报的带Sn被覆层的铜合金板成本低,且摩擦系数低,***力低的带Sn被覆层的铜合金板。
本发明者根据常规方法制作通常被称为镍铜硅(コルソン)合金的Cu-Ni-Si系铜合金的薄板,将其作为母材,效仿特开2004-68026号公报中记载的发明,在母材表面顺序成形Ni镀层、Cu镀层以及Sn镀层后,进行回流处理,得到具有由Ni被覆层、Cu-Sn合金被覆层以及Sn被覆层构成的表面被覆层的带Sn被覆层的铜合金板。还有,在本发明中,将回流处理前的各层称为“镀层”,将回流处理后的各层称为“被覆层”。
作为母材的Cu-Ni-Si系铜合金板的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)并非如特开2006-183068号公报的铜合金母材那样有意地增大,而是通常水平,不进行专利文献3的发明那样的镀敷前的特殊的热处理,回流处理以及其后的冷却条件并非是如特开2009-135097号公报的发明那样的特殊条件,而是采用一般的条件。
但是,本发明者在仔细观察所得到的带Sn被覆层的铜合金板的表面时发现,从最表面的Sn被覆层之间,Cu-Sn合金被覆层沿着轧制方向线状地露出。本发明者确认到,在以一般的Cu-Ni-Si系铜合金板为母材,在其表面顺序形成Ni、Cu、Sn各镀层后,进行回流处理时,该露出形态稳定地出现。
另外,本发明者在测定该带Sn被覆层的铜合金板的摩擦系数时,特别是在轧制垂直方向中,摩擦系数与材料表面全体被Sn被覆层覆盖的现有的带Sn被覆层的铜合金板相比明显地小,是处于特开2004-68026号公报的发明和特开2006-183068号公报的发明的中间程度的值。
本发明基于本发明者的上述认识而形成。
本发明的嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板具备Cu-Ni-Si系铜合金构成的母材、和形成在所述母材上的平均厚度为0.1~0.8μm的Ni被覆层,和形成在所述Ni被覆层上的平均厚度为0.4~1.0μm的Cu-Sn合金被覆层,和形成在所述Cu-Sn合金被覆层上的平均厚度为0.1~0.8μm的Sn被覆层,材料表面经回流处理,轧制平行方向以及轧制垂直方向的算术平均粗糙度Ra均在0.03μm以上但低于0.15μm,并且所述Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率为10~50%。
上述嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板具有如下的优选实施方式。
(1)所述Cu-Sn合金被覆层在材料表面沿着轧制平行方向线状地露出。
(2)在上述(1)的方式中,母材的表面沿着轧制平行方向被抛光研磨。
(3)母材的表面的轧制平行方向的算术平均粗糙度Ra为0.05μm以上但低于0.20μm,轧制垂直方向的算术平均粗糙度Ra为0.07μm以上但低于0.20μm。
本发明的带Sn被覆层的铜合金板,由于在表面被覆层的最表面,Cu-Sn合金被覆层以规定面积率露出,所以与表面被覆层的全面被Sn被覆层被覆的情况相比,摩擦系数低。为此,将该带Sn被覆层的铜合金板用于嵌合型连接端子的凸端子或凹端子的一方或双方时,能够降低嵌合时的***力。
另外,本发明的带Sn被覆层的铜合金板,在高温长时间经过后电特性(低接触电阻)之外,耐腐蚀性以及弯曲加工性也优异。
本发明的带Sn被覆层的铜合金板作为母材使用一般的Cu-Ni-Si系铜合金板,顺序实施Ni镀敷、Cu镀敷以及Sn镀敷,接着进行回流处理,由此制造。Cu-Ni-Si系铜合金板使用通常的表面粗糙度的板即可,无需在镀敷前实施特殊的热处理等,回流处理以及冷却的条件也为通常即可。因此,本发明的带Sn被覆层的铜合金板与特开2006-183068号公报的带Sn被覆层的铜合金板相比能够低制造成本地进行制造。
附图说明
图1是实施例No.3的供试材的表面的SEM组成像。
图2是其二值化处理后的组成像。
图3是摩擦系数测定装置的概念图。
符号说明
1 凸试验片
3 凹试验片
4 锤
5 测力传感器
具体实施方式
以下,更具体地说明本发明的带Sn被覆层的铜合金板。
[Cu-Ni-Si系铜合金板]
(铜合金组成)
作为本发明的带Sn被覆层的铜合金板的母材,使用通常被称为镍铜硅合金的Cu-Ni-Si系铜合金板。优选组成为,含有Ni:1~4质量%、Si:0.2~0.9质量%,余量由Cu以及不可避免的杂质构成,根据需要,还含有Sn:3质量%以下、Mg:0.5质量%以下、Zn:2.0质量%以下、Mn:0.5质量%以下、Cr:0.3质量%以下、Zr:0.1质量%以下、P:0.1质量%以下、Fe:0.3质量%以下、Co:1.5质量%以下中的1种或2种以上。该组成自体是公知的,ASTM标准的C64725(Cu-2%Ni-0.5%Si-1%Zn-0.5%Sn)、C64760(Cu-1.8%Ni-0.4%Si-1.1%Zn-0.1%Sn)、C64785(Cu-3.2%Ni-0.7%Si-0.5%Sn-1%Zn)、C70250(Cu-3.0%Ni-0.65%Si-0.15%Mg)、C70350(Cu-1.5%Ni-1.1%Co-0.6%Si)等多作为嵌合型连接端子被实用化。
以下对上述组成进行简单说明。
Ni、Si是生成Ni2Si析出物提高强度的元素。Ni含量为1~4质量%,Si含量为从0.2~0.9质量%的范围,以使Ni/Si质量比为3.5~5.5,如此添加与Ni含量相对应的量。Ni含量为低于1质量%或Si含量低于0.2质量%时,强度不足。Ni含量超过4质量%或Si含量超过0.9质量%时,在铸造时Ni或Si晶出或析出,热加工性低下。Ni/Si质量比低于3.5或超过5.5时,过剩的Ni或Si固溶,由此导电性低下。优选Ni含量为1.7~3.9质量%。Ni/Si质量比优选为4.0~5.0。
Sn在组织中固溶由此提高强度特性以及耐应力缓和特性,但超过3质量%时导电率以及弯曲加工性低下。因此,含有Sn时为3质量%以下,优选为2.0质量%以下。
Mg在组织中固溶由此提高强度特性,但超过0.5质量%时弯曲加工性以及导电率低下。因此,含有Mg时为0.5质量%以下,优选为0.30质量%以下。
Cr提高热加工性,但超过0.3质量%时生成结晶物弯曲加工性低下。因此,含有Cr时为0.3质量%以下,优选为0.1质量%以下。
Mn提高热加工性,但超过0.5质量%时导电率低下。因此,含有Mn时为0.5质量%以下,优选为0.3质量%以下。
Zn提高Sn镀敷的耐剥离性,但超过2.0质量%时弯曲加工性以及导电率低下。因此,含有Zn时为2.0质量%以下,优选为1.5质量%以下。
Zr、Fe具有细化晶粒的作用,但分别超过0.1质量%、0.3质量%时有损弯曲加工性。因此,含有Zr、Fe时,分别为0.1质量%以下、0.3质量%以下,分别优选为0.05质量%以下、0.1质量%以下。
P主要是有助于提高铸锭的健全性(脱氧·熔液流动等)的元素。因此,在提高铸锭健全性时含有,但添加0.1%以上时Ni-P金属间化合物容易析出,凝集粗大化,热加工时出现裂纹加工性低下。因此,含有P时为0.1重量%以下,优选为0.03质量%以下。
Co生成Ni-Co-Si系析出物,是进一步提高铜合金强度的元素。但是,Co含量超过1.5质量%时,铸锭中的所述化合物的析出量变多,铸锭裂纹、热轧时的加热裂纹、热轧裂纹容易发生。因此,Co含量为1.5质量%以下。含有Co时,优选Co含量为0.05质量%以上。另外,Ni和Co的合计含量为1~4质量%,(Ni+Co)/Si质量比为3.5~5.5,优选以成为4.0~5.0的方式决定组成。
(铜合金板的制造方法)
本发明的Cu-Ni-Si系铜合金板可以根据通常方法,溶解·铸造→均热处理→热轧→热轧后的急冷→冷轧→伴随固溶的再结晶处理→冷轧→时效处理的工序进行制造。在冷轧中,无需如特开2006-183068号公报的发明那样使用粗面化的工件辊,使用通常的表面粗糙度的辊即可。为了高强度化,根据需要,可以选择伴随固溶的再结晶处理→时效处理→冷轧的工序。另外,为了得到良好的弹簧性,可以在最后实施低温退火。
Cu-Ni-Si系铜合金含有比较多的Si,在表面形成含有Si氧化物的强固氧化膜,因此,在再结晶处理、时效处理以及低温退火后,进行用于除去表面氧化膜的研磨工序。在该研磨工序中,通常优选使用旋转抛光。旋转抛光中,其旋转轴配置为与轧制方向成垂直,与在长方向连续移动的Cu-Ni-Si系铜合金板的表面接触。
由以上方法得到的Cu-Ni-Si系铜合金板与一般的Cu-Ni-Si系铜合金板没有任何变化。表面粗糙度也同样,轧制平行方向的算术平均粗糙度Ra为0.05μm以上但低于0.20μm,更一般的为0.07μm以上0.15μm以下,轧制垂直方向的算术平均粗糙度Ra为0.07μm以上但低于0.20μm,更一般的为0.10μm以上0.17μm以下。
[Ni、Cu、Sn镀层]
在通过所述工序制作的Cu-Ni-Si系铜合金板的表面顺序实施Ni镀敷、Cu镀敷、Sn镀敷,接着进行回流处理。
Ni镀层在回流处理后的平均厚度实质上没有变化,因此,在平均厚度0.1~0.8μm的范围内形成即可。Cu镀层和Sn镀层,在回流处理后Cu镀层消失,形成平均厚度0.4~1.0μm的Cu-Sn合金被覆层,并且平均厚度0.1~0.8μm的Sn被覆层残留,以如此方式各自适当的平均厚度形成即可。Ni镀敷、Cu镀敷以及Sn镀敷的镀浴以及镀敷条件如特开2004-68026号公报所记载即可。回流处理的条件为,Sn的熔融温度~600℃×3~30秒间,优选为400~600×3~7秒。接着回流处理的冷却为水冷。回流处理条件以及回流处理后的冷却条件为通常条件。
[回流处理后的表面被覆层]
(Ni被覆层)
表面被覆层中,Ni层具有抑制在高温环境下母材的Cu向Sn被覆层中扩散的效果。但是,Ni被覆层的平均厚度低于0.1μm时,扩散抑制效果少,在Sn被覆层表面形成Cu氧化物,引起接触电阻的增大。另一方面,Ni被覆层的平均厚度超过0.8μm时,在弯曲加工中发生裂纹等,连接端子的成形加工性低下。因此,Ni被覆层的平均厚度为0.1~0.8μm,优选为0.1~0.6μm。
(Cu-Sn合金被覆层)
表面被覆层中,Cu-Sn合金被覆层为硬质,通过在表面露出以及在Sn被覆层下存在,从而增大表面的硬度,发挥降低端子***时的***力的效果。另外,Cu-Sn合金被覆层具有抑制Ni被覆层的Ni向Sn被覆层扩散的效果。但是,Cu-Sn合金被覆层的平均厚度低于0.4μm时,不能抑制高温环境下Ni的扩散,Ni向Sn被覆层表面的扩散进行。由此,因此Ni被覆层的破坏,母材的Cu通过被破坏的Ni被覆层向Sn被覆层表面扩散,导致接触电阻增加,引起母材和表面被覆层的界面的脆弱化产生的表面被覆层的剥离等。另一方面,Cu-Sn合金被覆层的平均厚度超过1.0μm时,在弯曲加工中发生裂纹等,连接端子的成形加工性低下。因此,Cu-Sn合金被覆层的平均厚度为0.4~1.0μm,优选为0.4~0.8μm。
(Sn被覆层)
Sn被覆层变厚时,***力增大,因此,优选Sn被覆层的平均厚度为0.8μm以下。另一方面,Sn被覆层的平均厚度低于0.1μm时,由于高温氧化等的热扩散导致的材料表面的Cu氧化物量变多,接触电阻容易增大,耐腐蚀性也差。因此,Sn被覆层的平均厚度为0.1~0.8μm。
(Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率)
效仿特开2004-68026号公报的发明,将铜合金板作为母材,在其表面顺序进行Ni、Cu以及Sn镀敷后,进行回流处理,在母材表面形成由Ni被覆层、Cu-Sn合金被覆层以及Sn被覆层构成的表面被覆层。通常认为,母材的表面粗糙度为通常值(并非如特开2006-183068号公报的发明那样有意地增大表面粗糙度)时,Sn被覆层覆盖表面被覆层的表面全体,Cu-Sn合金被覆层未在材料表面露出。
但是,作为母材使用Cu-Ni-Si系铜合金板时,即使母材的表面粗糙度为通常值,也有Cu-Sn合金被覆层在材料表面露出的情况,而且露出时沿着轧制方向线状地露出。出现这种现象的理由还不明确,但本发明者推测,由于Cu-Sn合金被覆层在轧制平行方向线状地露出,以在板表面形成的微细的凹凸(轧制痕或抛光研磨的研磨痕)或在抛光研磨未研磨掉的不均匀地残留的Si氧化物为中心的氧化膜,导致回流处理时的Cu-Sn合金的生成量和成长速度增大,或Ni镀层的阻挡效果局部低下,作为其结果,Cu-Sn合金被覆层的生成被局部促进,从而在材料表面线状地露出。
Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率,是将以材料表面的单位表面积计露出的Cu-Sn合金被覆层的表面积由百分比表示,在本发明中为10~50%。材料表面剩下的50~90%被Sn被覆层覆盖。Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率低于10%时,摩擦系数的降低不充分,不能充分得到端子的***力降低的效果。另一方面,Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率超过50%时,经时和腐蚀等导致的材料表面的Cu氧化物量变多,容易增加接触电阻,难以维持高温长时间经过后的电特性(低接触电阻)。
Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率,在Sn被覆层的平均厚度越薄时越大,越厚时越小。出于将该材料表面露出率限定在10~50%的范围内的观点,优选Sn被覆层的平均厚度为0.1~0.8μm。
(Sn被覆层的轧制垂直方向的最大宽度)
考虑到近年小型化的接合端子的接点部分的尺寸,在材料表面所观察的Sn被覆层的轧制垂直方向的宽度为200μm以上时,难以得到***力降低的效果。因此,在本发明的带Sn被覆层的铜合金板中,Sn被覆层的轧制垂直方向的最大宽度优选为200μm以下。Sn被覆层的轧制垂直方向的最大宽度,在Sn被覆层的平均厚度越薄时越大,越厚时越小。出于将该最大宽度幅限定在200μm以下的观点,优选Sn被覆层的平均厚度为0.1~0.8μm。
(材料表面的算术平均粗糙度Ra)
将上述Cu-Ni-Si系铜合金板作为母材,在其上实施Ni镀敷、Cu镀敷以及Sn镀敷后进行回流处理,在母材表面形成上述Ni被覆层、Cu-Sn合金被覆层以及Sn被覆层,制造本发明的带Sn被覆层的铜合金板,此时,材料表面的表面粗糙度,在轧制平行方向以及轧制垂直方向,算术平均粗糙度Ra均大致在0.03μm以上低于0.15μm的范围内。该表面粗糙度,在Cu-Ni-Si系铜合金板以外的铜合金板中,与适用特开2004-68026号公报中记载的发明的情况得到的带Sn被覆层的铜合金板的表面粗糙度大致相同。
[嵌合型连接端子]
本发明的带Sn被覆层的铜合金板,由于Cu-Sn合金被覆层在轧制平行方向线状露出的关系,在轧制垂直方向测定的摩擦系数比在轧制平行方向测定的摩擦系数低。因此,优选嵌合型连接端子,以其***方向成为带Sn被覆层的铜合金板的轧制垂直方向的方式,进行冲压穿孔以及成形。
【实施例1】
对含有Ni:1.8质量%、Si:0.4质量%、Zn:1.0质量%、Sn:0.2质量%、Mn:0.05质量%、Mg:0.04质量%,余量由Cu以及不可避免的杂质构成的Cu-Ni-Si系铜合金,实施溶解·铸造、均热处理、热轧、热轧后的急冷、冷轧、伴随固溶的再结晶处理、冷轧以及时效处理工序,制作板厚0.25mm的Cu-Ni-Si系铜合金板。在伴随固溶的再结晶处理以及时效处理后,通过旋转抛光实施研磨。旋转抛光中,将旋转轴配置在与轧制方向成垂直的方向上,与在长方向连续移动的铜合金板的表面接触。
以如下要领测定所制作的Cu-Ni-Si系铜合金板(母材)的表面粗糙度。还有,通过变更旋转抛光的材质、磨粒的编号、旋转抛光的旋转数来调整No.1~13的铜合金板(母材)的表面粗糙度(Ra)。
[铜合金板的表面粗糙度的测定]
铜合金板的表面粗糙度,使用接触式表面粗糙度计(株式会社束京精密;サ一フコム1400),基于JIS B0601-1994进行测定。表面粗糙度测定条件为,切痕值为0.8mm,基准长度为0.8mm,评价长度为4.0mm,测定速度为0.3mm/s,触针前端半径为5μmR。表面粗糙度的测定方向为轧制平行方向(//)以及轧制垂直方向C⊥)。
接着,在铜合金板的表面以如下条件顺序进行Ni镀敷、Cu镀敷、Sn镀敷,接着实施回流处理,得到表1所示的No.1~13的供试材(带Sn被覆层的铜合金板)。还有,No.13省略了Ni镀敷。Ni镀敷以如下条件进行,使用含有NiSO4/6H2O为240g/l的浓度,NiCl2/6H2O为30g/l的浓度,以及H3BO4为30g/l的浓度的镀浴,浴温度为45℃,电流密度为5Adm2。
Cu镀敷以如下条件进行,使用含有CuSO4为250g/l的浓度,H2SO4为80g/l的浓度,光泽材为10g/l的浓度的镀浴,浴温度为30℃,电流密度为5Adm2。
Sn镀敷以如下条件进行,使用含有SnSO4为50g/l的浓度,H2SO4为80g/l的浓度,甲酚磺酸为30g/l的浓度,光泽材为10g/l的浓度的镀浴,浴温度为15℃,电流密度为3Adm2。
回流处理在450℃×12秒的条件进行,接着直接水冷。
以如下要领测定各供试材的表面粗糙度、Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率、各被覆层的平均厚度。另外,以如下要领对各供试材进行动摩擦系数的测定、高温放置后的接触电阻的测定、耐腐蚀性试验以及弯曲加工性试验。其结果在表1中显示。
[带Sn被覆层的铜合金板的表面粗糙度的测定]
带Sn被覆层的铜合金板的表面粗糙度是通过所述[铜合金板的表面粗糙度的测定]中记载的方法,测定轧制平行方向(//)以及轧制垂直方向C⊥)的算术平均粗糙度Ra。
[Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率的测定]
用SEM(扫描电子显微镜)观察各供试材的表面,对任意3视野所得到的表面组成像(×200)进行二值化处理后,通过图像解析测定所述3视野中的Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率的平均值。同时,从二值化处理后的组成像,测定Sn被覆层的轧制垂直方向的最大宽度。图1显示No.3的供试材的表面组成像,图2显示二值化处理后的No.3的组成像。在图1、2中上下方向为轧制平行方向,Cu-Sn合金被覆层(黑色部分)沿着轧制平行方向线状地露出。No.1、2、4~12的供试材中,Cu-Sn合金被覆层沿着轧制平行方向线状地露出,仅No.13的供试材,Cu-Sn合金被覆层没有露出。
[Sn被覆层的平均厚度的测定]
首先,使用荧光X射线膜厚计(セィコ一ィンスッルメンッ株式会社;SFT3200),测定Sn被覆层的膜厚和Cu-Sn合金被覆层中含有的Sn成分的膜厚之和。其后,在以p-硝基苯酚以及苛性碱为成分的水溶液中浸渍10分钟,除去Sn被覆层。再度使用荧光X射线膜厚计,测定Cu-Sn合金被覆层中含有的Sn成分的膜厚。测定条件为,校准线使用Sn/母材的单层校准线,校准仪直径为0.5mmφ。从所得到的Sn被覆层的膜厚和Cu-Sn合金被覆层中含有的Sn成分的膜厚之和,减去Cu-Sn合金被覆层中含有的Sn成分的膜厚,由此算出Sn被覆层的平均厚度。
[Cu-Sn合金被覆层的平均厚度的测定]
Cu-Sn合金被覆层的平均厚度是将供试材浸渍在上述剥离液中剥离Sn被覆层后,使用荧光X射线膜厚计进行测定。
[Ni被覆层的平均厚度的测定]
使用荧光X射线膜厚计(セィコ一ィンスッルメンッ株式会社;SFT3200)算出平均厚度。测定条件为,校准线使用Sn/Ni/母材的2层校准线,校准仪直径为0.5mmφ。
[动摩擦系数的测定]
模拟嵌合型连接部件的电连接点的接触部的形状,使用图3所示的装置进行评价。首先,从各供试材切出的板材的凸试验片1固定在水平的台2上,在其上放置No.13的供试材的半球加工材(内径为1.5mmφ)的凹试验片3使被覆层彼此接触。接着,对凹试验片3施加3.0N的荷重(锤4)按压凸试验片1,使用横型荷重测定器(ァィコ一ェンジニァリング株式会社;Model-2152),将凸试验片1在水平方向上拉伸(滑动速度为80mm/min),测定滑动距离5mm为止的最大摩擦力F(单位:N)。如下式(1)求出摩擦系数。还有,5是测力传感器,箭头是滑动方向。
摩擦系数=F/3.0…(1)
凸试验片1是以轧制平行方向成为与移动方向平行(//)或垂直(⊥)的方式配置,分别测定摩擦系数。
[高温放置后的接触电阻的测定]
对供试材在大气中进行160℃×120hr的热处理后,通过四端子法,以解放电压20mV、电流10mA、无滑动的条件测定接触电阻。
[弯曲加工性的评价]
以轧制方向为长方向的方式切出试验片,使用JISH3110中规定的W弯曲试验夹具,以弯曲线相对于轧制方向成为垂直方向的方式以9.8×103N的荷重实施弯曲加工。其后,进行断面观察。弯曲加工性评价中,将试验后的弯曲加工部发生的裂纹没有向铜合金母材传播的水平评价为○,向铜合金母材传播在铜合金母材中发生裂纹的水平评价为×。
[耐腐蚀性的评价]
对各供试材,基于JISZ2371,使用5%NaCl水溶液进行35℃×6hr的盐水喷雾试验。耐腐蚀性的评价中,通过盐水喷雾后的外观观察,将未确认到腐蚀的水平评价为○,确认到腐食的水平评价为×。
【表1】
供试材No.1~12中,无论作为母材的Cu-Ni-Si系铜合金板的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)是否为通常水平,或是略高(No.11的轧制平行方向的值),在进行Ni、Cu以及Sn镀敷后,仅以通常条件进行回流处理,Cu-Sn合金被覆层就以规定面积率在材料表面露出。
而且,回流处理后的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)、Ni被覆层、Cu-Sn合金被覆层以及Sn被覆层的平均厚度、Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率在本发明的规定范围内的No.1~6,与材料表面基本被Sn被覆层被覆的No.12和材料表面全部被Sn被覆层被覆的No.13相比,动摩擦系数(特别是轧制垂直方向)相当低,同时,高温放置后的接触电阻、耐腐蚀性以及弯曲加工性也优异。
另一方面,Ni被覆层的平均厚度薄的No.7和Cu-Sn合金被覆层的平均厚度薄的No.9,高温放置后的接触电阻值均高。Ni被覆层的平均厚度厚的No.8和Cu-Sn合金被覆层的平均厚度厚的No.10,弯曲加工性均差。Sn被覆层的平均厚度薄的No.11,同时Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率过大,虽然动摩擦系数(特别是轧制垂直方向)小,但高温放置后的接触电阻高,耐腐蚀性也差。Sn被覆层的平均厚度比较厚的No.12,Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率过小,动摩擦系数(特别是轧制垂直方向)大,Sn层的轧制垂直方向的最大宽度也大。Cu-Sn合金被覆层未在材料表面露出的No.13,动摩擦系数(特别是轧制垂直方向)大,另外,由于没有Ni被覆层,所以高温放置后的接触电阻变高。
【实施例2】
从表2的No.14~21中显示的各种组成的Cu-Ni-Si系铜合金,以与实施例1相同的工序(包括旋转抛光的研磨)制作板厚0.25mm的Cu-Ni-Si系铜合金板。通过与实施例1相同的方法测定制作成的Cu-Ni-Si系铜合金板(母材)的表面粗糙度后,以与实施例1相同的条件顺序进行Ni镀敷、Cu镀敷、Sn镀敷,接着实施回流处理,得到No.14~21的供试材(带Sn被覆层的铜合金板)。
以与实施例1相同的要领测定各供试材的表面粗糙度、Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率、各被覆层的平均厚度。另外,以与实施例1相同的要领对各供试材进行动摩擦系数的测定、高温放置后的接触电阻的测定、耐腐蚀性试验以及弯曲加工性试验。其结果在表3中显示。
【表2】
【表3】
如表3所示,No.14~21的供试材(带Sn被覆层的铜合金板)中,无论母材的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)是否为通常水平,在进行Ni、Cu以及Sn镀敷后,仅以通常条件进行回流处理,Cu-Sn合金被覆层就以规定面积率在材料表面露出。另外,No.14~21的供试材中,得到与No.1~6同等低的动摩擦系数,同时,高温放置后的接触电阻、耐腐蚀性以及弯曲加工性也优异。
Claims (8)
1.一种嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板,其具备:
由Cu-Ni-Si系铜合金构成的母材;
形成在所述母材上的平均厚度为0.1~0.8μm的Ni被覆层;
形成在所述Ni被覆层上的平均厚度为0.4~1.0μm的Cu-Sn合金被覆层;
形成在所述Cu-Sn合金被覆层上的平均厚度为0.1~0.8μm的Sn被覆层,
并且,材料表面被回流处理,轧制平行方向以及轧制垂直方向的算术平均粗糙度Ra均在0.03μm以上但低于0.15μm,
并且,所述Cu-Sn合金被覆层的材料表面露出率为10~50%。
2.根据权利要求1所述的嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板,其中,所述Cu-Sn合金被覆层在材料表面沿轧制平行方向线状地露出。
3.根据权利要求2所述的嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板,其中,所述母材的表面沿轧制平行方向被抛光研磨。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板,其中,所述母材的表面的轧制平行方向的算术平均粗糙度Ra为0.05μm以上但低于0.20μm,轧制垂直方向的算术平均粗糙度Ra为0.07μm以上但低于0.20μm。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板,其中,所述Cu-Ni-Si系铜合金含有Ni:1~4质量%、Si:0.2~0.9质量%,Ni/Si质量比为3.5~5.5,余量由Cu以及不可避免的杂质构成。
6.根据权利要求5所述的嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板,其中,所述Cu-Ni-Si系铜合金还含有Sn:3质量%以下、Mg:0.5质量%以下、Zn:2质量%以下、Mn:0.5质量%以下、Cr:0.3质量%以下、Zr:0.1质量%以下、P:0.1质量%以下、Fe:0.3质量%以下、Co:1.5质量%以下中的1种或2种以上的元素。
7.根据权利要求6所述的嵌合型连接端子用带Sn被覆层的铜合金板,其中,所述Cu-Ni-Si系铜合金含有Co,Ni和Co的合计含量为1~4质量%,(Ni+Co)/Si质量比为3.5~5.5。
8.一种嵌合型连接端子,其特征在于,由权利要求1中所述的带Sn被覆层的铜合金板构成,***方向设定为所述轧制垂直方向。
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