在2023中国工博会暨(第五届)中国汽车新材料应用高峰论坛-汽车用铜基材料发展论坛上,安波福CS亚太区研发中心材料主管李心林对铜合金在新能源汽车连接器上的应用和思考进行了阐述。
新能源汽车连接器产品概览
汽车 – 拥有的最复杂的电子设备,它所需的计算机能力比一架航天飞机还要强大。
如今,一辆汽车内有多达2200根端子和280个塑壳连接器来确保车辆的正常运作。
完整的产品家族
5 组战略产品家族完全符合市场需求及技术发展趋势。
铜合金材料选择要求和准则
端子基材
设计要求(接触力、设计应力、耐久性等)以及材料关键性能(尺寸、弹性模量,电导率,应力松弛,镀层类型等)
应力松弛 VS 应用温度
端子选材
端子应用?
» 公端或母端?
» 公端子对材料应力松弛性能要求不高,但需要满足压接性能。
最大应用温度?
» 母端子选材主要取决于应用温度等级
» 导电率?
» 通多少安培电流? 导电率和端子尺寸
屈服强度?
» 最大屈服强度和合适的折弯成型性能
镀层?
» 锡镀层最为常见.
» 高温度条件(如> 150 °C) 常需要选择Ag 或 Au. 同时兼顾成本。
» 数据传输和安全应用型端子,如安全气囊一般用Au镀层,以保证性能的可靠稳定性。
端子镀层
接触镀层和选择准则
接触镀层的功能:优化接触界面、保护基材
主要考虑因素:正向力、寿命、应用环境、电压,电流、镀层匹配、电镀技术
Tin 锡
好的耐环境性和低成本,焊接性能好
锡铜、锡铋、锡铅等合金,提高产品焊接能力,避免锡须,但锡铅逐步被替代
电镀锡的种类较多—雾锡、亮锡、热浸等
相比其他的端子涂层,其耐磨性较差
接触性能随时间/温度退化
Silver 银
良好的电接触性能,增进信号传输(银性能最好,容易硫化,硫化后也导电)
容易受空气中的硫和氯的影响而变色
比锡硬,但相同或高于锡的摩擦系数
比电镀锡昂贵
Gold 金
良好的接触性能和耐环境性,改善导电接触阻抗,增进信号传输
良好的摩擦磨损性能,硬金比锡或银硬,且摩擦较小
金性能最稳定也最贵,但每个端子并不需要太多的材料
Copper 铜
打底用,增进电镀层附着能力
抗蚀能力(铜容易氧化,氧化后,铜绿不再导电,所以镀铜产品一定要做铜保护)
Nickel镍
打底用或做外观,增进抗蚀能力及耐磨能力
PdNi钯镍
改善导电接触阻抗,增进信号传输,耐磨性高于金
基材预镀
铜合金预镀工艺
机械刮擦
风刀
电镀:Reflow (回流锡),Matte tin(雾锡),Bright tin (亮锡),选择性电镀Ag/Au,etc.
新能源汽车连接器关键部件材料应用介绍
新能源汽车高压连接器特点
其从电压、温度、密封、载流能力以及振动等方面进行了介绍。
典型应用- 高压连接器
典型应用-充电插座及充电枪
典型应用-PDU/BDU
典型应用- 低压端子
典型应用-中央电气盒
典型应用-板端连接器
典型应用总结
其从产品应用、关注点、典型合金、镀层、成本等方面进行了总结。
材料应用面临的问题及机会
面临的问题
供应链脆弱,停产,无法按时按量交付
铜材厂电镀服务能力不足
-选择性电镀
-热浸镀锡银
-薄Ni, 耐磨, 低Cof
材料的均匀性,稳定性不够
- 磷青铜双向折弯
材料性能和产品设计及制程匹配性不够
- 弯折性 & 回弹
高性能材料专利壁垒, 应力松弛、疲劳强度数据缺少/不全
-C1808, C1807
-CuBe
贵金属复合材料,异型材, 线材生产和包装能力不足(预镀线)
原材料成本占比高
原材料交期与客户快速响应需求间的矛盾
潜在的机会
展望
随着国产化的不断推进,原材料厂商经验不断积累,对连接器产品应用了解越来越深入,一定会生产出更多的质优价廉的铜合金材料。
在国产材料的支持下,连接器厂商也一定会开发出有竞争力的连接器产品,推动汽车‘新四化’ 不断向前。