电接触元件的表面处理方法及接触元件与流程

本发明涉及用于电连接器的导电接触元件的表面处理方法。此外，本发明涉及导电接触元件，其表面通过这种方法进行处理。

背景技术：

1、电连接器及其接触元件在许多设计中是已知的。电连接器旨在与合适的配合连接器配合以建立电连接。电连接器通常用于信号传输或电力传输。为此，电连接器通常具有导电接触元件，当连接器配合时，该导电接触元件与配合连接器的接触元件接触。通常，一个连接器元件的接触元件被设计为接触销，而配合连接器的接触元件被设计为接触弹簧。当连接器和配合连接器配合时，接触弹簧在接触销上施加弹性弹簧力，以确保可靠的导电连接。

2、电连接器用于机动车辆例如以传输电力及网络电气和电子系统。在机动车辆中，连接器暴露于强烈的温度波动、振动、潮湿和腐蚀性介质。工作温度的升高导致磨损增加，尤其是在广泛使用的镀锡铜基接触元件的情况下。

3、特别是，基底金属接触表面，例如与锡、镍或它们合金的接触表面，在小的相对运动的情况下，具有微动腐蚀(“微动”或“擦伤”)的趋势。此外，在高电极连接器的情况下，配合力通常在所需的力之外，尤其是在初始配合期间，并且在贵接触表面的情况下，例如基于贵金属的接触表面，冷焊的趋势存在已知的问题。

4、因此，除了高耐磨性之外，还需要较低的配合力和拉力，以便于连接器的组装和维护。为了增加职业安全，规定的配合力不能超过一定的限度，尤其是在初始配合期间。

5、此外，在连接器与配合连接器配合的过程中，在接触元件的接触表面上发生局部磨蚀。这种由磨蚀引起的磨损限制了连接器的配合频率，从而减少了它们的工作时间。

6、德国专利说明书de102016214693b4描述了一种连接器的电接触元件，其中填充有辅助材料的空腔布置在接触表面之下。接触表面预先通过激光照射而被纹理化。在连接器已经第一次配合到配合连接器中之后，空腔裂开，导致辅助材料逸出，并且用润滑膜覆盖接触表面。当连接器再次配合时，该润滑膜导致配合力减小。对具有来自激光辐射的干涉图案的表面的处理，其中示例性地产生了凹陷结构，在下文中被称为纹理化表面。

7、然而，当连接器第一次与配合连接器配合时，组件边界条件也定义了配合力的标准。当组装具有大量触点的连接器时，这种初始配合力特别重要。由于连接器还可以在温暖区域进一步加工，因此对连接器的接触表面还有耐热的额外要求。因此，将润滑膜应用到连接器的接触表面不是合适的解决方案，因为润滑膜在温暖的温度下会蒸发。

技术实现思路

1、因此，需要一种成本有效且可靠的方法，该方法以这样的方式处理电连接器的接触表面，使得当与配合连接器配合时，初始配合力可以减小，并且表面处理即使在不利的环境条件下也不会失去其效果。

2、这个任务通过独立权利要求的主题来解决。本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

3、在这种情况下，本发明基于这样的思想，即通过用等离子体处理来实现电连接器的接触表面的改善的表面特性。为此，首先将润滑剂施加到接触表面上，从而通过等离子体处理在接触表面上产生固体润滑剂涂层。

4、特别地，本发明包括用于电连接器的导电接触元件的表面处理方法，其中导电接触元件具有金属接触表面。此外，润滑剂被施加到导电接触元件的接触表面的至少部分区域。此外，通过等离子体处理改变导电接触元件的接触表面，由此在导电接触元件的接触表面的至少部分区域上至少部分地产生固体润滑剂涂层。

5、固体润滑剂涂层可以是例如碳、含碳的或硫化物基的。碳层被理解为主要由化学元素碳构成的薄层。这包括例如石墨层或类金刚石碳层。用作初始润滑剂层的施加的润滑剂层可以是例如油、油脂、糊状物或另一种固体润滑剂，比如石墨、碳纳米管、mos2或其混合物，其通过等离子体处理被改性。

6、表面处理可以降低电连接器的接触表面的粗糙度，并获得更高的均匀性。此外，接触表面的硬度可以增加，例如通过选择性地产生金属间相imp或纳米晶体微结构。这些改进的特性中的每个(独立于其他特性)当连接器与配合连接器配合时都减小了初始配合力。此外，可以减小整个接触表面上摩擦系数的变化。

7、根据本发明的有利的进一步发展，导电接触元件的接触表面具有由凸起和凹陷构成的表面纹理，使得施加到接触表面的润滑剂粘附得特别好。

8、等离子体在1毫巴至8巴的压力范围内被激发，这意味着，有利地，等离子体处理不需要真空室，而是可以使用大气压等离子体来进行。这样做的优点是可以完全省去液体化学品。为此，诸如氮气或压缩空气之类的无害气体可用于等离子体产生。可替代地，可以在低真空或轻微过压下激发等离子体。

9、在下文中，等离子体被理解为部分或完全电离的气体。冷或热等离子体由指向材料的等离子体喷嘴产生和扩散。在喷嘴内部，等离子体由定子和转子之间的高电压产生。通过类似电弧的高压放电，离子化气体被引导到待处理的表面上。例如，氢气、氩气、氮气或压缩空气可以用作要电离的气体。

10、有利地，等离子体的功率在50w至5kw的范围内，以从施加的润滑剂层产生前述的固体润滑剂涂层。

11、根据本发明的有利的进一步发展，填充有辅助材料的空腔被封闭在导电接触元件的接触表面之下。在连接器与配合连接器的第一次配合过程中，这些被填充的空腔裂开，允许辅助材料逸出并发挥其作用。这允许配合力在第一次配合过程中减小，并且对于所有随后的配合过程更是如此。

12、辅助材料，也称为添加剂，是被添加相当少量以实现或改善某些性能的物质。

13、空腔被认为是表面下方人工形成的腔。接触表面下方的空腔布置意味着空腔在接触表面处没有出口，或者至多是具有如此狭窄尺寸的出口，使得填充到空腔中的辅助材料在不产生从接触表面到空腔中的突破的情况下无法被触及。

14、根据本发明的另一有利实施例，辅助材料选自抗氧化剂、腐蚀抑制剂、润滑剂、另一种固体润滑剂和酸。这组物质在泄漏到连接器的接触表面后有助于该连接器与配合连接器的配合。

15、根据本发明的有利的进一步发展，导电接触元件的等离子体处理是连续过程的一部分。这具有接触表面的边缘也被均匀处理的优点。结果，可以有利地获得固体润滑剂的均匀薄层，其结果是接触表面具有高度的均匀性。

16、根据本发明的有利的进一步发展，等离子体处理包括用等离子体火焰照射，其中导电接触元件在等离子体火焰中的停留时间在5ms和500ms之间。在这个短的停留时间之后，上面提到的积极效果已经出现，由此可以在短时间内处理大量的件。

17、根据本发明的有利的进一步发展，等离子体火焰从等离子体喷嘴离开，接触表面到等离子体喷嘴的距离为5mm至100mm。这种目标等离子体处理允许容易地集成到现有的制造设备中，并且符合安全规定，而不需要额外的屏蔽预防措施。

18、根据本发明的有利的进一步发展，通过等离子体处理产生的固体润滑剂涂层具有1nm至300nm的厚度。这种薄涂层允许等离子体处理用于多种连接器类型，这些连接器可以与匹配的配合连接器配合，而不必调整尺寸。

19、根据本发明的有利的进一步发展，施加到导电接触元件的接触表面的润滑剂厚度在0.1μm和5μm之间。薄施加的层特别好地粘附到粗糙的金属接触表面。

20、本发明还涉及一种用于电连接器的相关导电接触元件，其具有金属接触表面。此外，接触表面至少部分地具有通过等离子体处理从润滑剂层制成的固体润滑剂涂层。这种导电接触元件具有从一开始就比传统接触元件具有更低的第一配合力的优点。此外，摩擦系数的标准偏差减小，这对于具有大量触点的连接器尤其重要。

21、同样有利的是，填充有辅助材料的空腔被封闭在导电接触元件的接触表面之下。当接触元件第一次与配合触点接触时，这些裂开，辅助材料逸出，并且配合力在第一次配合过程中会减小，对于所有后续配合过程更是如此。由于填充的空腔位于接触表面之下，因此可以避免诸如胶合之类的负面影响。此外，排除了由于固体包埋导致的辅助材料的不希望的损失。

22、根据导电接触元件的另一有利实施例，辅助材料选自抗氧化剂、腐蚀抑制剂、润滑剂、另一种固体润滑剂和酸。这些物质减少了由磨蚀引起的磨损，磨蚀会增加连接器的配合频率。

23、根据导电接触元件的另一有利实施例，金属接触表面包括锡、和/或镍、和/或银、和/或铜和/或锡、镍、银、铜的合金。这些材料是防锈和耐热的，从而可以保证连接器的寿命。

24、根据本发明的有利的进一步发展，配合方向上的表面的平方粗糙度小于0.3μm。该值低于没有通过根据本发明的等离子体处理进行改性的表面的测量值。因此，有利地，可以实现较低的粗糙度，导致更均匀的表面，从而改善连接器与配合连接器的配合。

25、表面粗糙度是固体表面的不均匀程度，低于其形状或波纹度，但高于晶格结构的不规则度。粗糙度会影响材料特性，比如摩擦。粗糙度特征之一是平方粗糙度。这可以通过光学测量方法来检测。测量评估基于din en iso4287和din en iso 11562系列标准。为了将连接器与配合连接器配合，配合方向上的粗糙度特别重要。因此，在当前情况下，测量与配合方向对准。在一实施例中，这种对准可以沿着表面纹理进行。如果表面纹理具有凸起和凹陷，如在上述实施例中，测量的对准沿着凸起和凹陷进行。