具有低接觸電阻的表面處理鋼板以及由此鋼板製成的接線端子部件的製作方法

2023-09-22 00:09:30

專利名稱：具有低接觸電阻的表面處理鋼板以及由此鋼板製成的接線端子部件的製作方法
背景技術：
本發明涉及一種以不鏽鋼為基板的表面處理鋼板，該鋼板具有低的接觸電阻，優異的導電性，時效後具有穩定的導電性，以及優異的耐腐蝕性和附著力，而且，本發明也涉及一種使用所述鋼板的接線端子部件。
傳統上，從導電性和耐腐蝕性的角度考慮，已將一種碳-碳組合用於作為電路接線端子部件的主要材料。然而，碳-碳組合很昂貴，而且在加工性能上存在問題，因此，已著手研究提供一種碳與金屬薄板的組合。但是，碳-金屬薄板的組合存在一個問題，即氧化物或氫氧化物會在與碳組合的金屬薄板的表面上形成，結果，隨時間的延長，所述碳-金屬薄板組合的導電性會明顯降低。
為了解決上述這一問題，人們越來越強烈要求提供一種電路接線端子材料，該材料比碳便宜但導電性同碳一樣好。
儘管僅用金屬製作電路接線端子部件很經濟，但這樣做有一個問題即隨著時間的延長，氧化物或氫氧化物會在這種金屬制的部件的表面上形成，從而導致耐腐蝕性和導電性劣化。另外，使用耐腐蝕的不鏽鋼可以獲得優異的耐腐蝕性，但是在其表面形成結合牢固的氧化物也導致了導電性的劣化。
為了解決上述這些問題，本發明的一個目的是提供一種表面處理鋼板，該板的接觸電阻低、導電性優異，時效後導電性穩定，以及耐腐蝕性和附著力都很好。這種鋼板是一種經過擴散處理的多層鍍層鋼板，所述的多層鍍層是以不鏽鋼為基板，下層為Ni層，上層為Sn層。而且，本發明也提供一種使用這種表面處理鋼板製成的接線端子部件。
發明簡述本發明的一種表面處理鋼板，其特徵在於所用的鋼板是一種經擴散處理的多層鍍層鋼板，基板為不鏽鋼板，多層鍍層的下層為Ni層，上層為Sn層，並在鋼板上形成一種含有碳黑或石墨、羧甲基纖維素和水性有機樹脂的塗層，而且，由所述塗層覆蓋的所述鋼板具有低的接觸電阻。
本發明的一種表面處理的鋼板，其特徵還在於使用不鏽鋼板為基板，鍍覆鎳層為下層，鍍覆錫層為上層，擴散退火後在其表面上形成一層含有碳黑或石墨、羧甲基纖維素、水性有機樹脂和所述水性有機樹脂的交聯劑的塗層，而且由所述塗層覆蓋的所述鋼板具有低的接觸電阻。
在這種表面處理鋼板中，所述水性有機樹脂可優選為丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂或酚醛樹脂。
此外，權利要求5中的接線端子部件的特徵在於與電路接線接觸的部分是由權利要求1-4中任一項的表面處理鋼板製成。
本發明的詳細說明一種以不鏽鋼為基板的鍍覆後經擴散處理的多層鍍層鋼板，其中多層鍍層的下層為Ni層，上層為Sn層，通過使用一種水性後處理溶液進行處理，在鋼板上形成沉積塗層，所述溶液含有碳黑或石墨，羧甲基纖維素，和由丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂或酚醛樹脂組成的水性有機樹脂。如此形成的塗層可隔離大氣中的氧氣以防止鍍後的鋼板表面氧化。這樣，塗層阻止了引起鋼板導電性降低的氧化物膜的形成，從而能夠防止所述鋼板的導電性和耐腐蝕性的劣化。另外，由於塗層含有導電性優異的碳黑或石墨，因此，此沉積塗層不會降低鋼板的導電性。
下面就本發明的實施方案作更詳細的解釋。
不鏽鋼用來製作鍍層鋼板，這些不鏽鋼有Fe-Cr不鏽鋼如馬氏體或鐵素體不鏽鋼和Fe-Ni-Cr不鏽鋼如奧氏體不鏽鋼、奧氏體-鐵素體不鏽鋼、馬氏體不鏽鋼、半奧氏體不鏽鋼。鍍層鋼板是以不鏽鋼為基板的經擴散處理的鍍層鋼板，下層為Ni層，上層為Sn層。由於Sn-Ni合金的耐化學試劑性極好，因此，優選鍍覆有Sn-Ni合金的鋼板作為接線端子，可用在容易產生酸性氣氛的裝置如鉛蓄電池或燃料電池中。適當的鍍覆量(Ni和Sn的總量)可為O．3-30g／m2。鍍覆量小於0．3g／m2時，不利於鍍覆後的擴散處理，這是因為不鏽鋼中Cr擴散入鍍層中嚴重降低了鍍層的導電性。鍍覆量大於30g／m2時不經濟。儘管鍍層中Ni含量和Sn含量的比值沒有特別的限制，但從鍍層耐腐蝕性的角度考慮，最好是Sn鍍層的量為1時Ni鍍層的量不小於2。擴散處理在不含氧氣的氣氛中如氫氣、氮氣、氫氣和氮氣的混合氣或氫氣中進行，熱處理溫度最好在400-600℃之間。從接觸電阻的角度考慮，熱處理的時間最好在一定的時間範圍內，在此時間範圍內不會發生Cr的擴散而增加接觸電阻，也不會發生Fe向表面的擴散而引起生鏽。
鍍覆後進行擴散處理的鋼板使用一種水溶液加以處理，所述水溶液含有10-350g／l的碳黑或石墨，0．1-40g／l的羧甲基纖維素，和以固體計的1-200g／l的水性有機樹脂，所述水性有機樹脂由丙烯酸樹脂，聚酯樹脂，聚氨酯樹脂或酚醛樹脂構成。
所述碳黑可以是槽法碳黑、爐黑、乙炔黑或炊具(ケッチェン)黑。所述石墨可以是人造石墨、鱗片石墨、片狀石墨或無定形石墨。在石墨的含量少於10g／l的濃度時，所得到的產品導電性很差。另一方面，當石墨的濃度超過350g／l時，這種石墨的分散性就顯著變壞。
所述水性有機樹脂可以是一種水溶型樹脂，水分散型樹脂或乳液型樹脂。
所述水性丙烯酸樹脂包括例如丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯醯胺、丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯聚合物或它的共聚物。所述酯的官能基團可以是羧基、氨基、甲基、乙基、丁基、戊基、乙基己基或辛基。還可以包括含亞乙基的水性乙烯-丙烯酸樹脂。
所述水性聚酯樹脂是將聚氧乙烯壬基酚醚，聚氧乙烯壬基酚醚磺酸鈉，十二烷基硫酸鈉，以及松香皂進行水分散化而得到的材料，或者是一些含有親水基團如羧基、碸基、硫酸酯基、磷酸酯基、氨基、銨鹽、羥基、醚基或醯胺基的材料，或者是醇酸樹脂、馬來酸樹脂和不飽和聚酯。
所述水性聚氨酯樹脂其端基是水溶性的COOH或氨基。
所述水性酚醛樹脂包括鹼催化的，由苯酚和甲醛反應製成的甲階酚醛樹脂。
以丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂或酚醛樹脂構成的水性有機樹脂，其固體含量低於1g／l，則所獲得的產品耐腐蝕性很差。如果超過200g／l，則所獲產品的導電性顯著變壞，此外，處理溶液的粘度變得很高，結果就不能實現均勻處理。上述水性有機樹脂的交聯劑加入的濃度為水性有機樹脂固相含量的0．1-20％。表1示出了用於上述水性有機樹脂的交聯劑種類。
如果所述交聯劑的濃度低於所述水性有機樹脂固含量的0．1％，則其對附著力無效果。另一方面，當該濃度超過20％時，所述水性樹脂會發生過快交聯，結果出現沉澱物並且隨時間的延長這種處理溶液會不穩定。
所述羧甲基纖維素可以含有鈉、鉀或銨。如果羧甲基纖維素含量低於0．1g／l，則成膜能力或膜的附著力會很差。另一方面，在其濃度超過40g／l時，其分散性會顯著變壞。
所述處理溶液的塗覆方法未作特別限制，它可以是噴塗、輥塗、刮塗、簾流塗、浸塗後再輥塗或氣刀刮塗。
後處理塗層的合適的幹膜厚度為O．02-1Oμm。在塗層厚度小於0．02μm時，膜不能將鍍覆表面均勻覆蓋。結果，隨時間的延長，耐腐蝕性和導電性均會劣化。在塗層厚大於10μm時，耐腐蝕性將得以改善，但導電性已趨於飽和，因而這是不經濟的。
實施例將0．4mm厚的不鏽鋼板脫脂、酸洗並漂洗後立即在45℃、含200g／l硫酸鎳和50g／l硫酸的鍍液中在鋼板的兩面電鍍Ni，直至鍍覆量達2g／m2。再水洗後，使用Watt鍍液電鍍Ni，直至鍍覆量達18g／m2，再水洗後，在電鍍錫(Ferrostan)鍍液中電鍍Sn，直至鍍覆量達5g／m2。電鍍完成後，將其在500℃，含95％的氮氣和5％的氫氣的氣氛中擴散處理3小時。擴散處理後，所述鍍層鋼板浸漬於含有320g／l的人造石墨和2g／l的羧甲基纖維素鈉的後處理溶液中，然後，通過輥塗使其獲得4μm的幹膜厚度，並於70℃乾燥，從而製備出待評價的試樣。
類似地，分別採用不同的不鏽鋼板、Ni鍍覆量、Sn鍍覆量和擴散條件製備出一些其它試樣(實施例1-30)。表2-6示出了不鏽鋼板的種類、鍍層類型、鍍覆量。在這些表中，表2示出的是用Fe-Cr不鏽鋼的實例，表3示出的是使用Fe-Ni-Cr不鏽鋼的實例。
〔比較例1〕比較例1中的樣品與實施例1一樣採用相同的不鏽鋼板卻未經鍍覆但與實施例1一樣都經過後處理。
採用下述方法，從性能上對由實施例和比較例所得試樣進行了評價。評價結果示於表4中。
本發明展示了優異的耐腐蝕性、優異的導電性、時效後穩定的導電性和後處理塗層優異的附著力。
表4中所檢測到的特性評價如下耐腐蝕性試樣置於75℃和90％RH的恆溫恆溫器中達700小時。根據樣品表面生鏽的出現情況，使用額定數目法對樣品進行評價。
接觸電阻一厚0．5cm，寬1．5cm和長1．5cm的碳板在6kg／cm2的壓力下置於寬1．5cm，長2cm的一對試樣之間。採用多用途測量儀(HIOKI 3225，HIOKI有限公司製造)對這對試樣間的接觸電阻進行了測量，並根據每單位接觸面積接觸電阻的大小對所述試樣的導電性作了評價。所述碳板與試樣的接觸面積為2．25cm2。在開始狀態和試樣置於75℃和90％RH的恆溫恆溼氣氛中達840小時後對接觸電阻分別進行了測量。對於所確定的接觸電阻不高於100mΩ／cm2的實例標記為「好」，所確定的接觸電阻超過100Ω／cm2的實例標記為「差」。
使用後處理溶液所形成的塗層的附著力通過使用透明膠帶的強制剝離試驗方法，對後處理溶液在鍍層鋼板上所形成的塗層的附著力作了評價。沒有剝離出現的實例標記為「好」，最表層出現剝落的實例標記為「良好」，而在鍍層與塗層之間出現剝離的實例則標記為「差」。
如表4所示，在本發明中經後處理的鍍層鋼板(使用不鏽鋼作為基板)具有耐腐蝕性優異、導電性極佳，時效後導電性穩定，使用後處理溶液所形成塗層的附著力很好的特點。
表1可用的交聯劑種類
表2以Fe-Cr不鏽鋼為基板的實施例
表3以Fe-Ni不鏽鋼為基板的實施例
表4特性評價結果
權利要求
1．一種具有低接觸電阻的表面處理鋼板，其特徵在於此鋼板使用不鏽鋼為鍍層基板，其上鍍覆多層鍍層，下層為Ni層，上層為Sn層，鍍覆後經擴散處理，隨後在此鍍層鋼板最外表面形成一種塗層，此塗層含有碳黑或石墨，羧甲基纖維素和一種水性有機樹脂。
2．一種具有低接觸電阻的表面處理鋼板，其特徵在於此鋼板使用不鏽鋼為鍍層基板，其上鍍覆多層鍍層，下層為Ni層，上層為Sn層，鍍覆後經擴散處理，隨後在此鍍層鋼板上面形成一種塗層，此塗層含有碳黑或石墨，羧甲基纖維素和一種水性有機樹脂和水性有機樹脂的交聯劑。
3．一種根據權利要求1或2的表面處理鋼板，其中所述的水性有機樹脂選自丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂或酚醛樹脂之一或多種。
4．一種根據權利要求1-3中任一項的表面處理鋼板，其中所述的不鏽鋼板是Fe-Cr不鏽鋼板或Fe-Ni-Cr不鏽鋼板。
5．一種接線端子部件，其特徵在於使用權利要求1-4中任一項的表面處理鋼板作為與電路接線部分相接觸的部分。
全文摘要
本發明提供了一種使用不鏽鋼為基板的鍍層鋼板,在此鍍層鋼板上用後處理水溶液(含有碳黑或石墨、羧甲基纖維素、和包括丙烯酸樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂或酚醛樹脂組成的水性有機樹脂)形成了一層塗層,因而使上述鍍層鋼板具有低的接觸電阻,優異的耐腐蝕性和優異的塗層附著力,並提供了一種由此鍍層鋼板製成的接線端子部件。鍍層鋼板是在不鏽鋼板上鍍上Ni層作為下層,鍍上Sn層作為上層後進行擴散處理;然後用水溶性後處理溶液進行處理後而製成上述表面處理鋼板。該後處理溶液中含有碳黑或石墨、羧甲基纖維素、水性有機樹脂如丙烯酸、聚酯樹脂、聚氨酯樹脂或酚醛樹脂。
文檔編號B05D7/14GK1282276SQ98812197
公開日2001年1月31日 申請日期1998年11月10日 優先權日1997年11月14日
發明者山根啟二, 山崎裕司, 大村等, 友森龍夫, 大村英雄 申請人:東洋鋼板株式會社