Oberflächenbeschichtungen für Steckverbinderkontakte bei höheren Einsatztemperaturen

Conference: Kontaktverhalten und Schalten - 24. Fachtagung Albert-Keil-Kontaktseminar
10/11/2017 - 10/13/2017 at Karlsruhe, Deutschland

Proceedings: VDE-Fb. 73: Kontaktverhalten und Schalten

Pages: 9Language: germanTyp: PDF

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Authors:
Buresch, Isabell (Wieland-Werke AG, 89079 Ulm, Germany)

Abstract:
Neue Anforderungen hinsichtlich Emissionsreduzierung bei Fahrzeugen ziehen eine Gewichtsreduzierung von Komponenten und eine zunehmende Elektrifizierung von Funktionen sowie des Antriebsstranges nach sich. Daraus resultiert ein Trend hin zur Miniaturisierung von Komponenten und damit auch Steckkontakten, auf der anderen Seite bedingen höhere Ströme größere Steckkontakte, wobei die Größe durch die beengten Bauraumverhältnisse limitiert ist. Die Folge beider Trends ist, dass die Temperaturen in der Kontaktzone bei Steckkontakten zukünftig ansteigen werden – genannt werden derzeit Temperaturen von 180 °C bis 200 °C. Die Werkstoff- und Beschichtungswahl wird heute überwiegend durch die Einsatz- bzw. Betriebstemperaturen, die applikationsspezifischen Ströme, die mechanische Belastung und das Design bestimmt. Für die Oberflächenbeschichtungen von Steckkontakten gelten derzeit folgende Einsatzbereiche: Sn bis max. 130 °C, Sn-Legierungen bis max. 150 °C, abhängig vom Grundmaterial. Ag bis max. 140 °C, mit Unternickelung bis max. 170 °C. Au niedriglegiert mit Ni-Zwischenschicht bis max. 180 °C. Um den steigenden neuen Anforderungen zu genügen, sind neue Schichtsysteme, wie z. B. AgPd-Schichten, entwickelt worden. Da sich zeitgleich der Kostendruck verschärft hat, wird zunehmend die Frage nach edelmetallfreien bzw. –armen Schichtsystemen gestellt. In diesem Zusammenhang wird die Kombination der drei Elemente Ni, Ag und Sn interessant. Der Vortrag gibt einen Einblick in die werkstoffkundlichen Voraussetzungen, welche gegeben sein müssen, damit Beschichtungen und Schichtsysteme bei erhöhten Temperaturen eingesetzt werden können. Im Fokus stehen dabei die Schichtsysteme Ni-Sn, Ni-Ag, Ni-Cu-Sn und Ni-Ag-Sn. Im System Ni-Ag-Sn auf einer Cu-Legierungsbasis bietet die Ag3Sn-Zwischenschicht bei höheren Temperaturen und bei der Umformbarkeit Vorteile gegenüber den CuSn- und NiSn- Phasen sowie Ni als Sperrschicht in Ni-(Cu)-Sn-Multilayerschichten. Optimal eingestellt, werden nach Hochtemperaturauslagerung im System Ni-Ag-Sn bis 200 °C vergleichbare Kontaktwiderstandswerte wie mit Ni-Ag-Schichten erreicht. Sie liegen im Bereich des 4-fachen des Ausgangswertes. Voraussetzung dafür ist, dass die Kontaktnormalkraft > 1 N beträgt. Da der Reibkoeffizient und damit die Steck- und Ziehkräfte der Ni-Ag-Sn-Multilayerschichten signifikant niedriger liegen, ist das Einsatzpotenzial ohne Notwendigkeit von Passivierungsmedien für neue und bestehende Applikationen sehr interessant. Durch die im Herstellprozess variabel einstellbare freie Sn-Schicht kann zudem das Frettingverhalten gesteuert werden.