[发明专利]一种铜基电接插件及其制备方法

说明书

技术领域

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

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，在这一研究领域中代替银的最合适的元素是铜,因为它在性质上与银最相近。与银基电插接件相比,铜基电插接件的最大弱点在于其表面容易氧化,形成绝缘或半导体导电性的氧化膜,使接触电阻升高。

合金化可以提高铜基材料的抗氧化和耐腐蚀性能，最常见的是在铜基材料中添加金属元素，如镉、铟、铪、碲和锆等元素。但是直接将该类元素与铜进行合金化很难达到环保要求，且其成本也相对较高。由于这类金属元素的毒性较大,当含量过高时(>2.0%),对环境的污染较为严重，并且随着社会对环保要求越来越严格,对该类金属元素的控制要求越来越高。因此直接将该类元素与铜进行合金化很难达到环保要求。

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。

采用真空离子镀方法在铜基插接件表面镀膜，获得的插接件表面膜中的金属元素为零价金属，绿色环保；并且增强铜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

本发明的目的是提供一种铜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，以解决一般铜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。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种铜基电接插件，包括铜基电接插件基体，所述铜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。

所述铜基电接插件基体为铜基金手指、铜基锁紧螺母、铜基簧片、铜同轴线接口、铜插头或铜接线柱等；

所述金属复合导电层是厚度为0.1μm－5μm的碳铬薄膜；

所述碳铬薄膜是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；

所述金属薄膜为铜基电接插件基体和金属复合导电层的连接层，为0.05μm-0.5μm的零价金属态的铬薄膜。

一种铜基电接插件的制备方法，包括以下步骤：

（1）将铜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烘干；

（2）将铜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5×10^-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铜基电接插件基体表面进行离子溅射清洗1-20min；

（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0.4-1Pa，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1-10min；