本發明涉及一種連接部件用材料。更詳細而言，本發明涉及一種連接部件用材料，其能夠適合用于例如電氣設備、電子設備等中使用的連接器、引線框架、線束插頭等電接點部件等。根據本發明的連接部件用材料，例如在使電連接端子等連接部件嵌合時，能夠降低摩擦，同時能夠抑制材料的磨耗，從而能夠提高穩定的電連接的可靠性。
背景技術：
汽車、移動電話等中使用的連接端子的數量隨著其中使用的電子控制設備的增加而趨于增加。從提高汽車的燃料效率、省空間化、移動電話攜帶的方便性等觀點出發，要求連接端子的小型化和輕量化。為了應對這些要求，需要防止端子由于使連接端子彼此嵌合時施加的力(插入力)而發生變形，同時需要減小該連接端子，進一步需要保持連接端子的連接部中的接觸壓。因此，作為目前為止使用的連接端子中使用的原材料，要求使用與以往的銅合金相比具有高強度的材料。此外，對于汽車的發動機室等高溫環境下使用的連接端子中所用的原材料而言，為了連接端子彼此的接點部的接觸壓不會由于熱而隨時間下降，要求使用耐應力松弛性優異的材料。
近年來，對在銅合金中添加各種金屬由此提高連接端子的機械強度、提高耐應力松弛性的銅合金進行了研究。但是，目前尚未開發出能夠應用于小型化的連接端子的銅合金。
另一方面，與銅合金相比，不銹鋼板的機械強度高、耐應力松弛性優異、比重小且廉價，因此是適合小型化、輕量化、降低材料成本等的材料。作為使用有不銹鋼板的電接點，提出了如下所述的不銹鋼制電接點：在母材的不銹鋼上形成Ni鍍層，在其上進一步部分地形成Au鍍層(參照例如專利文獻1)。但是，在上述不銹鋼制電接點中，由于連接端子的接點部的微滑動反復進行，Au鍍層發生磨耗，母材的不銹鋼露出，由于該不銹鋼的氧化，連接端子彼此的接點部的接觸電阻有可能升高。
作為摩擦系數低、能夠維持電連接的可靠性的連接部件用導電材料，提出了如下所述的連接部件用導電材料：其是在由Cu板條構成的母材的表面上依次形成平均厚度為3.0μm以下的Ni被覆層、平均厚度為0.2～3.0μm的Cu-Sn合金被覆層和Sn被覆層而得到的材料，在相對于上述材料表面垂直的截面，上述Sn被覆層的最小內接圓的直徑為0.2μm以下，上述Sn被覆層的最大內接圓的直徑為1.2～20μm，上述材料的最表面點與上述Cu-Sn合金被覆層的最表面點的高度差為0.2μm以下(參照例如專利文獻2)。此外，作為與端子的小型化對應、低插入力且電可靠性優異的連接部件用導電材料，提出了如下所述的連接部件用銅板材：在最表面形成Cu-Sn合金被覆層和Sn或Sn合金被覆層的連接部件用銅板材中，與連接時的滑動方向平行的方向的算術平均粗糙度Ra為0.5μm以上4.0μm以下，同方向的凹凸的平均間隔RSm為0.01mm以上0.3mm以下，斜度Rsk小于0，突出峰部高度Rpk為1μm以下(參照例如專利文獻3)。但是，對于上述連接部件用導電材料和上述連接部件用銅板材，連接部的接觸電阻均有可能隨著連接部件彼此的滑動反復進行而升高。
因此，近年來，期望開發一種連接部件用材料，其摩擦系數小，即使在連接部件的微滑動反復進行的情況下，也能夠抑制接觸電阻的升高。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2004-300489號公報
專利文獻2：日本特開2007-258156號公報
專利文獻3：日本特開2011-204617號公報
技術實現要素：
發明所要解決的課題
本發明是鑒于上述現有技術而完成的，其課題在于提供一種連接部件用材料，其是作為連接部件的原材料使用的連接部件用材料，摩擦系數小，即使在連接部件的微滑動反復進行的情況下，也能夠抑制接觸電阻的升高。
用于解決課題的手段
本發明涉及下述內容：
(1)一種連接部件用材料，其是作為連接部件的原材料使用的連接部件用材料，其特征在于，使用在金屬板的表面形成Ni鍍層并且在該Ni鍍層表面處的至少一個方向上的表面粗糙度圖案(モチーフ)的平均深度R為1.0μm以上的鍍Ni金屬板，在該鍍Ni金屬板的Ni鍍層上形成厚度為0.3～5μm的Sn鍍層；和
(2)如上述(1)所述的連接部件用材料，其中，與在鍍Ni金屬板上形成的Ni鍍層的表面粗糙度圖案的平均深度R相同方向上的Ni鍍層的表面的凹凸的平均間隔RSm為大于0μm且200μm以下。
需要說明的是，在本說明書中，本發明的連接部件用材料中所用的母材為金屬板，在該金屬板上形成Ni鍍層且具有規定粗糙度圖案的平均深度R的金屬板為鍍Ni金屬板，在鍍Ni金屬板上形成有規定厚度的Sn鍍層的材料為連接部件用材料。
發明效果
根據本發明，能夠提供一種連接部件用材料，其摩擦系數小，即使在連接部件的微滑動反復進行的情況下，也能夠抑制接觸電阻的升高。
具體實施方式
如上所述，本發明的連接部件用材料是作為連接部件的原材料使用的連接部件用材料，其特征在于，使用在金屬板的表面上形成Ni鍍層并且在該Ni鍍層表面上的至少一個方向的表面粗糙度圖案的平均深度R為1.0μm以上的鍍Ni金屬板，在該鍍Ni金屬板的Ni鍍層上形成有厚度為0.3～5μm的Sn鍍層。
作為金屬板，可以舉出例如不銹鋼板、銅板、銅合金板等，但本發明不僅限于這些示例。從減小摩擦系數、即使在連接部件的微滑動反復進行的情況下也能抑制接觸電阻的升高的觀點出發，這些金屬板中，優選不銹鋼板。因此，在本發明中，作為連接部件用材料的母材，可以適當使用不銹鋼板。
作為不銹鋼板，可以舉出例如JIS中規定的、SUS301、SUS304、SUS316等奧氏體系不銹鋼板；SUS430、SUS430LX、SUS444等鐵素體系不銹鋼板；SUS410、SUS420等馬氏體系不銹鋼板等，但本發明不僅限于這些示例。
對于金屬板的板厚、長度和寬度均沒有特別限定，優選根據金屬板的種類、制造規模等適當設定。例如使用不銹鋼板作為金屬板的情況下，其板厚通常優選為50μm～0.5mm左右。
鍍Ni金屬板的形成有Ni鍍層的面上的至少一個方向的表面粗糙度圖案的平均深度R為1.0μm以上。滿足該要點的本發明的連接部件用材料即使在微滑動反復進行的情況下也能夠抑制接觸電阻的升高，雖然這是推測的，但認為這是基于下述原因，連接部件彼此微滑動時，即使接觸點的Sn鍍層由于塑性流動而被除去，形成有Ni鍍層的金屬板表面的凹部內也殘留Sn。如此，殘留在凹部內的Sn提高滑動時的潤滑性，由此能夠防止其基底存在的Ni鍍層由于微滑動而發生磨耗，因此能夠防止金屬板露出，從而能夠抑制由于金屬板的氧化導致的接觸電阻的升高。進一步認為即使微滑動反復進行，由于殘留在上述凹部內的Sn作為導電通路發揮功能，從而也能夠維持初期的接觸電阻。
需要說明的是，“至少一個方向”是指，該金屬板的長度方向(軋制方向)和相對于該長度方向(軋制方向)成直角的方向(寬度方向)中的至少一個方向。
在鍍Ni金屬板上形成的Ni鍍層的表面粗糙度圖案的平均深度R是指ISO12085中規定的粗糙度圖案的平均深度R。粗糙度圖案的平均深度R可以使用例如株式會社東京精密制造的接觸式粗糙度計(商品名：Surfcom1400B)依據ISO12085進行測定。在本發明中，上述金屬板的表面粗糙度圖案的平均深度R是使用株式會社東京精密制造的接觸式粗糙度計(商品名：Surfcom1400B)進行測定時的值。
從即使Sn鍍層由于滑動帶來的塑性流動而被除去，其面的凹部內也殘留Sn層，即使在連接部件的微滑動反復進行的情況下也能抑制接觸電阻升高的觀點出發，在鍍Ni金屬板上形成的Ni鍍層的表面粗糙度圖案的平均深度R為1.0μm以上，優選為1.1μm以上，粗糙度圖案的平均深度R深的Ni鍍層存在其制造變得困難的趨勢，因此平均深度R優選為8μm以下。
此外，與上述同樣地，從得到下述連接部件用材料的觀點出發，所述連接部件用材料即使Sn鍍層由于滑動帶來的塑性流動而被除去，其面的凹部內也殘留Sn層，摩擦系數小，即使在連接部件的微滑動反復進行的情況下也能夠抑制接觸電阻的升高，與在鍍Ni金屬板上形成的Ni鍍層的表面粗糙度圖案的平均深度R相同方向上的表面的凹凸的平均間隔RSm的下限值優選大于0μm，更優選為0.005μm以上，更加優選為0.01μm以上，進一步優選為10μm以上，進一步更加優選為30μm以上，特別優選為50μm以上，其上限值優選為200μm以下，更優選為150μm以下，進一步優選為100μm以下。
在鍍Ni金屬板上形成的Ni鍍層的表面的凹凸的平均間隔RSm是指JISB0601-1994中規定的凹凸的平均間隔RSm。凹凸的平均間隔RSm可以使用例如株式會社東京精密制造的接觸式粗糙度計(商品名：Surfcom1400B)依據JIS B0601-1994進行測定。在本發明中，在鍍Ni金屬板上形成的Ni鍍層的表面的凹凸的平均間隔RSm是使用株式會社東京精密制造的接觸式粗糙度計(商品名：Surfcom1400B)進行測定時的值。
在鍍Ni金屬板上形成的Ni鍍層的表面粗糙度圖案的平均深度R和凹凸的平均間隔RSm均可以通過例如使用表面經粗面化的工作輥、研磨帶等使表面粗面化的部件進行粗面化并實施鍍Ni，能夠容易地進行調整。使金屬板的表面粗面化后，為了從其表面除去研磨屑等殘留物，可以根據需要使用溶劑利用超聲波清洗等對該金屬板進行清洗。對于金屬板而言，可以根據需要在實施鍍Ni前實施脫脂和酸洗的預處理。
金屬板的鍍Ni可以利用電鍍法和化學鍍法的任一鍍法進行。作為電鍍法，可以舉出例如使用全硫酸鹽浴的電鍍法、使用瓦特浴的電鍍法、使用氨基磺酸浴的電鍍法等，但本發明不僅限于這些示例。
對于在金屬板上形成的Ni鍍層的厚度，從沿著形成于金屬板表面的凹凸形成Ni鍍層的觀點出發，其為0.3μm以上，從形成用于殘留Sn的凹部的觀點出發，其為5μm以下，優選為4μm以下，更優選為3μm以下。
接著，在通過在金屬板上形成Ni鍍層而得到的鍍Ni金屬板的Ni鍍層上實施鍍Sn，由此形成Sn鍍層。鍍Sn可以利用電鍍法和化學鍍法的任一鍍法進行。作為電鍍法，可以舉出例如使用甲烷磺酸浴、FERROSTAN浴、鹵素浴等鍍Sn浴的電鍍法等，但本發明不僅限于這些示例。
對于在Ni鍍層上形成的Sn鍍層的厚度，從在鍍Ni金屬板上形成的Ni鍍層的凹部內充分殘留由于滑動帶來的塑性流動而被除去的Sn的觀點出發，其為0.3μm以上，該Sn鍍層過厚的情況下，由于滑動而形成Sn的氧化物層，接觸電阻升高，因此從抑制該接觸電阻的升高的觀點出發，其優選為5μm以下。
如上所述，通過在鍍Ni金屬板的Ni鍍層上形成Sn鍍層而得到的本發明的連接部件用材料的摩擦系數小，即使在連接部件的微滑動反復進行的情況下，也能夠抑制接觸電阻的升高。
實施例
接著，基于實施例對本發明進行更詳細的說明，但本發明不僅限于這些實施例。
實施例1～9和比較例1～5
使用不銹鋼板(SUS430)作為母材，使用粗面化后的工作輥或研磨帶對不銹鋼板的表面適當進行粗面化處理，由此得到具有各種表面粗糙度的板厚為0.2mm的不銹鋼板。
基于以下方法對上述得到的不銹鋼板的粗糙度圖案平均深度R和凹凸的平均間隔RSm進行測定。將其結果分別示于表1的“圖案深度R”和“平均間隔RSm”的欄中。
[粗糙度圖案平均深度R和凹凸的平均間隔RSm的測定方法]
從不銹鋼板切割出長50mm、寬50mm大小的試驗片，使用丙酮對試驗片實施超聲波清洗后，使用接觸式粗糙度計[株式會社東京精密制、商品名：Surfcom1400B]，依據ISO12085對試驗片的粗糙度圖案平均深度R進行測定，依據JIS B0601-1994對凹凸的平均間隔RSm進行測定。
需要說明的是，將求粗糙度圖案時的粗糙度圖案的上限長度設為0.5mm。粗糙度圖案平均深度R和凹凸的平均間隔RSm分別在相對于各試驗片的軋制方向成垂直的方向上測定3次，求出其測定值的平均值。
接著，利用常規方法對各試驗片進行堿脫脂和酸洗處理后，在以下所示的條件下對各試驗片實施沖擊鍍Ni和鍍Ni，由此使Ni鍍層形成于試驗片上。與上述同樣地進行，對形成有Ni鍍層的試驗片的粗糙度圖案平均深度R和凹凸的平均間隔RSm進行測定。將其結果示于表1。之后，在以下所示的條件下，在形成有Ni鍍層的試驗片的Ni鍍層上實施鍍Sn，由此得到形成有表1所示厚度的Sn鍍層的試驗片。
[沖擊鍍Ni的條件]
·Ni鍍液(瓦特浴)：氯化鎳240g/L、鹽酸125mL/L(pH：1.2)
·鍍液的液溫：35℃
·電流密度：8A/dm2
[鍍Ni的條件]
·Ni鍍液(瓦特浴)：硫酸鎳300g/L、氯化鎳45g/L、硼酸35g/L(pH：3.9)
·鍍液的液溫：50℃
·電流密度：8A/dm2
[鍍Sn的條件]
·Sn鍍液[上村工業株式會社制、制品名：TYNADES GHS-51](Sn2+50g/L、游離酸120mL/L)(pH：0.2)
·陽極：Sn板
·液溫：35℃
·電流密度：10A/dm2
此外，基于以下的方法對Ni鍍層的厚度和Sn鍍層的厚度進行測定。將其結果示于表1。
[Ni鍍層的厚度和Sn鍍層的厚度的測定方法]
Ni鍍層的厚度和Sn鍍層的厚度均使用電解式鍍層厚度測定器[株式會社中央制作所制]，基于JIS H8501中規定的“電解式試驗法”進行測定。
接著，作為上述得到的形成有Sn鍍層的試驗片的特性，基于以下的方法研究微滑動磨耗試驗中的最大接觸電阻和摩擦系數。將其結果示于表1。
[微滑動磨耗試驗中的最大接觸電阻]
模擬嵌合型連接部件中的電接點部，使用株式會社山崎精機研究所制造的滑動試驗機，對材料之間的微滑動部的接觸電阻的變化進行評價。
首先，將從形成有Sn鍍層的試驗片切割出的板狀的試驗片(陽端子試驗片)固定在水平臺上，在其上放置從與上述形成有Sn鍍層的試驗片相同的試驗片切割出的半球加工材(內徑：1.5mm、陰端子試驗片)，使鍍層彼此接觸。之后，利用彈性彈簧對陰端子試驗片施加2.0N的負荷，按壓陽端子試驗片，在陽端子試驗片與陰端子試驗片之間施加恒定電流，使用步進電動機使陽端子試驗片在水平方向滑動(滑動距離：50μm、滑動頻率：1.0Hz)，利用四端子法，在開放電壓20mV、電流10mA的條件下，對滑動次數至2000次的最大接觸電阻進行測定。需要說明的是，將滑動次數至2000次的最大接觸電阻為100mΩ以下作為合格基準。
[摩擦系數]
從形成有Sn鍍層的試驗片切割出長40mm、寬40mm大小的試驗片，使用直徑10mm的不銹鋼球，利用摩擦磨耗試驗機[株式會社RHESCA制]，對負荷4N、半徑7.5mm、轉速12.7rpm、50轉后的動摩擦系數進行測定。需要說明的是，將動摩擦系數為0.3以下作為合格基準。
實施例10
在實施例1中，將鍍Ni的條件變更為以下的條件，除此之外，與實施例1同樣地進行，制作形成有Sn鍍層的試驗片。
[鍍Ni的條件]
·Ni鍍液(瓦特浴+光澤劑)：硫酸鎳300g/L、氯化鎳45g/L、硼酸35g/L(pH：3.9)、糖精鈉2g/L、2-丁基-1,4-二醇0.2g/L
·鍍液的液溫：50℃
·電流密度：8A/dm2
接著，作為上述得到的形成有Sn鍍層的試驗片的特性，與上述同樣地研究微滑動磨耗試驗中的最大接觸電阻和摩擦系數。將其結果示于表1。
實施例11
在實施例1中，使用銅合金板[株式會社神戶制鋼所制、型號：CAC60、板厚：0.2mm]代替不銹鋼板，除此之外，與實施例1同樣地進行，制作形成有Sn鍍層的試驗片。
接著，作為上述得到的形成有Sn鍍層的試驗片的特性，與上述同樣地研究微滑動磨耗試驗中的最大接觸電阻和摩擦系數。將其結果示于表1。
比較例6
在實施例1中，將鍍Ni的條件變更為以下的條件，除此之外，與實施例1同樣地進行，制作形成有Sn鍍層的試驗片。
[鍍Ni的條件]
·Ni鍍液(瓦特浴)：硫酸鎳300g/L、氯化鎳45g/L、硼酸35g/L(pH：3.9)
·鍍液的液溫：50℃
·電流密度：2A/dm2
接著，作為上述得到的形成有Sn鍍層的試驗片的特性，與上述同樣地研究微滑動磨耗試驗中的最大接觸電阻和摩擦系數。將其結果示于表1。
比較例7
在實施例1中，將鍍Ni的條件變更為以下的條件，除此之外，與實施例1同樣地進行，制作形成有Sn鍍層的試驗片。
[鍍Ni的條件]
·Ni鍍液(氯化物浴)：氯化鎳300g/L、硼酸35g/L(pH：3.9)
·鍍液的液溫：50℃
·電流密度：2A/dm2
接著，作為上述得到的形成有Sn鍍層的試驗片的特性，與上述同樣地研究微滑動試驗中的最大接觸電阻和摩擦系數。將其結果示于表1。
比較例8
使用銅合金板(板厚：0.2mm)代替不銹鋼板，依據日本特開2011-204617號公報記載的方法，將細的凹凸以一定間距形成的模具按壓至表面，由此進行粗面化處理，得到具有凹凸形狀的銅合金板。與上述同樣地對所得到的具有凹凸形狀的銅合金板的粗糙度圖案平均深度R和凹凸的平均間隔RSm進行測定。將其結果示于表1。
接著，在以下的鍍Cu條件下對上述得到的具有凹凸形狀的銅合金板實施鍍Cu后，與實施例1同樣地進行，實施鍍Sn，由此制作形成有Sn鍍層的試驗片。之后，在280℃的溫度對上述得到的形成有Sn鍍層的試驗片實施10秒的回流焊接處理。
[鍍Cu條件]
·Cu鍍液(硫酸銅鍍浴)：硫酸銅200g/L、硫酸45g/L
·鍍液的液溫：30℃
·電流密度：15A/dm2
·鍍Cu的膜厚：0.15μm
需要說明的是，該銅合金板是其表面上形成有Cu鍍層，而非其表面上形成有Ni鍍層。因此，在表1的鍍Ni金屬板的欄中記載有Cu鍍層的厚度、形成有Cu鍍層的金屬板的表面圖案深度R和Cu鍍層表面的平均間隔RSm。
接著，作為上述得到的形成有Sn鍍層的試驗片的特性，與上述同樣地研究微滑動磨耗試驗中的最大接觸電阻和摩擦系數。將其結果示于表1。
[表1]
由表1所示的結果可知，各實施例中得到的試驗片均是摩擦系數均小，即使在連接部件的微滑動反復進行的情況下，也能夠抑制最大接觸電阻的升高。對于實施例11中得到的試驗片而言，使用比不銹鋼柔軟的銅合金板作為母材，因此與實施例1～10中得到的試驗片相比，摩擦系數和最大接觸電阻略高。
與此相對，各比較例中得到的試驗片的摩擦系數均大，連接部件的微滑動反復進行時，最大接觸電阻均升高。此外，對于比較例1～3、比較例6和比較例7中得到的試驗片，形成Ni鍍層后的粗糙度圖案平均深度R淺，在Ni鍍層的凹部內沒有殘留Sn，因此Ni鍍層發生磨耗，進一步母材的金屬板發生磨耗，因此最大接觸電阻升高。對于比較例4中得到的試驗片，不具有足以在Ni鍍層的凹部內殘留Sn的厚度的Sn鍍層，因此最大接觸電阻升高。此外，對于比較例5中得到的試驗片，Ni鍍層的凹部內殘留Sn鍍層，但Sn鍍層厚，因此由于微滑動形成Sn氧化物，因此最大接觸電阻升高。
此外，對于以往的比較例8中得到的試驗片而言，使用柔軟的銅合金板作為母材，因此硬且脆的薄膜的CuSn合金層容易磨削，CuSn合金層磨削后，摩擦系數升高。CuSn合金磨削后，滑動次數增加時，銅合金板產生磨耗，因此最大接觸電阻升高。
工業實用性
本發明的連接部件用材料期待用于例如電氣設備、電子設備等中使用的連接器、引線框架、線束插頭等電接點部件等。