VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES WERKSTÜCKS AUS METALL

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (1) aus Metall mit einer darauf aufgebrachten, abschnittsweise umgeschmolzenen Zinn-haltigen Schicht (6) mit folgenden Schritten:
a) galvanisches Aufbringen der Zinn-haltigen Schicht (4) auf vorgegebene erste Abschnitte (2) des Werkstücks, nachfolgend
b) Aufheizen des Werkstücks (1) auf eine erste Temperatur T1 zwischen 100°C und 230°C und nachfolgend
c) lokales Aufheizen eines in den ersten Abschnitten (2) enthaltenen zweiten Abschnitts (5) auf eine zweite Temperatur T2 zwischen 227°C und 380°C, so dass ausschließlich im zweiten Abschnitt (5) die Zinn-haltige Schicht (4) umgeschmolzen wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus Metall mit einer darauf aufgebrachten, abschnittsweise umgeschmolzenen Zinn-haltigen Schicht.

[0002] Die EP 2 468 926 A1 offenbart ein Verfahren zum Umschmelzen mit Zinn (=Sn) beschichteter Metallbänder oder Werkstücke, bei dem abschnittsweise eine galvanische Beschichtung aus Zinn auf die Metallbänder aufgebracht wird. Die Beschichtung kann anschließend umgeschmolzen werden. Durch das Umschmelzen bilden sich intermetallische Phasen aus, deren Härte größer ist als die Härte von Zinn.

[0003] Das bekannte Verfahren wird z. B. zur Herstellung von Kontaktstiften für Flachstecker verwendet. Solche Kontaktstifte weisen ein Steckende mit einem großen Querschnitt und ein Lötende mit einem kleinen Querschnitt auf. Es wird zunächst das Steckende beschichtet und in einem Ofen umgeschmolzen. Nachfolgend wird das Lötende beschichtet. Bei gleichzeitiger Beschichtung würde bei nachfolgendem Umschmelzen zuerst die Beschichtung am dünneren Ende umschmelzen, da ein geringerer Wärmeeintrag auf Grund der Geometrie nötig ist.

[0004] Das bekannte Verfahren umfasst einen ersten Beschichtungsschritt, für den galvanische Bäder sowie Werkzeuge benötigt werden. Für den nachfolgenden Heizschritt ist ein Ofen erforderlich. Nachfolgend umfasst das Verfahren einen weiteren Beschichtungsschritt, für den weitere galvanische Bäder und Werkzeuge benötigt werden. Die galvanischen Bäder und Werkzeuge müssen im Durchlaufverfahren zumindest zweifach vorgehalten werden. Das macht das bekannte Verfahren aufwendig und teuer.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, den Nachteil des Stands der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus Metall mit einer umgeschmolzenen und einer nichtumgeschmolzenen Zinn-haltigen Schicht bereitgestellt werden.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 2 bis 14.

[0007] Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks aus Metall mit einer darauf aufgebrachten, abschnittsweise umgeschmolzenen Zinn-haltigen Schicht die folgenden Schritte:

Galvanisches Aufbringen der Zinn-haltigen Schicht auf vorgegebene erste Abschnitte des Werkstücks, nachfolgend

Aufheizen des Werkstücks auf eine erste Temperatur T1 zwischen 100°C und 230°C und nachfolgend

lokales Aufheizen eines in den ersten Abschnitten enthaltenen zweiten Abschnitts auf eine zweite Temperatur T2 zwischen 227°C und 380°C, so dass ausschließlich im zweiten Abschnitt die Zinn-haltige Schicht umgeschmolzen wird. Die zweite Temperatur T2 ist größer als die erste Temperatur T1.

[0008] Bei einem Werkstück im Sinne der vorliegenden Erfindung kann es sich z. B. um einen Kontaktstift eines Steckers oder Bauelements oder ein metallisches Band handeln. Ein solches metallisches Band kann eine Vielzahl zusammenhängender Kontaktstifte umfassen, die nach dem Umschmelzen vereinzelt werden. Die Zinn-haltige Schicht kann aus Zinn oder einer Zinnlegierung gebildet sein. Je nach Anwendung hat die Zinn-haltige Schicht eine Dicke von 1 bis 10 µm, vorzugsweise 2 bis 8 µm, weiter bevorzugt 2 bis 6 µm, besonders bevorzugt 2 bis 4 µm.

[0009] Unter den vorgegebenen ersten Abschnitten des Werkstücks werden alle Abschnitte verstanden, die mit einer Zinn-haltigen Schicht beschichtet werden sollen. Die Beschichtung kann in einem Verfahrensschritt oder in direkt aufeinander folgenden Verfahrensschritten erfolgen. Damit wird im Durchlaufverfahren nur noch eine Anlage zur galvanischen Beschichtung mit der Zinn-haltigen Schicht benötigt.

[0010] Die erste Temperatur T1 wird zwischen 100°C und 223°C, vorzugsweise zwischen 200°C und 230°C, gewählt. Eine Obergrenze der ersten Temperatur T1 ist so gewählt, dass noch kein Umschmelzen der Schicht einsetzt. Vorzugsweise wird das Werkstück als Ganzes auf die Temperatur T1 in einem Ofen erhitzt.

[0011] Der mindestens eine zweite Abschnitt ist in zumindest einem ersten Abschnitt enthalten. Im zweiten Abschnitt werden durch das Umschmelzen intermetallische Phasen gebildet. Es können nacheinander auch mehrere zweite Abschnitte umgeschmolzen werden. Vorzugsweise erfolgt das lokale Aufheizen des zweiten Abschnitts mittels einer Heißluftquelle.

[0012] Die zweite Temperatur T2 wird zwischen 227°C und 380°C, vorzugsweise zwischen 227°C und 260°C, so gewählt, dass der Umschmelzvorgang ausschließlich im zweiten Abschnitt einsetzt. Dabei kann die Temperatur T2 über der eigentlichen Schmelztemperatur der Zinn-haltigen Schicht liegen. Der zweite Abschnitt wird erfindungsgemäß für eine Dauer t von 1 s bis 10 s, vorzugsweise 2 s bis 5 s, auf die zweite Temperatur T2 aufgeheizt.

[0013] Die Temperatur T2 sowie die Dauer t werden so gewählt, dass sich die gewünschten intermetallischen Phasen bilden und die Schichtdicke möglichst homogen bleibt. Insbesondere soll die Bildung unerwünschter Phasen, die z. B. durch eine Verfärbung der umgeschmolzenen Schicht erkennbar ist, vermieden werden.

[0014] Wegen des relativ geringen Temperaturgradienten zwischen den Temperaturen T1 und T2 und der kurzen Dauer t kann eine vorgegebene Geometrie des zweiten Abschnitts genau eingehalten werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass zweite Abschnitte in Bereichen mit unterschiedlichen Querschnitt bereichsweise mit verschiedenen zweiten Temperaturen T2 und verschiedenen Dauern t beaufschlagt werden können.

[0015] Beim Metall handelt es sich vorzugsweise um Kupfer oder eine Kupferlegierung. Als Kupferlegierung wird vorzugsweise eine der folgenden Legierungen verwendet: CuFe, CuFe₂P, CuNiSn, Cu-NiSi, Messing (CuZn), CuBe, CuSnZn, CuSn₄, CuSn₆ oder CuSn₈.

[0016] Auf das Werkstück kann vor dem Aufbringen der Zinn-haltigen Schicht zumindest eine Zwischenschicht, vorzugsweise galvanisch, aufgebracht werden. Vorzugsweise ist die Zwischenschicht aus Nickel und/oder Kupfer gebildet. Die Dicke der Zwischenschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 µm bis 4 µm. Die Zwischenschicht kann auf dem Werkstück vollflächig oder abschnittsweise aufgebracht sein. Verschiedene erste Abschnitte können unterschiedliche Zwischenschichten aufweisen.

[0017] Eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens ist die Beschichtung eines Kontaktstifts eines Flachsteckers, wobei ein erster Endabschnitt des Kontaktstiftes als Lötende und ein zweiter Endabschnitt des Kontaktstiftes als Steckende dient. Auf den ersten Endabschnitt und den zweiten Endabschnitt wird galvanisch eine Zinn-haltige Schicht aufgebracht. Nachfolgend wird ausschließlich die auf den zweiten Endabschnitt aufgebrachte Zinn-haltige Schicht umgeschmolzen. Insbesondere eignet sich das Verfahren, wenn der Querschnitt des Steckendes mindestens die Dicke des Querschnitts des Lötendes aufweist.

[0018] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine Schnittansicht eines Kontaktstifts eines Flachsteckers und

Fig. 2

ein Band aus Kontaktstiften.

[0019] Das Werkstück 1 in Fig. 1 ist ein Kontaktstift-Rohling, welcher vorzugsweise aus Kupfer hergestellt ist. Dieser weist einen ersten Endabschnitt 1 a, welcher das Lötende bildet, einen Verbindungsabschnitt 1 b und einen zweiten Endabschnitt 1 c, welcher das Steckende bildet, auf. Der erste Endabschnitt 1 a weist einen geringeren Querschnitt als der zweite Endabschnitt 1 c auf.

[0020] Im ersten Endabschnitt 1a und im zweiten Endabschnitt 1c befinden sich jeweils zu beschichtende erste Abschnitte 2. Der erste Endabschnitt 1 a wird galvanisch mit einer Zwischenschicht 3 aus Nickel beschichtet, die eine Dicke von vorzugsweise 0,1 µm bis 4 µm aufweist. Darauffolgend wird der im ersten Endabschnitt 1 a enthaltende erste Abschnitt 2 galvanisch mit einer Zinnschicht 4 beschichtet, die eine Dicke zwischen 1 µm und 10 µm, vorzugsweise 5 µm bis 8 µm, aufweist. Nachfolgend wird der im zweiten Endabschnitt 1c enthaltene erste Abschnitt 2 galvanisch mit einer Zinnschicht 4 beschichtet, die eine Dicke von 1 µm bis 10 µm, vorzugsweise 2 µm bis 4 µm aufweist. Alle ersten Abschnitte 2 sind damit mit einer Zinn-haltigen Schicht 4 beschichtet.

[0021] Das Werkstück 1 wird dann in einem Ofen auf eine Temperatur T1 zwischen 100°C und 230°C, vorzugsweise zwischen 200°C und 230°C, erhitzt. Anschließend wird ein zweiter Abschnitt 5 lokal z. B. mittels Heißluft auf eine höhere Temperatur T2 zwischen 227°C und 380°C, vorzugsweise zwischen 220°C und 260°C für eine Dauer t von 1 bis 10 s, vorzugsweise 2 bis 5 s erhitzt, so dass im zweiten Abschnitt 5 die Zinnschicht umschmilzt und die umgeschmolzene Zinnschicht 6 entsteht. Die Wärmeübertragung reicht bei der lokalen Erhitzung im zweiten Abschnitt 5 auf die Temperatur T2 nicht aus, um ein Umschmelzen des ersten Abschnitts 2 im ersten Endabschnitt 1 a zu bewirken.

[0022] Das Werkstück 1 in Fig. 2 ist ein Band mit einer Vielzahl von Kontaktstiften, die erste und zweite Endabschnitte 1 a, 1 c aufweisen, welche - wie beim ersten Ausführungsbeispiel - mittels der Verbindungsabschnitte 1 b miteinander verbunden sind. Die zu beschichtenden ersten Abschnitte 2, im Bereich der ersten und zweiten Endabschnitte 1 a, 1 c, werden galvanisch mit einer Zinn-haltigen Schicht beschichtet. Darauffolgend wird das Werkstück 1 in einem Ofen auf die Temperatur T1 erhitzt. Anschließend werden ausschließlich die zweiten Abschnitte 5 im Bereich der zweiten Endabschnitte 1 c auf die höhere Temperatur T2 erhitzt, so dass dort die umgeschmolzene Zinn-haltige Schicht 6 entsteht. Die Kontaktstifte werden nachfolgend im Bereich der Trennfläche 7 getrennt.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0023] 

1

Werkstück

1a

erster Endabschnitt

1b

Verbindungsabschnitt

1c

zweiter Endabschnitt

2

erster Abschnitt

3

Zwischenschicht

4

Zinn-haltige Schicht

5

zweiter Abschnitt

6

umgeschmolzene Zinn-haltige Schicht

7

Trennfläche

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks (1) aus Metall mit einer darauf aufgebrachten, abschnittsweise umgeschmolzenen Zinn-haltigen Schicht (6) mit folgenden Schritten:

a) galvanisches Aufbringen der Zinn-haltigen Schicht (4) auf vorgegebene erste Abschnitte (2) des Werkstücks, nachfolgend

b) Aufheizen des Werkstücks (1) auf eine erste Temperatur T1 zwischen 100°C und 230°C und nachfolgend

c) lokales Aufheizen eines in den ersten Abschnitten (2) enthaltenen zweiten Abschnitts (5) auf eine zweite Temperatur T2 zwischen 227°C und 380°C, so dass ausschließlich im zweiten Abschnitt (5) die Zinn-haltige Schicht (4) umgeschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zinn-haltige Schicht (4) mit einer Dicke von 1 bis 10 µm, vorzugsweise 2 bis 8 µm, vorzugsweise 2 bis 6 µm, vorzugsweise 2 bis 4 µm aufgebracht wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Temperatur T1 zwischen 200°C und 230°C gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere zweite Abschnitte (5) nacheinander umgeschmolzen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das lokale Aufheizen mittels einer Heißluftquelle erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Temperatur T2 zwischen 227°C und 260°C gewählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Abschnitt (5) für eine Dauer t von 1 s bis 10s, vorzugsweise 2s bis 5s, auf die zweite Temperatur T2 aufgeheizt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Metall um Kupfer oder eine Kupferlegierung handelt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Kupferlegierung eine der folgenden Legierungen verwendet wird: CuFe, CuFe₂P, CuNiSn, Cu-NiSi, Messing (CuZn), CuBe, CuSnZn, CuSn₄, CuSn₆ oder CuSn₈.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Aufbringen der Zinn-haltigen Schicht (4) zumindest eine Zwischenschicht (3) auf das Werkstück (1) aufgebracht wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (3) aus Nickel und/oder Kupfer gebildet ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zwischenschicht (3) mit einer Dicke von 0,1 µm bis 4 µm aufgebracht wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (1) als Kontaktstift eines Flachsteckers ausgebildet ist, wobei ein erster Endabschnitt (1a) des Kontaktstiftes als Lötende und ein zweiter Endabschnitt (1c) des Kontaktstiftes als Steckende dient,
wobei auf den ersten Endabschnitt (1 a) und den zweiten Endabschnitt (1 c) galvanisch eine Zinn-haltige Schicht (4) aufgebracht wird, und
wobei nachfolgend ausschließlich die auf den zweiten Endabschnitt aufgebrachte Zinn-haltige Schicht (4) umgeschmolzen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Querschnitt des Steckendes mindestens die Dicke des Querschnitts des Lötendes aufweist.

Zeichnung