[01235871]汽车连接器及其模具纳米复合表面处理关键技术研究

汽车连接器端子主要采用黄铜或青铜材料,在潮湿或高温的环境下容易氧化变色接触电阻升高而影响端子导电性,为解决端子的氧化问题,目前主要采用的是在汽车端子上电镀抗氧化性能力较强及导电性好的锡防护层,黄铜基体需预镀0.5微米的铜或镍镀层防止黄铜基体中锌的扩散导致锡镀层变色。由于锡镀层硬度较低,摩擦系数大导致了在提高端子防护能力的同时,电镀端子的插拔力提高,导致了汽车端子装配的难度,锡镀层容易在锌扩散的情况出现变色,黄铜基体需增加预镀0.5微米的铜或镍镀层工序来防止黄铜基体中锌的扩散导致锡镀层变色问题 纳米复合电镀是纳米是在电解质溶液中加入一种或数种纳米尺度的不溶性固体颗粒,并进行充分的分散,使纳米颗粒均匀悬浮在溶液中,利用电沉积或化学沉积的原理,使金属离子被还原的同时,使纳米颗粒均匀地弥散在金属镀层中的方法。由于纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面和界面效应从而呈现出独特的宏观物理、化学特性,如低熔点、高比热容、高热膨胀系数、高强度、高韧性、高塑性等。用电镀法制备的纳米复合镀层也显示出优异的性能。把纳米颗粒应用 电镀、化学镀、电刷镀中来获得比普通复合镀层性能优异的复合镀层,可大大提高镀层的工作温度、耐磨性、耐蚀性等。 1、任务来源： 本项目是在2013年河南省教育厅高校重点2013年度研究项目：nano-ZrO2-Y2O3/Ni复合镀层的制备及组织性能研究（13B430105）基础上,根据目前汽车连接器表面处理技术中存在的问题,结合纳米技术的发展增加了自选的锡铜碳纳米管镀层的研究而开展的汽车连接器及其模具纳米复合表面处理关键技术研究。解决了汽车端子镀锡后插拔力增加过大,装配困难的问题,减少了电镀工序和镀层厚度,在降低成本的同时降低了插拔力、提高了端子的防护性能及抗锌扩散至镀层变色的能力。并研究了延长汽车连接器模具寿命的纳米复合镀层制备。 2、应用领域和技术原理： 本项目研究的汽车连接器沉积锡铜碳纳米管复合镀层制备技术、锡铜碳纳米管复合镀层降低汽车端子插拔力技术、汽车连接器模具电刷镀Ni/Y2O3纳米复合刷镀层制备技术及电刷镀提高耐磨性延长模具寿命技术主要应到汽车连接器及加工模具纳米复合表面处理领域。期间应用到电镀技术、电刷镀技术、纳米科学技术中的原理。 3、性能指标。 1)一种汽车连接器端子锡铜碳纳米管复合镀层 （1）该镀层厚度为0.5微米,该镀层各组分的质量百分比如下：铜1～3%、碳纳米管0.2～0.8%,其余为锡 （2）DJ621-6.3A插头及DJ621-6.3B插座直接电镀铜锡纳米管复合镀层0.5微米的端子性能第一次插入力32.8N, 第一次拔出力31.8N,初次插接后接触电阻 毫欧姆; （3）48小时盐雾试验镀层未发现腐蚀; （4）150度10小时热扩散试验黄铜基体表面90%在高温下出现白色氧化膜。 2) Ni/Y2O3纳米复合刷镀层：当镀液中纳米Y2O3颗粒含量为15g/L时,硬度达到峰值（601.7 HV）,此时复合镀层的晶粒最为细小,摩擦因数明显低于快速镍镀层,磨损面的黏结和撕裂现象大大减轻,表现出良好的摩擦磨损性能。 4、与国内外同类技术比较。经国内有资质的专业机构国内查新,汽车连接器沉积锡铜碳纳米管复合镀层制备技术、锡铜碳纳米管复合镀层降低汽车端子插拔力技术、汽车连接器模具电刷镀Ni/Y2O3纳米复合刷镀层制备及提高耐磨性延长模具寿命技术国内未见报道,属于国内首创,与国外同类技术相比处于领先水平。 5、成果的创造性、先进性。 1)研究了汽车端子低插拔力锡铜碳纳米管复合镀层表面处理技术 其特征在于：锡铜碳纳米管镀层厚度为0.5微米,该镀层各组分的质量百分比如下：铜2%、碳纳米管0.5%,其余为锡。锡铜碳纳米管复合镀层采用的电镀液,其特征在于配方如下：硫酸亚锡 30g/L,硫酸铜 3 g/L,柠檬酸 50g/L,酒石酸35g/L,98%硫酸 100mL/L,2-巯基苯并咪唑0.4mg/L,十二烷基磺酸钠0.1 g/L,碳纳米管 1 g/L。 2)在汽车端子上电镀0.5微米锡铜纳米管复合镀层不仅端子的插入和拔出力比锡、及铜+锡镀层的插入力拔出力降低10N以上,与无镀层端子相比无明显变化,同时接触电阻也有一定降低;盐雾试验结果表明其抗蚀性超过0.5微米铜镀层+2微米锡镀层; 3)制备了汽车连接器模具高耐磨Ni/Y2O3纳米复合刷镀层,延长了模具寿命 采用复合电刷镀工艺制备了Ni/Y2O3纳米复合镀层,研究了纳米Y2O3颗粒添加量对复合镀层的组织、硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明：与纯镍镀层相比,复合镀层表面更为平整致密;随着镀液中纳米Y2O3颗粒含量的提高,复合镀层的硬度呈现先升高后降低的趋势,当镀液中纳米Y2O3颗粒含量为15g/L时,硬度达到峰值（601.7 HV）,此时复合镀层的晶粒最为细小,摩擦因数明显低于快速镍镀层,磨损面的黏结和撕裂现象大大减轻,表现出良好的摩擦磨损性能。 4)汽车连接器模具高耐磨Ni/ZrO2纳米复合刷镀层 当镀液中纳米ZrO2添加量为20g/L时,Ni/ZrO2复合镀层的晶粒最为细小,硬度达到最大值581.4HV,镀层的耐磨性、耐蚀和抗高温氧化性能最优;随着热处理温度的升高,快速镍镀层、Ni/ZrO2复合镀层的显微硬度均不断增大,表现出二次强化效应,在250℃时硬度达到极大值, Ni/ZrO2复合镀层的硬度达到688.9HV。此后随着热处理温度的继续升高,镀层的硬度均呈下降趋势,且ZrO2纳米颗粒的加入对提高镍镀层的抗高温软化能力作用显著。 6、作用意义（直接经济效益和社会意义） 碳纳米管复合镀层抗锌扩撒变色能力好,与0.5微米铜镀层+2微米锡镀层一致,表明0.5微米锡铜纳米管复合镀层可以在降低插拔力的情况下具有降低的接触电阻、良好的抗蚀性能及抗锌扩散变色能力,在省去镀0.5微米铜的工序下提高了电镀端子的相关性能。 Ni/Y2O3纳米复合刷镀层提高了模具寿命,节约了成本。 7、推广应用的范围、条件和前景以及存在的问题和改进意见。本技术投入少,现有生产件下投入少量设备即可投产,可在汽车连接器领域得到逐步实现大范围推广。碳纳米管、Y2O3纳米颗粒在镀液中的分散问题还需进一步寻找分散剂开展深入研究。