一种不锈钢基电接插件及其制备方法
【专利摘要】一种不锈钢基电接插件及其制备方法，其属于电接触元件【技术领域】。该不锈钢基电接插件，包括不锈钢基电接插件基体，不锈钢基电接插件基体上依次沉积有金属薄膜和金属复合导电层，金属薄膜为不锈钢基电接插件基体和金属复合导电层的连接层，金属复合导电层为碳铬薄膜，其制备方法主要包括采用真空离子镀方法在不锈钢基电接插件上依次沉积金属薄膜和金属导电复合层的制备方法。该表面改性不锈钢基电接插件具有导电、耐蚀、耐磨和疏水等复合性能，其接触电阻在0.8Mpa压紧力下小于等于15mΩ·cm2，抗标准盐雾实验270小时以上，表面显微硬度Hv≧6GPa，水接触角≧90°。该电接插件用绿色环保方法制造，降低了制作成本，解决了不锈钢表面容易被腐蚀和钝化而导致电阻增大的问题。
【专利说明】一种不锈钢基电接插件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电接触元件【技术领域】，特别涉及一种电接插件，另外还涉及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在电气、电子领域，电接触材料主要用作电触点、导电刷、集电环、换向片、整流片和接插件等，是电通断环节中重要的功能性元件。采用电接触元件的电机、电气开关、继电器、接插件等作为基础件在信息工程、家用电子电器、汽车工程等领域大量使用。这些电接触元件的性能直接影响所应用产品及整个系统的可靠性、稳定性、精度及使用寿命。同时，随着各类产品向高精度和微型化发展，对电接触元件的性能提出了更高的要求:具有优良的导电性、小而稳定的接触电阻、高的化学稳定性、耐磨性和抗电弧烧损能力。电接触元件必须在电阻率、接触电阻、密度、硬度、化学成分、抗熔焊性、抗腐蚀性、可焊性等方面可靠地满足应用的要求。电接触材料大都是由含80%?90%(质量百分数)白银的复合材料制成的，世界上银的产量25%左右是用于制造电工和电子仪器所需的电触头元件。银作为贵金属，产量有限且价格昂贵，为了节银，全世界在开展降低电接触材料中银含量的研究的同时，也在进行以廉价金属替代银基材料的研究工作，不锈钢具有容易加工成型，且具备优异的韧性的特点，是一种很好的应用材料，但对于电接触领域，由于不锈钢具有表面接触电阻高及易腐蚀钝化的特点，限制了其在此领域的应用。
[0003]采用电镀的方法在其表面电镀一层贵金属，如银、金等材料，可在一定程度上提升材料的表面电接触性能及材料稳定性，但电镀技术所带来的对环境方面的负面影响一直备受世界各界人士的关注，因此，随着我国环境保护意识的不断增强电镀技术民用空间的阶段性取代将是必然。并且，以电镀方式虽然从一定程度上降低了成本，但对于贵金属的消耗其成本对于工业应用来说还是相对较高的。因此寻求一种环保低成本制造插接件材料的方法迫在眉睫。
[0004]采用真空离子镀方法在不锈钢基插接件表面镀膜，获得的插接件表面膜中的金属元素为零价金属，绿色环保；并且增强不锈钢基电接插件的抗氧化性，能改善其表面膜结构和导通性，这必然将成为这一领域必须深入研究的内容之一。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种不锈钢基电接插件及采用真空离子镀方法分别沉积金属薄膜和金属复合导电层来制备电接插件的方法，以解决一般不锈钢基电接插件基体与导电层结合力较差、耐磨性能差、且表面容易被氧化的问题，以降低接触电阻。
[0006]本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种不锈钢基电接插件，包括不锈钢基电接插件基体，所述不锈钢基电接插件基体上依次沉积有金属薄膜和金属复合导电层。
[0007]所述不锈钢基电接插件基体为不锈钢基金手指、不锈钢基锁紧螺母、不锈钢基簧片、不锈钢同轴线接口、不锈钢插头或不锈钢接线柱等；
[0008]所述金属复合导电层是厚度为0.Ιμπι — 5μηι的碳铬薄膜；
[0009]所述碳铬薄膜为在非晶碳基体上分布晶粒尺度为5nm-100nm的金属态零价铬晶体的纳米复合薄膜；
[0010]所述金属薄膜为不锈钢基电接插件基体和金属复合导电层的连接层，为0.05 μ m-0.5 μ m的零价金属态的铬薄膜。
[0011]一种不锈钢基电接插件的制备方法，包括以下步骤:
[0012](1)将不锈钢基电接插件基体经过去毛刺、表面清污工序后，用超声波机进行清洗完毕后供干；
[0013] (2)将不锈钢基电接插件基体随镀膜卡具一同装入增强过滤电弧离子镀设备的真空镀膜室中，在设备阴极弧源位置上的不同位置分别安装金属纯铬靶材和纯石墨靶材；关闭真空室舱门，依次开启初抽泵及分子泵进行真空获得，直至真空到达5X KT3Pa后，通入惰性气体氩气，使真空达到0.3-5Pa，启动脉冲偏压电源，电压设置在500V-1000V，占空比为40%-80%，频率为20KHz-40KHz，持续引发氩气辉光等离子体对不锈钢基电接插件基体表面进行离子溅射清洗l_20min ；
[0014](3)降低脉冲偏压幅值至100-500V，占空比为30%_60%，频率为20KHz_40KHz，调整工作气压，使得真空达到0.4-lPa，开启铬阴极弧，使得铬靶材弧电流在60-150A，持续沉积制备金属薄膜连接层1-1Omin ；
[0015](4)在不关闭铬阴极弧的条件下，开启碳阴极弧，同时调整碳靶弧电流与铬靶弧电流比值在1/4-2/1,持续沉积制备金属复合导电层10-60min ；
[0016](5)依次进行停阴极弧、偏压、工作气体，维持真空炉冷却30min后，开启真空室取出不锈钢基电接插件。
[0017]上述方法中增强过滤电弧离子镀设备为属于大连理工常州研究院有限公司的专利产品，该设备的专利号为ZL2006100457205。
[0018]本发明的不锈钢基电接插件具有导电、耐蚀、耐磨和疏水等复合性能，其接触电阻在0.8Mpa压紧力下小于等于15ηιΩ.cm2,抗标准盐雾实验270小时以上，表面显微硬度Hv ^ 6GPa，水接触角兰90。。
[0019]本发明方法的有益效果是:可以通过该方法在该不锈钢基电接插件基体表面依次沉积得到结合力较强的金属薄膜和金属复合导电层，两层之间由于过渡型结构的连接，增加了层间的结合力，增强了整个电接插件的耐磨性能，提高了其使用寿命。该不锈钢基电接插件用绿色环保方法制造，且降低了制作成本，解决了不锈钢表面容易被腐蚀钝化的问题，并且将接触电阻降低到了 15πιΩ.cm2以下。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0021]图1是一种不锈钢基电接插件的结构示意图。
[0022]图中:1、不锈钢基电接插件基体，2、金属薄膜，3、金属复合导电层。
【具体实施方式】[0023]以下结合附图对本发明做进一步说明。
[0024]实施例1
[0025]如图1所示的一种不锈钢基电接插件，包括不锈钢基电接插件基体1，不锈钢基电接插件基体I上依次沉积有金属薄膜2和金属复合导电层3，金属薄膜2为不锈钢基电接插件基体I和金属复合导电层3的连接层。
[0026]不锈钢基电接插件基体为不锈钢基锁紧螺母，金属薄膜2为0.1 μ m的零价金属态的铬薄膜，金属复合导电层3为碳铬薄膜，其厚度为I μ m。碳铬薄膜是在非晶碳基体上分布晶粒尺度为30nm的金属态零价铬晶体的纳米复合薄膜。
[0027]实施例2
[0028]一种不锈钢基金手指的制备方法，具体步骤如下:
[0029](1)将不锈钢基金手指经过去毛刺、表面清污工序后，用超声波机进行清洗完毕后烘干；
[0030](2)将不锈钢基金手指随镀膜卡具一同装入真空镀膜室中，在设备阴极弧源位置上的不同位置分别安装金属纯铬靶材和纯石墨靶材；关闭真空室舱门，依次开启初抽泵及分子泵进行真空获得，直至真空到达5 X 10_3Pa后，通入惰性气体氩气，使真空达到5Pa，启动偏压电源，电压设置在1000V，占空比为80%，频率为40KHz，持续引发氩气辉光等离子体对不锈钢基金手指表面进行离子溅射清洗20min ； [0031](3)降低偏压至500V，占空比为60%，频率为20KHz，调整工作气压，使得真空达到IPa,开启铬阴极弧,使得铬祀材弧电流在60A,持续沉积制备金属薄膜连接层IOmin ；
[0032](4)在不关闭铬阴极弧的条件下，开启碳阴极弧，同时调整碳靶弧电流与铬靶弧电流比值在1/4,持续沉积制备金属复合导电层60min
[0033](5)依次进行停阴极弧、偏压、工作气体，维持真空炉冷却30min后，开启真空室取出不锈钢基金手指。
[0034]在不锈钢基金手指表面沉积出厚度为5 μ m的铬碳元素含量随膜层厚度交替变化的复合导电涂层，使得不锈钢基金手指的接触电阻=15πιΩ - cm2 (0.SMpa压紧力下)，水接触角兰90°，表面显微硬度Hk ^ 6GPa，膜/基结合力兰70N。
[0035]实施例3
[0036]一种不锈钢基插头的制备方法，具体步骤如下:
[0037](I)将不锈钢基插头经过去毛刺、表面清污工序后，用超声波机进行清洗完毕后烘干;
[0038](2)将不锈钢基插头随镀膜卡具一同装入真空镀膜室中，在设备阴极弧源位置上的不同位置分别安装金属纯铬靶材和纯石墨靶材；关闭真空室舱门，依次开启初抽泵及分子泵进行真空获得，直至真空到达5 X 10_3Pa后，通入惰性气体氩气，使真空达到3Pa，启动偏压电源，电压设置在500V，占空比为40%，频率为20KHz，持续引发氩气辉光等离子体对不锈钢基插头表面进行离子溅射清洗IOmin ；
[0039](3)降低偏压至100V，占空比为40%，频率为40KHz，调整工作气压，使得真空达到0.4Pa，开启铬阴极弧，使得铬靶材弧电流在100A，持续在不锈钢基插头表面沉积制备金属薄膜5min ；
[0040](4)在不关闭铬阴极弧的条件下，开启碳阴极弧，同时调整碳靶弧电流与铬靶弧电流比值在1/1，持续在金属薄膜表面沉积制备金属复合导电层30min ；
[0041](5)依次进行停阴极弧、偏压、工作气体，维持真空炉冷却30min后，开启真空室取出不锈钢基插头。
[0042]在不锈钢基插头表面沉积出厚度为2 μ m的铬碳元素含量随膜层厚度交替变化的复合导电涂层，使得不锈钢基插头接触电阻≤15mΩ.cm2 (0.8Mpa压紧力下)，水接触角≥90°，表面显微硬度Hk ^ 6GPa，膜/基结合力兰≥70N。
[0043]实施例4
[0044]一种不锈钢基锁紧螺母的制备方法，具体步骤如下:
[0045](I)将不锈钢基锁紧螺母经过去毛刺、表面清污工序后，用超声波机进行清洗完毕后烘干；
[0046](2)将不锈钢基锁紧螺母随镀膜卡具一同装入真空镀膜室中，在设备阴极弧源位置上的不同位置分别安装金属纯铬靶材和纯石墨靶材；关闭真空室舱门，依次开启初抽泵及分子泵进行真空获得，直至真空到达5 X KT3Pa后，通入惰性气体氩气，使真空达到
0.3Pa，启动偏压电源，电压设置在500V，占空比为60%，频率为20KHz，持续引发氩气辉光等离子体对不锈钢基锁紧螺母表面进行离子溅射清洗5min ；
[0047](3)降低偏压至100V，占空比为30%，频率为20KHz，调整工作气压，使得真空达到IPa，开启铬阴极弧，使得铬靶材弧电流在150A，持续沉积制备金属薄膜IOmin ；
[0048](4)在不关闭铬阴极弧时，开启碳阴极弧，调整碳靶弧电流与铬靶弧电流比值在2/1，持续在金属薄膜上沉积制备金属导电复合层IOmin ；
[0049](5)依次进行停阴极弧、偏压、工作气体，维持真空炉冷却30min后，开启真空室取出不锈钢基锁紧螺母。
[0050]在不锈钢基锁紧螺母表面沉积出厚度为0.1 μ m的铬碳元素含量随膜层厚度交替变化的复合导电涂层，使得不锈钢基锁紧螺母的接触电阻=15πιΩ ?cmY0.SMpa压紧力下)，水接触角兰90°，表面显微硬度Hk ^ 6GPa，膜/基结合力兰70N。
【权利要求】
1.一种不锈钢基电接插件，包括不锈钢基电接插件基体(1)，其特征在于:所述不锈钢基电接插件基体(1)上依次沉积有金属薄膜(2)和金属复合导电层(3)，所述金属薄膜(2)为不锈钢基电接插件基体(1)和金属复合导电层(3 )的连接层。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢基电接插件，其特征在于:所述不锈钢基电接插件基体(1)为不锈钢基金手指、不锈钢基锁紧螺母、不锈钢基簧片、不锈钢同轴线接口、不锈钢插头或不锈钢接线柱。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢基电接插件，其特征在于:所述金属薄膜(2)为.0.05 μ m-0.5 μ m的零价金属态的铬薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢基电接插件，其特征在于:所述金属复合导电层(3)为碳铬薄膜，其厚度为0.1 μ m — 5 μ m。
5.根据权利要求4所述的一种不锈钢基电接插件，其特征在于:所述碳铬薄膜为在非晶碳基体上分布晶粒尺度为5nm-100nm的金属态零价铬晶体的纳米复合薄膜。
6.一种不锈钢基电接插件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)前处理: 将不锈钢基电插接件基体经过去毛刺、表面清污工序后，用超声波机进行清洗完毕后烘干 (2)装料: 将步骤(1)处理后的不锈钢基电插接件基体随镀膜卡具一同装入增强过滤电弧离子镀设备的真空镀膜室中，在设备阴极弧源位置上的不同位置分别安装金属纯铬靶材和纯石墨靶材； (3)离子溅射清洗: 关闭真空室舱门,抽真空至5X KT3Pa后，通入惰性气体氩气，启动脉冲偏压电源，持续引发氩气辉光等离子体对不锈钢基电接插件基体表面进行离子溅射清洗； (4)制备金属薄膜连接层: 降低脉冲偏压幅值，调整工作气压，开启铬阴极弧，在不锈钢基电接插件基体表面持续沉积制备金属薄膜的连接层； (5)制备金属复合导电层: 开启碳阴极弧，调整碳靶弧电流与铬靶弧电流比值在1/4-2/1之间，在金属薄膜的连接层上沉积制备金属复合导电层，即得到不锈钢基电接插件。
7.根据权利要求6所述的一种不锈钢基电接插件的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)离子溅射清洗的具体步骤及参数为:关闭真空室舱门，依次开启初抽泵及分子泵进行真空获得，直至真空到达5X10_3Pa后，通入惰性气体氩气，使真空达到0.3-5Pa，启动脉冲偏压电源，电压设置在500V-1000V，占空比为40%-80%，频率为20KHz-40KHz，持续引发氩气辉光等离子体对不锈钢基电接插件基体表面进行离子溅射清洗l_20min。
8.根据权利要求6所述的一种不锈钢基电接插件的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)制备金属薄膜连接层的具体步骤及参数为:降低脉冲偏压幅值至100-500V，占空比为30%-60%，频率为20KHz-40KHz，调整工作气压，使得真空达到0.4-lPa,开启铬阴极弧，使得铬靶材弧电流在60-150A，持续沉积制备金属薄膜连接层，沉积时间为l-10min。
9.根据权利要求6所述的一种不锈钢基电接插件的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)制备金属复合导电层的具体步骤及参数为:开启碳阴极弧，调整碳靶弧电流与铬靶弧电流比值在1/4-2/1之 间，持续沉积制备金属复合导电层，沉积时间为10-60min。
【文档编号】H01B1/02GK103903668SQ201410110799
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】林国强, 韩治昀, 魏科科, 李强 申请人:大连理工常州研究院有限公司