用於可移動觸點的覆有銀的不鏽鋼帶及其製造方法

2023-07-16 00:34:31

專利名稱：用於可移動觸點的覆有銀的不鏽鋼帶及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有長工作壽命的用於電觸點的材料，更特別地涉及一種在可用於可移動觸點的操作中具有長壽命的覆有銀的不鏽鋼帶。
背景技術：
盤簧觸點、電刷觸點和夾子觸點(clip contact)都已經主要用於電觸點，如連接器、開關和端子。經常用於觸點的複合材料包括具有優良耐蝕性和機械性能的相對便宜的基底如銅合金和不鏽鋼，且基底塗有電特性和可焊性優良的銀。
在上述觸點用複合材料中，使用不鏽鋼用於基底的那些能製備小尺寸的觸點，因為它們在機械特性和疲勞壽命方面比使用銅合金的觸點用複合材料優越。因此，它們用於要求具有長壽命的可移動觸點，如觸推開關和傳感器開關。近年來這些材料常常用於行動電話的按鈕，其中由於郵件功能和網際網路功能的多樣化，行動電話按鈕開關的操作次數迅速增加。
然而，雖然與覆有銀的銅合金相比，覆有銀的不鏽鋼能夠製造尺寸小的開關同時增加操作次數，但是存在的問題是因為開關中觸點處的壓力大，由於銀的磨損使得壽命縮短。
作為覆有銀的或銀合金的不鏽鋼帶，常常使用其中基底鍍鎳的那些。然而，當這種不鏽鋼帶用於開關時，觸點處的銀由於開關操作次數增加而磨損導致脫落。結果，基底的鍍鎳層暴露於空氣，這增大了接觸電阻，且可歸因於不導通(mal-continuity)的故障變得明顯。實際上，這種現象容易發生具有小直徑的圓頂形可移動觸點中，這對於開關的進一步小型化是至關重要的技術問題。
為了解決該問題，將鈀鍍在鍍鎳層上，並在其上另外鍍金。然而，由於鈀導電性差，觸點處電阻增大。
因此，鎳、銅、鎳和金依次鍍在不鏽鋼上以改善導電性。然而，在彎曲過程中，由於鍍鎳層的硬度，在上層中出現裂紋，以通過使得底塗層暴露在空氣中而使耐蝕性劣化，儘管鍍鎳層本身具有優良的耐蝕性。
本發明的其它和進一步特徵及優點將通過結合附圖的以下說明更加充分地體現。


圖1是用於按鍵測試的開關的平面圖。
圖2(a)和2(b)分別示出了圖1中用於按鍵測試的開關沿著A-A線的橫截面及其壓縮狀態。圖2(a)典型地示出了操作之前的開關，且圖2(b)典型地示出了操作過程中的開關。

發明內容
根據本發明，提供了以下方式(1)一種用於可移動觸點的覆有銀的不鏽鋼帶，其具有在不鏽鋼基底的至少部分表面上的包括鎳、鈷、鎳合金和鈷合金的任一種的底塗層，且具有作為上層形成的銀或銀合金層，其中厚度為0.05至2.0μm的銅或銅合金層設置在銀或銀合金層與底塗層之間；(2)根據上述第(1)項的用於可移動觸點的覆有銀的不鏽鋼帶，其中在銀或銀合金層和銅或銅合金層之間形成銀-銅合金層；(3)一種製備用於可移動觸點覆有銀的不鏽鋼帶的方法，包括以下步驟在不鏽鋼基底的至少部分表面上形成包括鎳、鈷、鎳合金和鈷合金的任一種的底塗層；形成銅或銅合金的中間層；用銀或銀合金塗覆；和在非氧化氣氛下熱處理。
具體實施例方式
通過為了解決傳統方法中的問題而進行的深入研究，本發明人已發現在使用傳統覆有銀的不鏽鋼用於觸推開關的情況下，隨著連續操作次數的增加，開關發熱，且剪切應力反覆施加到鍍膜上。因此，銀層的粘附力降低，容易導致脫落和刮屑，由此通過使氧化的底塗層暴露在空氣中而增大接觸電阻。本發明是基於上述發現而完成的。
本發明用於可移動觸點的覆有銀的不鏽鋼帶的優選實施方式及其製造方法將在下面詳細說明。
本發明涉及用於由以下步驟形成的可移動觸點的材料，該步驟包括在不鏽鋼基底的至少部分表面上形成鎳、鈷、鎳合金或鈷合金的底塗層；和形成銅或銅合金的中間層，和作為上層的銀或銀合金層。使用上述觸點材料，即使增加開關操作次數，接觸電阻也幾乎不增大。
因為不鏽鋼基底當用於可移動觸點時擔負機械強度，所以具有優良應力鬆弛特性並很難發生疲勞斷裂的張力退火材料(tension anneal material)和硬化冷軋材料(temper rolling material)如SUS301、SUS304和SUS316通常用作在本發明中的不鏽鋼基底。
布置形成於不鏽鋼基底上的底塗層以提高不鏽鋼和銅或銅合金層之間的粘附力。此外，銅或銅合金中間層能提高底塗層和銀或銀合金層之間的粘附力。
形成底塗層的金屬選自鎳、鈷、鎳合金和鈷合金中任一種，且優選為鎳。底塗層優選使用例如含氯化鎳和游離鹽酸的電解質溶液、並使用不鏽鋼基底作為負極通過電解形成0.05至2.0μm的鍍覆厚度。(儘管在後面說明了使用鎳作為用於底塗層的金屬的實施例，但是，金屬並不限於鎳，在鈷、鎳合金或鈷合金的情況下同樣的說明也是有效的。)因為降低傳統銀層和銀合金層之間粘附力的原因是底塗層的氧化和反覆施加的大剪切應力，所以作為其的對抗措施必須避免底塗層的氧化，並開發一種即使通過施加剪切力也不會使其粘附力劣化的材料。
本發明中為了避免底塗層被氧化，設置包括銅或銅合金的中間層。由於氧滲透到銀層中而發生氧化。當通過布置銅或銅合金來形成銀-銅合金層時，銀-銅合金層抑制氧的滲透，起到防止粘附力降低的作用。
對剪切應力的抵抗力通過用於在相鄰兩層(銀和銅、銅和鎳)之間形成固溶體的組合得到改善。對剪切應力的抗裂強度在傳統Ag層-Ni層之間弱，因為鎳在銀中的固體濃度非常小。通過深入研究，本發明人發現通過在銀和鎳之間形成銅層而在界面上形成銀和銅的合金，以提高抗剪切應力的強度。
在本發明中，雖然底塗層、銅或銅合金層和銀或銀合金層的每一層可以用任何方法如電鍍法、無電鍍法、化學/物理沉積法來形成，但是從生產率和成本的角度來看電鍍法是最有利的。雖然上述每一層可以形成在不鏽鋼基底的整個表面上，但是僅在觸點部分形成塗層在經濟上是有利的。
此外，為了改善粘附強度，當在非氧化氣氛下實施熱處理時，銀易於擴散，由此提高抗剪切應力的強度。這是因為銀-銅合金層變厚了。然而，過度熱處理反而使接觸穩定性劣化，因為表面層中的所有銀都併入合金中。此外，當銀-銅合金層變厚時，導電性降低。銀-銅合金層的厚度優選為0.1μm或更小。儘管沒有特別限定下限，但通常為0.01μm或更大。優選加熱條件為在200～400℃下加熱1分鐘至5小時。
雖然氫氣、氦氣、氬氣或氮氣都可以用作非氧化氣氛氣體，但是優選氬氣。
通過將銀或銀合金塗層的厚度控制在0.5～2.0μm，由於即使在加熱後銀殘留在表面上，接觸穩定性變得優良。對於銀合金，優選在銀中添加0.1～2.0質量％的銻以改善耐磨性。
銅或銅合金層的厚度優選為0.05～2.0μm，更優選在0.1～1.2μm的範圍內。雖然銅或銅合金的組成並沒有特別限制，但是優選純銅和含有1～10質量％的選自錫、鋅和鎳中一種或多種元素的銅合金。
太薄或太厚的銅或銅合金層不是優選的，因為在前者的情況下幾乎不能顯示出提供該層的作用，而在後者的情況下降低基底可移動觸點的作用力(actionforce)。
構成底塗層的鎳和鈷並沒有特別限制。然而，除純鎳外，優選含有1～10質量％鈷的鎳合金。當鎳或鎳合金的底塗層的厚度太薄時，底塗層的作用小，而當厚度太厚時，基底可移動觸點的作用力減小。
在本發明中，覆有銀的不鏽鋼帶的尺寸依據其用途而不同，且沒有特別限制。例如，該帶可以是帶厚為0.03～0.20mm、且帶寬為3～50mm的連續帶。帶長沒有特別限制，且例如可以由連續方法製造。
作為可移動觸點的本發明覆有銀的不鏽鋼帶即使通過反覆施加剪切應力也有優良的鍍層粘附性，且作為開關的壽命得到改善。進一步，本發明製造覆有銀的不鏽鋼帶的方法有利地用於製造上述覆有銀的不鏽鋼帶。
實施例本發明將基於下面給出的實施例進行更詳細的描述，但是本發明並不意味著受此限制。
厚度為0.06mm且帶寬為100mm的SUS 301帶在鍍覆機組作業線中經過電解脫脂、水洗、電解活化、水洗、鍍鎳(或鍍鎳-鈷)、水洗、鍍銅、水洗、觸擊電鍍銀、鍍銀、水洗和乾燥的每一個處理，其中將SUS 301帶連續供給隨後卷繞。
處理條件如下所示。
1.(電解脫脂和電解活化)
通過在濃度為100g/l的正矽酸鈉水溶液中陰極電解脫脂，然後用10％鹽酸水溶液洗滌來活化不鏽鋼帶。
2.(鍍鎳)將已活化不鏽鋼帶在含有250g/l氯化鎳和50g/l游離鹽酸的電解溶液中在5A/dm2的陰極電流密度下進行電解。
3.(鍍銅)將鍍鎳不鏽鋼帶在含有150g/l硫酸銅和100g/l游離硫酸的電解溶液中在5A/dm2的陰極電流密度下進行電解。
4.(觸擊電鍍銀)將鍍銅不鏽鋼帶在含有5g/l氰酸銀和50g/l氰酸鉀的電解溶液中在2A/dm2的陰極電流密度下進行電解。
5.(鍍銀)將觸擊電鍍銀後的不鏽鋼帶在含有50g/l氰酸銀、50g/l氰酸鉀和30g/l碳酸鉀的電解溶液中在5A/dm2的陰極電流密度下進行電解。
製造如表1所示用於可移動觸點的鍍銀不鏽鋼帶，同時對作為中間層的鍍銅層的厚度進行各種改變。將實施例6中的樣品在鍍銀後完成乾燥之後進行熱處理(在氬氣(Ar)氣氛中250℃×2小時)。
在傳統實施例(conventional example)中，鍍銅及隨後的水洗在鍍覆機組作業線中省略，在該作業線中將SUS 301帶連續供給隨後卷繞。
將獲得的這些用於可移動觸點的鍍銀不鏽鋼帶加工成直徑為4mmφ的圓頂形可移動觸點，且將由此獲得的具有如圖1和圖2(a)和圖2(b)所示結構的開關使用具有厚度為1μm的銀鍍層的黃銅帶作為固定觸點進行按鍵測試。圖1示出了用於按鍵測試的開關的平面圖。圖2(a)和圖2(b)示出了用於按鍵測試的開關沿著圖1中A-A線的橫截面視圖及其壓制壓力。圖2(a)示出了開關按壓之前的視圖，圖2(b)示出了在開關按壓過程中的視圖。附圖中，附圖標記1表示由鍍銀不鏽鋼製成的圓頂形可移動觸點；附圖標記2表示鍍銀黃銅的固定觸點。用樹脂填充料3將可移動觸點和固定觸點併入樹脂容器4中。附圖中空心箭頭表示按壓方向。
關於按鍵測試，以9.8N/mm2的壓力在5Hz的按鍵頻率下最多進行1,000,000次按鍵，然後測量接觸電阻隨時間的改變。結果顯示在表1中。此外，在1,000,000次按鍵測試之後觀察可移動觸點的狀態，且結果也顯示在該表中。
在本發明用於可移動觸點的鍍銀不鏽鋼帶中，即使在1,000,000次按鍵測試之後也僅觀察到接觸電阻的輕微增大。此外，即使在100,000次按鍵測試之後，在觸點部分中，中間層和底塗層也不暴露在空氣中。此外，即使中間層的厚度小至0.05μm，在進行熱處理的實施例6的樣品中也沒有觀察到接觸電阻的增大。
在厚度為0.01μm的銅中間層的比較例中，接觸電阻從100,000次按鍵測試開始增加，在1,000,000次按鍵測試時達到250mΩ，儘管該結果優於傳統實施例。此外，還觀察到觸點處底塗層稍微暴露在空氣中。
在沒有中間層的傳統實施例中，接觸電阻從100,000次按鍵測試開始增加，在1,000,000次按鍵測試時超過1,000mΩ。在觸點部分處的銀脫落，且底塗層暴露在空氣中。
表1

工業應用性與用於可移動觸點的傳統材料相比，在本發明用於可移動觸點的覆有銀的不鏽鋼帶中，在反覆施加剪切應力後覆有銀的塗層的粘附力不降低。此外，本發明覆有銀的不鏽鋼帶有優良的接觸穩定性和導電性，使得可移動觸點能夠有長壽命且為小尺寸。
已參照本發明實施方式描述了本發明，我們的意圖在於本發明不受說明的任何細節的限制，除非有特殊說明，而是應當在所附權利要求表示的精神和範圍內寬泛地解釋。
權利要求
1.一種用於可移動觸點的覆有銀的不鏽鋼帶，其具有在不鏽鋼基底至少部分表面上形成的鎳、鈷、鎳合金和鈷合金的任一種的底塗層，且具有作為上層形成的銀或銀合金層，其中厚度為0.05至2.0μm的銅或銅合金層設置在銀或銀合金層與底塗層之間。
2.根據權利要求1的用於可移動觸點的覆有銀的不鏽鋼帶，其中在銀或銀合金層和銅或銅合金層之間形成銀-銅合金層。
3.一種製備用於可移動觸點的覆有銀的不鏽鋼帶的方法，包括以下步驟在不鏽鋼基底的至少部分表面上形成鎳、鈷、鎳合金和鈷合金的任一種的底塗層；形成銅或銅合金的中間層；用銀或銀合金塗覆；在非氧化氣氛下熱處理。
全文摘要
一種用於可移動觸點的覆有銀的不鏽鋼帶，其具有在至少部分不鏽鋼基底表面上的包括鎳、鈷、鎳合金和鈷合金的任一種的底塗層，且具有作為上層形成的銀或銀合金層，其中厚度為0.05至2.0μm的銅或銅合金層設置在銀或銀合金層與底塗層之間；和一種製造上述覆有銀的不鏽鋼帶的方法，其中將所述帶在非氧化氣氛下進行熱處理。
文檔編號C25D7/00GK1898415SQ20048003833
公開日2007年1月17日 申請日期2004年10月25日 優先權日2003年10月31日
發明者鈴木智, 三原邦照, 德原直文 申請人:古河電氣工業株式會社