连接器新一代高性能低成本铍铜合金171的开发

2024-11-29 10:04:32 来源:《国际线缆与连接》投稿人闻春国编译

摘要:在市场竞争日益加剧形势下,连接器设计人员必须继续寻求低成本、高性能、高可靠性的导电性弹性合金材料。合金171由新一族精铜/镍/铍合金制成,它在总体成本低于现有市场的其他铜/铍合金条件下为设计人员提供优良的性能组合,并且与其他高性能铜合金相比具有较强的竞争力。采用一种根据先进的产品计划和质量功能应用原则所制定的产品快速开发方法使得合金171实现了从开发理念到商业化生产的飞跃。这种新型材料给BrushWellman带来了新的资金投入和在带材轧制能力的进一步扩张,加之该合金独创的成分和专利性工艺开发,大大降低了其制造成本。汽车用端子现有轧制余热淬火条件在AT和1/2HT回火之间;而要求高强度的微型通信和计算机用连接器则要求严格的3/4HT和HT回火成型要求。与其他老化余热淬火铜合金相比,合金171的竞争优势包括极佳的强度/成型性组合、更高的电导率和热导率以及更好的抗应力释放特性。

关键词:连接器;合金171;屈服强度;成型性;电导率;质量指标

 

1 引言

新的汽车模型显示出一种日益电子控制和电气附件的发展趋势。这些互连器件在恶劣环境下必须具有可靠性强的特点(如大电流电源连接器和耐高温的发动机罩下的端子)以保持信号的完整性。较高的屈服强度和具有较低方向性的优良成型性是广泛应用于汽车和非汽车领域的各种连接器微型化的前提条件。

在竞争激烈的现实世界,连接器设计人员面临着降低成本的强大压力。汽车连接器的全球标准化正在逐渐减少分立设计的数量,并逐渐减少满足连接器性能要求所规定的材料使用量。用户所提出的特性要求已经超过了以前所有的低成本、商用铜合金如C26000黄铜、C42500锡-铜合金和C51000磷青铜的自身能力。连接器研究设计部门正在积极评估大量铜合金的成本-性能综合效应,并对商用铜材和传统的高性能铜-铍合金C17200和C17510的价格和性能进行比较。

BrushWellman合金171是一种新近开发的具有高竞争力的低成本、高可靠性连接器合金材料。合金171最初是用于汽车线束端子,但近年来也引起通信和数据传输连接器市场的普遍关注。试验证明,这种新型铜-铍合金可以在环境恶劣的条件下(如发动机罩下)提供可靠而经济的电源分配和信号传输性能。

合金171采用的铜/镍/铍成分比C17510还少。镍比钴和其他铜/铍合金成分的价格便宜一些。与其他高导电率的铜/铍合金C17410、C17500和C17510相比,含镍的合金171对杂质锡的要求较宽,可以直接回收镀锡废料。因此,从规模效应来说,合金171是一种到目前为止成本最低的铜/铍合金材料。

2 快速开发工艺

BrushWellman合金171是一种根据BrushWellman的快速新产品开发工艺开发的新合金材料。这一工艺严格遵循汽车工业质量标准QS9000所要求的设计、开发和推介新产品规范“先进产品质量和控制计划(APQP)方法”。

APQP方法包括下列5个阶段:

(1) 计划和定义;

(2) 产品设计和开发;

(3) 工艺设计和开发;

(4) 产品验证;

(5) 反馈、评估和用户服务。

BrushWellman合金的快速新产品开发工艺的核心原则是“质量功能应用(QFD)”。这一系统工艺有助于制造商快速提出合金材料设想并把用户的需要结合到新合金产品中去。QFD的优点有以下4条:

(1) 开发周期短;

(2) 开发出的新合金产品质量较高;

(3) 开发成本较低;

(4) 增强合金产品的营销优势。

采用QFD方法,可以输入用户的反馈意见,这样就可以促进有关各方的信息沟通,提高用户的满意度。

BrushWellman QFD的三个阶段综述如表1所示。第一阶段是新合金材料的计划阶段。在此阶段, “前期”大量的精力都花费在完全理解用户的需要和期望上,以便将用户量化表述的要求与可量化的合金材料特性联系起来,为这些特性建立目标范围,以满足用户所表述的要求。此外,在这一阶段所进行的竞争力评估还有助于预测和完成用户还没有表述出来的要求。第一阶段所额外付出的努力将会在后续阶段得到应有的回报,它减少了不正确启动以及新合金产品开发和商业化生产过程中的返工现象。

第二阶段是合金材料和工艺的设计阶段。这一综合阶段主要指冶金产品,尤其是沉淀余热淬火合金,这种设计(新产品或材料)实际上可以从该“工艺”阶段分开,以达到规定的性能要求。这两个方面必须同时进行。这既是冶金实验阶段,同时也是制造工程、合金材料轧制试生产和新产品特性的描述阶段。

第三阶段是合金材料质量方案阶段。完成合金材料试验试生产,以完全理解制造工艺参数变量对材料性能的影响;进行必要的验证合金材料试验;最后完成标准的操作程序,并完成合金材料工艺控制;对员工进行新合金产品教育和合金材料制造工艺的培训。

表1 快速新产品开发(QFD)

表1 快速新产品开发(QFD)

3 合金171的开发

QFD工艺方法起初应用于合金171的开发是看中了汽车市场的机会,以开发一种成本更低的高可靠性连接器材料,即具有0.2%的屈服强度和1/2 HT回火规定值(80~100ksi),并保持其具有竞争力的电导率和抗应力释放特性。

我们采取渐进加工法来开发合金171。采用抽样试验以描述成分少于C17510,其铍的最大含量为0.5重量%,含镍1.4%重量百分比的各种铜-镍-铍合金的特性。在这些试验中,合金的含锡量各不相同。此外,我们还在合金材料中添加锆元素以改善合金的热稳定性。一旦确定最佳工艺方法,就开始从生产铸造热处理阶段制造出具有不同表面整理厚度的多种商用规模量级水平的合金171 1/2HT带材,并进行详尽的特性描述,作为检验程序的一部分。然后再与汽车线束端子制造厂家联合进行“β试验”,在这一试验过程中,要经过连接器的冲制和功能的评估和试验,并申请了技术专利。1996年10月,合金171 1/2HT带材正式投放市场,最初应用于汽车领域。

利用快速新合金产品开发工艺可以加快开发周期,使得合金171 1/2HT带材从提出设想、实施开发到投放市场仅用12个月。相比之下,铜-铍合金174的开发周期大约要20个月,而早期重要的新型铜-铍合金材料的开发则需要24个月以上才能完成。

合金171 1/2HT带材的商业化生产之后,人们根据最初设计的实验结果和进一步的试验规程开发出合金171的其他回火材料。这些合金材料包括一种成型性非常高、可用于汽车端子的低强度的AT回火合金以及高强度的3/4HT和HT回火合金。这种高强度3/4HT和HT回火合金成本较低、可靠性较高,可用于要求良好的强度/成型性和电导率组合的通信和数据传输连接器。

4 合金171的冶金技术

商用合金171的成分见表2所示。合金171采用传统方法铸造、轧制成带材,然后在轧钢厂(余热淬火轧制)进行热处理以达到最终的特性。所形成的合金的微结构特点是细小的镍-铍颗粒均匀分布在一种α铜基层中。通过沉淀余热淬火增大其屈服强度。然后,合金材料在高温下进行回火处理,再进行快速冷却淬火、适当的冷加工,最后在低温范围内进行老化余热淬火以达到期望的强度水平。

表2 合金171的成分(重量百分比)

表2 合金171的成分(重量百分比)

试验表明,具有创新意义的合金171铜-镍-铍成分可以达到70ksi(AT回火)~125ksi(HT回火)的屈服强度,并具有理想的成型性。其含镍成分还可以提供一个比含钴合金174更好的电导率/强度组合。这样就允许合金材料存在较高的锡,而不会降低其电导率、强度、冲压特性或抗应力释放特性。因此,可以回收利用汽车镀锡连接器所用合金171中的合金废料,而不会增加脱锡成本。除了提高抗应力释放特性外,我们还发现,在合金171中添加适量的新型锆微合金使之在余热淬火轧制中具有特别强的抗热处理变化性能,而且比其他热处理增强型铜基合金材料具有更高的机械特性一致性。

5 合金171的特性

5.1 物理和机械特性

合金171的物理特性见表3所示,表中给定的密度范围与合金材料成分有关。在冲压过程中,合金171存在的轧制余热淬火形态有1/2HT、3/4HT和HT回火。AT回火是开发的最后阶段的成果,预计不久就可以投放市场。合金171的4种回火材料的特性参见表4。不过,由于AT回火材料还没有完全开发出来,其最终特性可能会有所不同。

合金171的4种回火材料的屈服强度在70 ~125 ksi范围内,其相关的非方向性弯曲成型性在0~1.5 R/t之间,其电导率最小为50% IACS。因此,合金171是一种适用于各种应用领域的连接器微型化所要求的优良的成型性/强度的多用途材料。此外,高导率也使之具有良好的温度控制能力并减小连接器的温升幅度。

表3 合金171的物理特性

合金171的物理特性

 

表4 合金171的机械特性(除另有标注外均为纵向数据)

合金171的机械特性(除另有标注外均为纵向数据)

注:在冲压过程中进行回火处理,其特性可能会发生微小的变化。

6 合金171的一致性

改善机械特性的一致性是轧制余热淬火合金171带材的重要特点。该合金材料所具有的极强的性能一致性主要归功于其可靠的轧制余热淬火工艺以及添加适量的锆减小变量对老化淬火的影响所产生的作用。具备了高度材料特性一致性再加上先进的量具控制使之变成更均匀的冲压特性和更加一致的连接器性能。

我们采用两种商用并经过加工的0.016英寸厚的合金171 1/2HT,以测试其顺着一卷长度方向(25次试验/卷)和一卷宽度方向(15次试验/卷)卷内机械和物理特性的变动情况。另外,我们还单独采用12批轧制余热淬火合金171 1/2HT回火带材(厚度在0.006~0.016英寸之间)来评估其不同批次之间的合金材料性能一致性。合金材料测试结果参见表5。在整个单一带卷中,该合金材料屈服强度、弹性模量和电导率均非常均匀一致,不同批次之间的屈服强度和电导率也具有非常高的连续性。

表5 合金171 1/2HT热处理铜带卷内和卷之间额定特性连续性(纵向)

合金171 1/2HT热处理铜带卷内和卷之间额定特性连续性(纵向)

7 合金171的应力释放特性

应用于汽车发动机罩下的导电性弹性材料要在高温下保持其可靠性必须具有优良的热稳定性或抗应力释放特性。该合金材料的应力释放特性是弹性材料在长期高温环境下在恒定张力(挠曲)作用下弹性应力的逐渐转换的结果。在连接器性能取决于固定的最低弹性力的保持情况下,必须提高室温下的弹性力以弥补应力释放所带来的弹性损耗。更多的抗应力释放合金要求减少超安全标准设计,这样就相应地减少了其插入力,从而可以进一步减小元件的外形尺寸。

该合金材料的应力释放采用著名的实验室测试方法,即给合金样品施加一个初始应力,这一初始应力一般为0.2%屈服强度的75%。合金171带材的4次轧制余热淬火等温应力释放数据参见表4。

该合金材料的应力释放是一种热激现象,因此可以采用拉森-米勒参数图形来表述。连接器材料的拉森-米勒参数一般用下列公式表达:

拉森-米勒参数=T(R)[log (t) + C]/1000

式中,T(R)=暴露绝对温度值;

      t=暴露时间(小时);

     C=25(任意常数)。

通常,我们根据一组较短时间/较高温度实验得出的该合金材料有限应力释放数据,并利用拉森-米勒曲线来推算载流弹性材料在较长时间和中低温度条件下的应力释放特性。商用合金171 1/2HT和HT带材的拉森-米勒曲线参见图1所示。在该数据组所采用的暴露温度为5000小时,其暴露温度在125℃ ~200 ℃范围内。图中列出了Olin C7025和经过应力减小处理的磷青铜C51000。然后采用与合金171相同的试验方法测得C51000和C7025 TM00数据。C7025 TM02和TM03数据来源于制造厂家的数据表。

图1表明,轧制余热淬火连接器材料如合金171和C7025的抗应力释放特性明显高于经过冷加工强化和应力减小处理后的合金C51000。而合金171 1/2HT的抗应力释放特性与C7025相当,而合金171 HT比C7025回火材料的抗应力释放特性稍强一些。

表6 合金171的应力释放特性(纵向、初始应力=0.2%屈服强度的75%)

合金171的应力释放特性(纵向、初始应力=0.2%屈服强度的75%)

注:在冲压过程中进行回火处理,其特性可能会发生微小的变化。

※※注:从HT回火数据表中估算得出。

8 合金材料的对比

现代连接器工业的全球化趋势已经打破了合金材料开发的地理障碍,扩大了全球各地设计人员的合金材料选择范围。

与Brush Wellman合金171(和合金174)对比的合金材料,即价格/性能中间区域如汽车连接器应用区包括NGK铜铍合金C17530和TMP17510;另外,还有铜-镍-硅合金Olin C7025、Outokumpu C702、Kobe CAS85、Mitsubishi MAX251和PMC102(C19010)。同时还包括铜-镁-磷合金Mitsubishi MSP1、铜-镍-锡-磷合金的Olin NB109(C19025)以及铜-锡-铁-磷合金的Kobe KLF5(C50715)和Kobe KLF5Z。汽车连接器材料的选择区所包括的合金还有铜-铁-磷合金C19700、WRM 4085 (C40850) 和锡铜合金C42500。

这些对比合金和合金174的标称成分和典型特性参见表7所示。特性数据主要来源于合金制造商提供的数据表和合金样品的现场试验结果。仅仅凭借几个例证,我们就可以估算出合金材料应力释放数据(从公布的1000小时/150℃以外的条件下得出的数据推算或从类似材料的现有数据比较得出)。

由于有关数据不完整,在下列讨论中每次进行对比时我们并没有一一列出表7中所列的所有合金材料。表7中的特性数据一般为公布数据的最小值,因此下列的对比结果是较为稳妥的。

171合金1/2HT和HT的拉森-米勒应力释放曲线

图1 171合金1/2HT和HT的拉森-米勒应力释放曲线

8.1 模锻成型的方向性

许多导电性弹性合金材料(尤其是那些只通过冷加工和某种轧制热处理沉淀增强可进行余热淬火合金)往往出现一种无法预料的弯曲成型方向性。成型的方向性在轧制造方向上限制了元件的设计。从而对元件的微型化产生不利影响,并由此影响铜带的单位元件产量。在理想状态下,合金样品成型性应尽可能高,以达到满意的铜带强度,并且可以在纵向(传统的“合适方向(GW)”)和横向(传统的“不良方向(BW)”)弯曲方向进行对比。

普遍为人们所接受的合金带材成型性试验是采用90°V模块平面应力弯曲试验。采用一组阳冲模跨过一系列不连续半径将一个具有较大的宽度-厚度比的切边坯料在V模块内弯曲。将无任何裂纹处的最小半径(对外部纤维弯曲表面进行目测)除以带材的厚度R/t,即作为材料的成型性参数。

图2比较合金171 AT~HT带材与合金174 1/2HT和合金174 HT以及一系列其他备选铜合金材料的成型方向性。所有的合金171回火与合金174 1/2HT TMP17510、C17530、CAS85和WRM4085处于同一条1∶1趋势线上。这表明合金材料具有非方向性的成型特性。C42500和C17530合金材料表现出一定的方向性,在一定的强度条件下可以完成比GW弯曲更充分的BW弯曲。合金KLF5、KLF5Z、PMC102、C7026和MAX251具有一定的方向性,使得GW弯曲稍高于BW弯曲。而更具方向性的是合金174HT和MSP1,其BW弯曲受到严重限制,尤其是合金MSP1。

表7 合金171具有材料竞争力的标称成分和最小或典型特性

合金171具有材料竞争力的标称成分和最小或典型特性

低成本、导电性弹性材料的成型方向性(90°V模块平面应力弯曲)(最佳条件=最小的R/t值位于1∶1趋势线上或在其附近)

图2 低成本、导电性弹性材料的成型方向性(90°V模块平面应力弯曲)(最佳条件=最小的R/t值位于1∶1趋势线上或在其附近)

8.2 成型性与强度

在导电性弹性材料制造成连接器而不至于出现热处理问题即通过冷加工强化或轧制余热淬火沉淀方法来强化合金材料的情况下,成型性与强度的关系是一个重要的选择标准。如果连接器元件无法成型,那么屈服强度增大就没有任何意义。同样,在没有足够强度抵抗永久性变形的情况下,其成型性再合适也无法产生一个实用的连接器。

图3是合金171、合金174和许多备选合金材料的BW弯曲成型性与纵向屈服强度的曲线图。最佳合金材料是那些位于较低(可以进行充分弯曲的较小的R/t值)区域以及曲线图的右侧。合金171、TMP17510和CAS85建立所研究的铜合金材料中最佳成型性与强度的关系的“分界线”。次级成型性与强度范围内的合金材料包括C17530、C7025、C7026、KLF5和KLF5Z、PMC102、C42500和WRM4085,远远落在后面的是MAX251、合金174HT和MSP1。

8.3 电导率与强度

电导率是选择大电流电源连接器的一个重要因素。电阻发热所导致的温升与合金的电导率成反比。如果温升幅度过大,温度升高会导致合金材料应力释放加快并影响电路的协调和整体性。热导率与电导率成正比,并且可能成为连接器装配过程中大量端接中温度控制的一个问题,因为,在端接过程中需要将热量从端接处带走。

比较导电性弹性材料的一个常用方法是采用电导率与强度关系曲线图。最佳合金材料处于图中的较高位置(具有较高的电导率)和右侧位置(具有较高强度)。图4为合金171、合金174和许多备选材料特性关系曲线图。C19700、MSP1和TMP17510显示为所有被测试合金材料中具有最高的电导率/强度综合性能。紧随此“分界线”后面的是PMC102、合金171和合金174。远远落在后面的是MAX251、C7025和C7026,而电导率/强度值最小的是合金材料KLF5、KLF5Z、NB109C17530、CAS85、C42500和WRM4085。

低成本、导电性弹性材料的成型性与强度的结合情况(最佳条件=某一给定强度下的最小R/t值)

图3 低成本、导电性弹性材料的成型性与强度的结合情况(最佳条件=某一给定强度下的最小R/t值)

8.4 应力释放与强度

从合金性能可靠性置点可以看出,在连接器的某一特定应用条件下提供满足较高抗应力释放特性要求的材料具有一定的竞争优势。图5是合金材料应力释放特性(在150温度条件的剩余应力%与室内温度下0.2%屈服强度的75%这一初始应力)与合金171、合金174和竞争性的被测材料屈服强度的关系曲线。许多被测试材料占据着约80%~95%剩余应力之间的应力释放特性区域,其整个屈服强度范围大约在65ksi~115ksi之间。合金171和C7025以及PMC102、CAS85显示出合金材料抗应力释放特性最大,而其中合金171则更胜一筹。合金材料在这一性能方面,合金174、MAX251、KLF5和KLF5Z、C17530和TMP17510则稍逊一筹,其他如MSP1、C19700、C42500和WRM4085则具有较低的抗应力释放特性。

低成本、导电性弹性材料的电导率与强度结合情况(最佳条件=某一给定强度下较高的电导率% IACS)

图4 低成本、导电性弹性材料的电导率与强度结合情况(最佳条件=某一给定强度下较高的电导率% IACS)

 

低成本、导电性弹性材料的应力释放与强度结合情况(初始应力=0.2%屈服强度的75%)(最佳条件=最高剩余应力值%)

图5 低成本、导电性弹性材料的应力释放与强度结合情况(初始应力=0.2%屈服强度的75%)(最佳条件=最高剩余应力值%)

8.5 多项特性对比

图2~5显示,合金171和其他低成本、导电性弹性合金材料具有一种或几种水平相当的性能特征。其屈服强度可能是最常见的分母。超出给定的强度范围,其中的许多合金也具有可以进行比较的标称电导率、成型性或应力释放特性。在这种情况下,如果仅限于两项性能的比较就难以选择出一定应用领域最具竞争力(成本/效率)的合金材料。

通过图6~8的多项合金性能组合的三维图形,我们可以明显地看出合金171与所选的竞争性合金的各项合金性能区别。图6是BW弯曲成型性与强度、电导率曲线。在一定的强度水平下,最佳材料将位于或非常接近于该图的底部,并且更接近于左后方(具有较高的电导率)。合金171、C7025和TMP17510处于这一类。PMC102、MAX251、合金174HT和MSP1均表现出意料不到的BW弯曲成型性,C17530、CAS85、C42500、KLF5和KLF5Z以及WRM4085均显示出较低的电导率。

低成本、导电性弹性材料的强度-电导率-成型性的结合情况(最佳条件=最小的R/t值和某一给定强度下较高的电导率(%IACS))

图6 低成本、导电性弹性材料的强度-电导率-成型性的结合情况(最佳条件=最小的R/t值和某一给定强度下较高的电导率(%IACS))

图7表示合金材料应力释放特性与屈服强度和BW弯曲成型性的关系曲线。在一定的屈服强度水平下,最佳材料将位于或非常接近于该图的最上端(具有较高的剩余应力%),并且位于或接近于右上端(具有非常充分的弯曲成型性)。进一步观察显示,合金171的4次回火和CAS85就处于这一位置,而其他所有的被测试合金材料在成型性或抗应力释放特性或成型性/抗应力释放特性方面远离这一位置。

图7 低成本、导电性弹性材料的强度-电导率-成型性的结合情况(最佳条件=最高的剩余应力%和某一给定强度下最小的R/t值)

图7、图8

图8 低成本、导电性弹性材料的强度-电导率-成型性的结合情况(最佳条件=最高的剩余应力%,较高的电导率(%IACS)和最小的R/t值)

最后,图8为合金材料应力释放特性与BW弯曲成型性和电导率变化曲线图。在一定的成型条件下(可以形成一定的连接器),最佳材料将位于曲线的上端附近(具有较高的抗应力释放特性)以及曲线的左后面(具有较高的电导率)。最高性能组合不仅反映出抗应力释放特性,而且具有极佳的成型性。这一高性能组合可以通过合金171的4种回火形态来表现出来。曲线中的其他抗应力释放合金要么电导率较低,要么成型性较差。仍有其他合金材料的所有3个特性均不符合标准要求。

8.6 性能的“质量指标

通过复杂的合金性能组合来筛选对照材料的最后一个手段是采用质量指标来表示,即将合金材料的所有相关特性按照期望的性能组合方式求得其相对指数。质量指标越高,其性能越好。对连接器来说,其性能直接与其性能如抗形变强度、弹性模量(正压力)、抗应力释放特性(正压力的保持或最大使用温度显示)和电导率(温升或温度控制能力)成正比。影响连接器制造的因素包括最差状态(BW)、弯曲成型性和密度。其最小弯曲成型性(R/t)越小,材料越容易进行成型;其密度越低,单位重量的合金材料所产出的元件就越多,这样在几何外形固定的情况下,就可以降低成品元件的单位成本。

连接器合金带材任意一种性能的质量指标(FOM)可以根据下列公式来求得,这里不考虑其计量单位。为了避免在公式中出现分母为零的现象,我们采用1+R/t项作为其分母,而不是单单采用R/t。分母中的常数100000将质量指标值规定在1~10左右的范围内。当然,可以采用综合这些特性的其它公式。任何材料的FOM绝对值(即计算的精确方法)没有通过这一公式计算许多材料的质量指标的相对排位那么重要。

FOM={E×YS+( 2×Co)]×SRR}/100000×ρ×(1+BWB)]

式中,E=弹性模量(msi);

     YS=0.2%屈服强度( ksi );

     Co=电导率(% IACS);

     SRR=抗应力释放特性(试验1000h/150℃时的剩余应力%);

     ρ=密度 (磅/英寸3);

     BWB=弯曲成型性(R/t)。

表8按照FOM值由大到小依次列出了表7(列出所有特性或进行合理的评估)中大多数合金材料的排位顺序。合金171的4种轧制余热淬火带材以其优良的成型性-屈服强度关系和高导性、高弹性模量和突出的抗应力释放特性占据性能FOM表前六位中的4位。剩余的两种材料为合金174 1/2HT和TMP17510 1/2HM。在大量生产的情况下,合金171的价格是最低的铜-铍合金带材,与其他高性能铜合金材料相比具有价格上的竞争力。因此,为设计者设计高可靠性连接器提供了难得的成本-效率组合材料选择,因为成本是连接器设计的关键因素。

表8 低成本、导电性弹性合金材料性能的质量指标

低成本、导电性弹性合金材料性能的质量指标

9 应用

在汽车连接器市场,合金171以其诱人的特性组合和突出的特性一致性广泛应用于许多0.64 mm阳端子插针应用领域的测试。在汽车端子应用中尤为重要的是其GW成型性高于0.5 R/t,这样就可以形成盒安装型插座阴连接器,并具有突出的BW弯曲成型性以便阳端子薄片可以完成平面180°的弯曲。汽车用合金171带材还可以形成各种锡镀层,如电镀锡、热浸锡和回流焊锡。

在其他应用场合,合金171在计算机和通信应用领域也备受设计人员的关注。例如,合金171目前正应用于处理器卡缘连接器。其主要优势在于它的电导率和热导率、屈服强度、成型性和价格方面。此外,还有一个应用领域就是高性能数据处理、通信和网络的高密度板-背板连接系统,它所采用的材料是合金171 3/4HT。高导率和高屈服强度的理想组合,加之良好的成型性使之可以制造出更坚固、成本/效率更高的高导性连接器。合金171 HT也因其强度高,成型性和抗应力释放性好且制造成本低等优势而成为通信连接器优良的首选材料。

10 结语

合金171是一系列新型低成本铜-镍-铍合金材料,其成分低于C17510。合金171有四种轧制余热淬火带材,其屈服强度在70~125ksi之间。汽车用合金171带材可采用电镀锡、热浸锡或回流涂镀锡。成型性具有非方向性,其性能优于以前的铜-钴-铍合金174,并优于导电性弹性合金。其电导率超过50% IACS。由于在合金材料中添加了一种微合金锆,合金171显示出极好的抗应力释放特性。这一抗应力释放特性等同或优于铜-镍-硅合金如C7025。添加少量的锆元素还增强了合金171的抗过度老化特性,使之产生优良的轧制余热淬火一致性。微量含镍成分可以降低高温冶炼炉成本,并允许合金中有较高残存锡的存在。加之,这一合金可以直接回收镀锡废料,这样就可以进一步降低成本。再采用适当的轧制余热淬火工艺和规模化生产,使得合金171成为一种目前成本最低、可靠性高的铜-铍合金,比其他高性能铜合金具有价格竞争力。

通过与其他低成本、导电性弹性合金材料相比较,合金171具有理想的成型性/强度和抗应力释放特性/强度组合。多项性能对比还显示,合金171除了最具竞争力的抗应力释放特性/强度和成型性外,还具有极佳的抗应力释放特性/成型性和电导率。连接器合金性能的“质量指标(FOM)”综合了弹性模量、强度、电导率、密度和BW弯曲成型性。四种回火合金171在质量指标方面名列前六位。其余两种为合金174 1/2HT和轧制余热淬火C17510。

合金171以其诱人的性能组合和卓越的一致性优势成为几个汽车端子应用的首选材料。目前,合金171广泛应用于非汽车应用领域,如用于处理器的卡缘连接器和用于通信、数据传输的高密度板-背板连接器。

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