CN114411107A - 一种提高连接器插针表面耐磨损性能的方法 - Google Patents

一种提高连接器插针表面耐磨损性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，所述方法包括如下步骤：步骤（1）基底清洗；步骤（2）将基底放入真空室内外套不锈钢管，连接直流电源进行直流辉光清洗；步骤（3）将基底放入多靶共溅射***真空腔内，三个溅射靶上分别安装铜、镍、金靶材；步骤（4）当真空腔内的本底真空度<1.0×10‑4Pa时，依次进行铜靶材、镍靶材、金靶材的溅射沉积，在基底表面形成Cu‑Ni‑Au复合镀层；步骤（5）将真空腔真空度恢复至大气压，取出试样，得到具备Cu/Ni/Au复合镀层的连接器插针。本发明制备的Cu/Ni/Au复合镀层具有优良的电接触性能和耐磨损性能，耐磨损性能优于目前使用的电镀工艺。

Description

一种提高连接器插针表面耐磨损性能的方法
技术领域
本发明属于机电元件领域，涉及一种提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，具体涉及一种基于磁控溅射法在连接器插针表面制备Au-Ni-Cu复合镀层的方法。
背景技术
金作为化学性质稳定且电阻率低的贵金属，被广泛地电镀在机电组件的接触***表面。尽管电镀金工艺发展至今已有近二百年的历史，但对于连接器插针来说，目前仍然存在许多难以解决的工艺问题，如孔隙率高、厚度一致性差、硬度低、基底结合力差等。上述工艺缺陷是导致镀层不耐磨、寿命短、易失效的重要因素，严重影响了连接器使用过程中的电接触可靠性。此外，电镀工艺本身还面临着重金属污染和环境治理的问题。
目前对于提高连接器电镀层耐磨损性能和使用寿命的相关研究工作主要集中在插拔力与形状的配合、电镀层的厚度与种类、导电润滑剂的使用等方面，但对于磁控溅射工艺在连接器插针表面镀层的应用还鲜有报道。
发明内容
为了解决现有电镀技术在连接器插针表面生成的金镀层结合力较差、硬度低、孔隙率高等问题所带来的电接触可靠性较低的问题，本发明提供了一种提高连接器插针表面耐磨损性能的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，包括如下步骤：
步骤（1）基底清洗
a、将基底放入丙酮中超声清洗5~15分钟，用去离子水冲洗后烘干，其中，所述基底为纯铜插针或铍青铜（QeB2）插针；
b、将烘干后的基底放入无水乙醇中超声清洗5~15分钟，用去离子水清洗后烘干；
步骤（2）将步骤（1）烘干后的基底放入真空室内外套不锈钢管，连接直流电源进行直流辉光清洗，其中，所述直流辉光清洗的工作条件为：以基底为负极，不锈钢管为正极，氩气气压为40~60Pa，极间放电电流为5~15mA，清洗时间为5~10分钟；
步骤（3）步骤（2）结束后，将基底放入多靶共溅射***真空腔内，三个溅射靶上分别安装铜、镍、金靶材，其中，铜、镍、金靶材的纯度均为99.99%；
步骤（4）当真空腔内的本底真空度<1.0×10-4Pa时，依次进行铜靶材、镍靶材、金靶材的溅射沉积，在基底表面形成Cu-Ni-Au复合镀层，其中，铜靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为1.5~2Pa，氩气流量为20~30sccm，基底直流偏压为150~200V，基底温度为50~100℃，溅射功率为400~450W，溅射时间为1~5分钟，得到的铜镀层厚度为0.1~0.5μm；镍靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为1.5~2Pa，氩气流量为20~30sccm，基底直流偏压为100~150V，基底温度为50~100℃，溅射功率为400~450W，溅射时间为10~30分钟，得到的镍镀层厚度为0.5~2μm；金靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为1.5~2Pa，氩气流量为20~30sccm，基底直流偏压为100~150V，基底温度为50~100℃，溅射功率为200~300W，溅射时间为10～20分钟，得到的金镀层厚度为0.5~1.5μm；
步骤（5）步骤（4）结束后，基底温度降至室温后将真空腔真空度恢复至大气压，取出试样，即可得到具备Cu/Ni/Au复合镀层的连接器插针。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明制备的Cu/Ni/Au复合镀层具有优良的电接触性能和耐磨损性能，耐磨损性能优于目前使用的电镀工艺。
2、本发明提供的Cu/Ni/Au复合镀层制备工艺简单，绿色环保，镀层厚度精确可控，镀层性能优良，镀层硬度高、结合力好、孔隙率低，具有十分广阔的应用前景。
附图说明
图1为辉光清洗的过程示意图；
图2为镀后插针表面的结构对比，（a）电镀镀层，（b）溅射镀层；
图3为镀后插针表面的微观对比，（a）电镀镀层，（b）溅射镀层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
本实施例提供了一种提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，所用丙酮及无水乙醇均为市售分析纯级试剂，铜靶、镍靶、金靶的靶材纯度均为99.99%。具体包括如下步骤：
步骤（1）首先选取线簧丝式连接器的插针作为基底材料，所述插针为纯铜插针，将基底放入丙酮中超声清洗10分钟，用去离子水冲洗后烘干，烘干后的基底放入无水乙醇中超声清洗10分钟，用去离子水清洗后烘干；
步骤（2）将预处理完的基底放入真空室内外套不锈钢管，连接直流电源进行辉光清洗，其中，所述直流辉光清洗的工作条件为：以基底为负极，不锈钢管为正极，氩气气压为50Pa，极间放电电流为10mA，辉光清洗时间为5分钟；
步骤（3）步骤（2）结束后，将基底放入多靶共溅射***真空腔内，三个溅射靶上分别安装铜、镍、金靶材；
步骤（4）当真空腔内的本底真空度<1.0×10-4Pa时，首先进行铜靶材的溅射，铜靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为1.5Pa，氩气流量为30sccm，基底直流偏压为150V，基底温度为50℃，溅射功率为400W，溅射时间为1分钟，铜层的沉积厚度为0.3μm；结束后关闭铜靶溅射电源，进行镍靶材的溅射，镍靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为1.5Pa，氩气流量为30sccm，基底直流偏压为100V，基底温度为50℃，溅射功率为425W，溅射时间为20分钟，镍层的沉积厚度为1.6μm；结束后关闭镍靶溅射电源，进行金靶材的溅射，金靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为1.5Pa，氩气流量为30sccm，基底直流偏压为100V，基底温度为50℃，溅射功率为200W，溅射时间为10分钟，金层的沉积厚度为1.3μm；
步骤（5）步骤（4）结束后，基底温度降至室温后将真空腔真空度恢复至大气压，取出试样，即可得到具备Cu/Ni/Au复合镀层的连接器插针，其性能测试如表1、图2和图3所示。
表1样品的性能测试
Figure DEST_PATH_IMAGE001
实施例2
本实施例提供了一种提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，所用丙酮及无水乙醇均为市售分析纯级试剂，铜靶、镍靶、金靶的靶材纯度均为99.99%。具体包括如下步骤：
步骤（1）首先选取线簧丝式连接器的插针作为基底材料，所述插针为铍青铜（QeB2）插针，将基底放入丙酮中超声清洗10分钟，用去离子水冲洗后烘干，烘干后的基底放入无水乙醇中超声清洗10分钟，用去离子水清洗后烘干；
步骤（2）将预处理完的基底放入真空室内外套不锈钢管，连接直流电源进行辉光清洗，其中，所述直流辉光清洗的工作条件为：以基底为负极，不锈钢管为正极，氩气气压为50Pa，极间放电电流为10mA，辉光清洗时间为5分钟；
步骤（3）步骤（2）结束后，将基底放入多靶共溅射***真空腔内，三个溅射靶上分别安装铜、镍、金靶材；
步骤（4）当真空腔内的本底真空度<1.0×10-4Pa时，首先进行铜靶材的溅射，铜靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为2Pa，氩气流量为20sccm，基底直流偏压为200V，基底温度为100℃，溅射功率为425W，溅射时间为3分钟，铜层的沉积厚度为0.4μm；结束后关闭铜靶溅射电源，进行镍靶材的溅射，镍靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为2Pa，氩气流量为20sccm，基底直流偏压为150V，基底温度为100℃，溅射功率为400W，溅射时间为30分钟，镍层的沉积厚度为1.2μm；结束后关闭镍靶溅射电源，进行金靶材的溅射，金靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为2Pa，氩气流量为20sccm，基底直流偏压为150V，基底温度为100℃，溅射功率为300W，溅射时间为15分钟，金层的沉积厚度为0.8μm；
步骤（5）步骤（4）结束后，基底温度降至室温后将真空腔真空度恢复至大气压，取出试样，即可得到具备Cu/Ni/Au复合镀层的连接器插针。

Claims (8)

1.一种提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤（1）基底清洗
a、将基底放入丙酮中超声清洗，然后用去离子水冲洗后烘干；
b、将烘干后的基底放入无水乙醇中超声清洗，然后用去离子水清洗后烘干；
步骤（2）将步骤（1）烘干后的基底放入真空室内外套不锈钢管，连接直流电源进行直流辉光清洗；
步骤（3）步骤（2）结束后，将基底放入多靶共溅射***真空腔内，三个溅射靶上分别安装铜、镍、金靶材；
步骤（4）当真空腔内的本底真空度<1.0×10-4Pa时，依次进行铜靶材、镍靶材、金靶材的溅射沉积，在基底表面形成Cu-Ni-Au复合镀层；
步骤（5）步骤（4）结束后，基底温度降至室温后将真空腔真空度恢复至大气压，取出试样，即可得到具备Cu/Ni/Au复合镀层的连接器插针。
2.根据权利要求1所述的提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，其特征在于所述步骤（1）中，基底为纯铜插针或铍青铜插针。
3.根据权利要求1所述的提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，其特征在于所述步骤（1）中，超声清洗时间为5~15分钟。
4.根据权利要求1所述的提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，其特征在于所述步骤（2）中，直流辉光清洗的工作条件为：以基底为负极，不锈钢管为正极，氩气气压为40~60Pa，极间放电电流为5~15mA，清洗时间为5~10分钟。
5.根据权利要求1所述的提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，其特征在于所述步骤（3）中，铜、镍、金靶材的纯度均为99.99%。
6.根据权利要求1所述的提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，其特征在于所述步骤（4）中，铜靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为1.5~2Pa，氩气流量为20~30sccm，基底直流偏压为150~200V，基底温度为50~100℃，溅射功率为400~450W，溅射时间为1~5分钟，得到的铜镀层厚度为0.1~0.5μm。
7.根据权利要求1所述的提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，其特征在于所述步骤（4）中，镍靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为1.5~2Pa，氩气流量为20~30sccm，基底直流偏压为100~150V，基底温度为50~100℃，溅射功率为400~450W，溅射时间为10~30分钟，得到的镍镀层厚度为0.5~2μm。
8.根据权利要求1所述的提高连接器插针表面耐磨损性能的方法，其特征在于所述步骤（4）中，金靶材进行溅射时的具体工作条件为：氩气气压为1.5~2Pa，氩气流量为20~30sccm，基底直流偏压为100~150V，基底温度为50~100℃，溅射功率为200~300W，溅射时间为10～20分钟，得到的金镀层厚度为0.5~1.5μm。
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