接触弹片材料(一)

接触弹片材料（一）铜合金在电气和电连接器上得到了很广泛的应用，其原因是由于它具有良好的传导性能、强度、成型性以及抗腐蚀性能。在本章中将从连接器使用者的观点，来对商业上可加以利用且其性能适合于运用在连接器上的合金进行其性能的对比。然而与连接器制造相关的重要性能也没有被忽略，因为它们同样也影响合金材料的选择。除了一些对连接器来说独特重要的方面，一般的关于铜合金的信息读者都可从参考目录1-4中得到指导。如表4.1中所总结的，当选择合金材料时连接器产品的功能性需求如设计因素和材料性能之间的相互关系将会共同作用。合金的种类能满足产品的功能性需求以及其所分布的功能和如4.1部分中所总结的它们在碾磨过程中的总的方面。铜合金将会在4.2部分中由一般术语进行回顾，更专业的将会在4.3部分中的合金中另以叙述。4.1主要的铜连接器合金4.1.1铜合金的制造铜合金材料在运用于连接器的加工过程中，先是被加工成为薄片状的板材，然后切成条带形状以适应后面的冲压过程的需要。线材同样应用于连接器中，但是在端子组件和其它类型的连接器中这样的材料应用得很少。图4.1描述了一个典型的薄板和条带铜合金的制造流程。此外在参考书目3中可以得到更详细的描述。合金线材以同样的方式制造但具有几个显著的特点：热挤压，轧制，和通过冲模的拉拔以改变热轧制和冷轧制在板材中的应用，以及退火处理过程经常用于这种产品。溶炼和铸造铜合金是最先用于可回收的商业应用的金属之一，这是因为工业上能用经济的办法将铜合金中的杂质维持在一个较低的水平。溶炼常用于电溶炉之中而少见于铜合金在真空和惰性气体下的溶炼和铸造过程中。碳层能提供一足够的保护。此外，利用真空或特殊的空气环境将会很大的增加合金制造的成本。氢、氧和碳的污染影响由溶炼过程和热力学方法来平衡其溶炼层进行控制，其中氢能溶解于铜，氧能与铜和一些合金元素形成氧化物，而碳能与有碳化物组分的合金起反应。溶炼控制包括纯电解阴极铜和有选择的兼容合金碎屑。当一些纯组分如镍、锡、硅或起支配作用的合金如磷、铍、和铬合金组分增加时，都会引起合金成份改变。板材锻造的制造过程是从不连续的铸造成大矩形横截面金属锭或薄铸片开始的。前述大金属锭的典型尺寸为约150毫米厚，300到900毫米宽，并且经过热轧制处理以有效的减少其厚度并消除在铸造过程中残余的铸造微片。另一种铸造方法是薄铸片（常用于窄条状铸造材料），其典型的尺寸是约15毫米厚，150到450毫米宽，这些薄铸片将直接转到冷轧过程之中。选择条形铸造是基于经济上的考虑因素（热研磨需要较高的资金成本）以及合金的特性（一些铜合金不容易在热条件下工作）前述半连续且大的金属锭在铸造过程中垂直利用一个中空水冷的铜模，在开始时此铜模的下底部被封住。溶化的金属实际上并未象图4.1中所示的直接进入溶模。此溶化的金属通过一流槽及分配系统进入溶模，分配系统能通过一陶制阀系统控制金属的流量。底关闭部从溶模中降低，此时形成一稳定的固体外壳以容纳溶化的金属。铸造将继续进行直到一直冷(DC)金属锭形成以足够热轧制的长度。直冷(DC)金属锭处理的经济上的优点是几个金属锭可当溶炉中的溶化金属加入相邻的溶模时同时形成。此外接着通过热轧制在厚度方面的分离是一个快速有效的方法，尽管在轧制以前要经过重新加热。水平方向进行的条状铸造将会产生呈盘旋状的薄片，此薄片的厚度是与冷轧中第一次分离的轧磨容易相配合的。薄片在制造中被切成盘旋状而不影响其铸造过程。铸造后的表面将会重新研磨加工以形成高的表面精度。锡青铜大多数情况下用于条状加工是因为其较差热环境下的工作性能，而黄铜可广泛用于热轧制中的大部分应用范围，一些合金制造商还将其用于条状铸造加工中。热轧制直冷锭在几小时之内加热以用于特殊合金温度的需要，这样就能通过回动研磨将其从25〜150毫米的厚度减少约10〜25毫米。在热轧制中快速减少其厚度是可能的，因为其温度变化可使合金快速再结晶而不是硬化。典型的预热温度是从850到950惻。溶炉环境能有效的将氧化过程减小到中性的程度。此阶段形成的氧化物对其要求并不严格，因为现有的热轧制片将会在研磨中把表面氧化物及缺陷部清除。此外更重要的是热处理抹掉了纹理粗糙的铸造结构，这样就能达到均匀和较好的效果。当热轧制完成后，而在水喷淬火及盘卷之前时轧薄片的温度大约在600惻左右。接着是用机械方法去除热轧制后的表面和边缘，此后合金片将要经过一系列的冷轧和退火处理以降低其表面粗糙度，其中退火处理能提高纹理的微观结构、促进其均匀性并得到所需的性能。冷轧过程经过制造商与一系列的轧制和退火加工相配合的冷磨处理之后将会得到一性能均匀和尺寸均匀重达1000公斤的盘卷片。分离轧制过程在处理中的厚度可利用前后安排的四高研磨（four-highmill）（其中两加工轧制由一大直径的回程轧制），以及独立，回程研磨。非常普遍的是通过一系列的研磨后过程可以得到最后的厚度和性能（如已知的Sendzemir研磨，其加工轧制是经过几组轧制实现的）大尺寸的厚度是通过接触计量器的盘旋长度来监测和控制，小尺寸的微观厚度是通过X-射线或伽玛射线来度量。线张力和轧制形状在轧制过程中可以调整以提供一均匀的条状尺寸。退火冷轧可减少条状厚度面增加合金强度但同时也降低了其延展性。有效加工过程中的持续性需要在加工过程中的薄片在其中的几处通过退火处理娈软。退火过程中的变软驱动力是轧制变形过程中存储能量的释放。新的纹理是从变形纹理中成形的，并且其尺寸也同时增加。至新纹理处的延伸是允许增加的，因为在成型性和强度上需要更好的纹理微观结构，此延伸是由退火温度及持续时间的选择决定的。铜合金的退火是在同一溶炉的不同盘旋片中进行的，其温度将保持几个小时当开放的盘旋薄片通过一退火溶炉（请参照图4.1）。每一退火方法都有其优点和局限。成批退火其侧重点在于加重的前末端处理厚度通过镀层厚度处理的退火能达到更大的灵活性，并且每一种方法之间可以相互替换。整炉退火处理是位于一可移动、类似钟形的内腔之中进行，且此内腔的下部封闭。在内腔的盘旋片是通过处于低氧和低湿度的氮或氮-氢成分的气体来防止其被氧化。而上述的气体在内腔快速循环。此内腔又被一更大的可移动的外部空腔所包围，以收容此加热源（燃烧气体或电加热）。内部钟形腔内的温度从250惻（一般用于纯粹的铜）到约650惻（用于一些铜合金）。表面质量是由被覆物所保持，而此被覆物可防止线圈之中包裹物的粘贴。残余的被覆物在之后的清除加工过程中将被去除。合金线圈将在一到两个小时内达到均匀的温度，然后其设在一定温度并保持几个小时。通过去除了外层的容腔后退火的冷却速度将会加快内部容腔及其内部的保护气体成分将一直保持到金属完全冷却，以避免其受到氧化。线圈的连续退火可利用将薄片（sheet）通过溶炉而实现，此溶炉还包括有一燃烧室以通过直接接触来对金属进行加热。氧化可通过控制气体成分来减少。对如图4.1中所安排的垂直溶炉来说，板材通过一顶端封闭部进入加热区，并且其冷却是利用冲击气体在从下端封闭部退出前进行。板材在低于出口部的水中淬火。排列成一直线的酸清洗和研磨刷将会在板材被盘卷之前完成，而此过程位于溶炉线之末端。氢气是从压缩的氨水中提炼出来的，它可与氮气混合在一起而不发生化学反应。使用这些干净气体的火炉除了可能水平放置并且具有更高的防止外面空气进入的密封装置外，具有与普通燃烧炉同样的特性，该火炉通常是在近似标准大气压下工作的。薄片(sheet)被外部的热蒸馏瓶(retort咸者火炉内部自配的电加热组件加热升温。薄片(sheet)在进入大气前被喷出的气体冷却。在退火过程中，铜合金氧化被减少到了最低点，但是它是不能完全避免的。氧化的程度及形成的氧化物的耐火性依赖于合金组成成分同保护气体发生氧化反应的活性。非合金的铜和黄铜抗氧化能力相对强一些，因为退火温度低并且由于热力学原因，残余的氧化物及用于降低气压的露点形成控制要求是适度的。合金氧化物具有很活泼的元素，如金皮或铝，在商业许可的环境中不能逃避被氧化。酸浸(Acidpickling)(包括稀释的可与过氧化氢反应而生成更具腐蚀性物质的硫酸)和研磨刷及抛光被广泛地应用于确保不会引起印刷工具不可接受的磨损的高质量表面和材料。后处理合金型材制造的最后工艺－退火是相当关键的，因为这一步形成了一种材料以达到需要的性质。进行后续退火处理材料的厚度依赖于硬化合金以达到所需的强度或生成调剂的冷轧的次数。本节后续部分提供了冷轧选定合金的例子。为了提高合金材料的性能或降低内部残渣的弹性伸缩率，材料治炼过程常包括低温退火工艺。为了消除片状材料的弯曲或提高其整个面板的平整度，片状材料可能在最后工序被拉紧抚平。拉紧抚平包括整块材料向相反方向顺序弯曲，啮全碾平，片状料板在拉力作用下同时保持平整。内部纲孔的数量在条料宽度各段会有所变化。来于内部纺织翻转和拉伸的反向弯曲的联合效应引起片状材料塑性变形并局部形成更好的配合邻接区域。片状材料中心处更多的塑性变形导致消除由转曲遗留的长边缘的皱形。延长边缘的水平装置用作消除中等宽度的弯曲。弯曲生产过程被设计来