接触开关涂层的制作方法

背景技术：

本公开通常涉及开关领域，并且更具体地讲，涉及一种用于接触开关的涂层。

相关领域的讨论

簧片开关是具有由导电铁磁材料(通常为亚铁镍合金)形成的两个簧片刀片的机电开关。在存在磁场的情况下，重叠的簧片刀片会吸引，导致刀片朝向彼此弯曲并接触，从而闭合电路。两个簧片刀片可被定位在气密地密封簧片刀片的玻璃胶囊内。该胶囊通常在大气压或超大气压下包含真空、空气或氮气。簧片开关可切换显著的功率，例如在10瓦至100瓦的范围内。簧片开关在以百万计乃至超过1亿次操作中还具有很长的寿命，而不会出现失效或接触电阻的显著增加。在许多循环中，当开关打开和闭合时，由于机械磨损或电弧，簧片触点可能会磨损、凹陷或腐蚀。这种凹陷或侵蚀导致横跨闭合开关的电阻增加。为了防止或至少最小化此类侵蚀，簧片刀片的接触表面可涂覆有各种具有相对低电阻率的硬质高熔融温度金属的材料。最近，某些电镀材料诸如金、铑和钌的成本已显著增加。因此，需要一种簧片开关触点布置，其使簧片刀片的接触面上存在的这些类型的材料的量最小化，而不会降低簧片开关寿命。

技术实现要素：

在一个或多个实施方案中，一种开关组件可包括一种开关组件，该开关组件包括在封闭腔内具有第一触点的第一刀片和在封闭腔内具有第二触点的第二刀片。第一触点和第二触点可操作以响应于磁场而彼此接触或断开接触。开关组件还可包括在第一触点和第二触点中的每一者上形成的涂层。涂层可包括钛层、在钛层上形成的第二层、在第二层上形成的钨铜层。

在一个或多个实施方案中，一种切换方法可包括提供可与第二触点一起操作的第一触点，其中第一触点和第二触点以第一配置形成开路，并且以第二配置形成闭路。切换方法还可包括在第一触点和第二触点中的每一者上提供涂层，该涂层包括钛层、在钛层上形成的第二层、以及在第二层上形成的钨铜层。该切换方法还可包括使用磁场使第一触点和第二触点相对于彼此偏置，其中磁场。

在一个或多个实施方案中，一种簧片开关可包括在封闭腔内具有第一触点的第一刀片，在封闭腔内具有第二触点的第二刀片，第一触点和第二触点可操作以响应于磁场而彼此接触或断开接触。簧片开关还可包括在第一触点和第二触点中的每一者上形成的涂层，该涂层包括钛层、在钛层上形成的第二层、以及在第二层上形成的钨铜层。

附图说明

附图示出了到目前为止所公开的用于开关组件的原理的实际应用而设计的其示例性方法，并且其中：

图1是采用根据本公开的实施方案的接触涂层的簧片开关的俯视横剖面图；

图2是根据本公开的实施方案的沿剖面线2-2截取的图1的簧片开关的横剖面图；

图3是根据本公开的实施方案的沿剖面线3-3截取的图1的簧片开关的一个触点的侧视横剖面图；并且

图4是根据本公开的实施方案的切换方法的流程图。

附图未必按比例绘制。附图仅仅是表示，并非旨在描绘本公开的具体参数。此外，附图旨在描绘本公开的示例性实施方案，并且因此不应被视为对范围的限制。

此外，为了说明清楚，一些附图中的某些元件可以省略，或者不按比例示出。为了说明清楚，横剖面图可呈“切片”或“近视”横剖面图的形式，省略在“真实”横剖面图中以其他方式可见的某些背景线。此外，为清楚起见，在某些附图中可省略一些附图标号。

具体实施方式

本公开现在将参考附图进行，在附图中示出了各种方法。然而，应当理解，开关和开关组件可以许多不同的形式体现，并且不应被理解为限于本文所述的方法。相反，提供这些实施方案是为了使本公开将周密且完整，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。在整个附图中，类似的数字是指类似的元件。

如本文所用，除非明确地叙述了此类排除，否则以单数形式叙述并且以单词“一”或“一个”开头的元件或操作应被理解为不排除多个元件或操作。此外，对本公开的“一个方法”或“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除同样并入所述特征的附加方法和实施方案的存在。

此外，如附图所示，本文可使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“中心”、“上方”、“上”、“近侧”、“远侧”等，以便于描述一个元件与另一个元件的关系。应当理解，除了附图中所描绘的取向之外，空间相对术语还可涵盖在使用或操作中的装置的不同取向。

如所公开，本文的实施方案提供了开关组件和切换方法。本文所公开的实施方案被设计为优于现有电镀接触系统的一种改善，其中簧片刀片涂覆有连续的钛、铜、钛、钼和钌层。为了改善现有技术的性能和成本缺陷，本文的实施方案提供了一种包括连续的钛、铜和钨铜层的溅射材料接触设备。在一些非限制性示例中，钨铜材料中铜的浓度可在0重量％至30重量％的范围内。

已发现，本文的实施方案提供了优于现有技术的至少以下技术优点/改善。首先，与溅射的钌、钼、钛、铜和钛接触材料相比，在簧片开关上分层的溅射的钨铜、铜、钛(w-cu/cu/ti)接触材料表现出优异的电气性能。其次，与镀钌、铑和金接触材料相比，簧片开关上的溅射w-cu/cu/ti接触材料在例如33v-3a、120v-1a和400v-0.002a下表现出优异的电气性能。再次，在进行热处理的情况下，已发现后溅射热处理可显著地增加例如400v-0.002a下的电气性能。

现在参考图1-2，将描述一种根据本公开的实施方案的开关组件(下文称为“组件”)10。如图所示，组件10可以包括簧片开关20。虽然是非限制性的，但是簧片开关20是具有轴向延伸的圆柱形玻璃胶囊22的所谓的“a形态”类型。两个簧片刀片24延伸到由玻璃胶囊22限定的气密密封的体积中。每个簧片刀片24具有延伸通过玻璃胶囊22的相对轴向末端28的引线26。玻璃胶囊的相对末端28可被加热并且熔合到每个簧片刀片24的引线26，从而相对于彼此定位簧片刀片并且形成气密密封并且封闭胶囊体积。胶囊体积通常包含真空或有时高于大气压的惰性气体诸如氮气或氩气。

虽然是非限制性的，但是每个簧片刀片24的一部分30可被压平，从而产生控制闭合簧片开关20所需的力的受控弹簧常数。每个簧片刀片24端接在触点32中。簧片刀片24的触点32重叠，从而在它们之间限定接触空间或间隙34。每个触点32可具有接触表面36。接触表面36在接触间隙34上彼此面对。

簧片开关刀片24可由具有例如51％-52％镍的组成的铁磁性合金(通常为镍和铁的合金)形成。在存在诸如由电气线圈或永久磁体产生的磁场的情况下，磁场渗透簧片刀片24，从而导致簧片刀片彼此吸引。吸引力导致簧片开关刀片24的柔性部分30弯曲，使得触点32闭合接触间隙34，从而使接触表面36接合并完成引线26之间的电路。当磁场被移除时，磁场不再渗透簧片刀片24并且触点32分离，从而重新建立接触间隙34，并且断开引线26之间的电路。

在一些实施方案中，簧片开关20可在至多或超过500伏特dc的电压下切换介于10瓦和100瓦或更大之间的负载。当簧片开关20处于负载下时，在簧片开关20打开或闭合时，可在接触表面36之间形成电弧。此外，在簧片开关20的重复打开和闭合期间，接触表面36之间可发生机械磨损。由于簧片开关通常被设计成在簧片开关的寿命期间具有100万至1亿次操作寿命或更长的寿命，因此期望接触电阻不会显著增加例如不会增加超过50％。

如图3所示，为了防止接触电阻的增加，每个簧片刀片24的触点32可例如通过溅射涂覆有多个层。例如，第一层50可由钛层制成，第二层52可由铜制成，并且第三层54可由钨铜制成。在一些实施方案中，第二层52可由钼制成。在形成期间，第一层50可被溅射在触点32的外表面56上，并且第二层52可被溅射在第一层50上。接着，第三层54可被溅射在第二层52上。

在形成第一层50、第二层52和第三层54之后，可对簧片刀片24进行热处理。在溅射第一层50、第二层52和第三层54之后的热处理可在失效之前延长循环的次数。例如，在400v、0.002a下，现有技术镀覆开关在失效之前的平均寿命为大约650万次循环。对于包括ru/mo/ti/cu/ti涂层的溅射现有技术装置，失效前的平均寿命为大约550万次循环。然而，当在形成之后对本公开的w-cu/cu/ti的溅射层进行热处理时，直到超过至少1.64千万次循环才可能发生失效。

虽然是非限制性的，但是对于钛和铜/钼层中的每一者，三层的厚度可在例如约15微英寸至约150微英寸的范围内，并且对于钨铜，三层的厚度可介于约5微英寸和75微英寸之间。当替换现有簧片开关设计中的接触涂层布置时，第一层50、第二层52和第三层54的总厚度可被选择为具有与初始接触涂层相同的总厚度。以此方式，簧片开关本身的设计无需修改。

现在参考图4，将更详细地描述根据本公开的实施方案的一种用于操作组件10的方法100。在框101处，方法100可包括提供可与第二触点一起操作的第一触点，其中第一触点和第二触点以第一配置形成开路，并且以第二配置形成闭路。在非限制性实施方案中，第一触点和第二触点可以是常开的或常闭的。在其他实施方案中，开关组件可具有组合常闭电路和常开电路的三个引线。

在框103处，方法100可包括在第一触点和第二触点上溅射钛层。在框105处，方法100可包括在钛层上溅射第二层。在一些实施方案中，第二层可以是铜或钼层。在框107处，方法100可包括在第二层上溅射钨铜层。在一些实施方案中，第一触点和第二触点然后可被热处理。在框109处，方法100可任选地包括提供邻近第一触点和第二触点的磁体。磁体使第一触点和第二触点响应于磁体的移动而在第一配置和第二配置之间变化。在一些实施方案中，方法100然后可包括提供在第一触点和第二触点之间的开路或闭路的指示。

虽然已经参考某些方法描述了本公开，但是在不脱离如所附权利要求中限定的本公开的实质和范围的情况下，可以对所描述的方法进行多种修改、变更和改变。因此，本公开旨在不限于所描述的方法，而是具有由以下权利要求的语言及其等同物限定的全部范围。虽然已经参考某些方法描述了本公开，但是在不脱离如所附权利要求中限定的本公开的实质和范围的情况下，可以对所描述的方法进行多种修改、变更和改变。因此，本公开旨在不限于所描述的方法，而是具有由以下权利要求的语言及其等同物限定的全部范围。