Para estas aplicaciones, el
material de contacto debe mantener una conductividad fiable, resistir el desgaste y la corrosión, y soportar millones de ciclos de funcionamiento. Para cumplir con estos requisitos, Fudar Alloy desarrolló y fabricó a modo de prueba
contactos de remache compuestos AuNi5/CuNi20 , que combinan una capa de trabajo de oro-níquel con un material base de cobre-níquel.
¿Por qué AuNi5 funciona para contactos de sensores de baja corriente?
El oro se utiliza ampliamente en aplicaciones de contacto de alta fiabilidad debido a su excelente conductividad y estabilidad química. No forma fácilmente películas de óxido o sulfuro, lo que ayuda a mantener una resistencia de contacto baja y estable.
Sin embargo, el oro puro no es ideal para todas las aplicaciones de contacto. Su dureza y resistencia son relativamente bajas, y puede deformarse bajo tensión mecánica. Al añadir níquel, el AuNi5 mejora la dureza, la resistencia, la resistencia a la soldadura de contacto y la resistencia a la corrosión, manteniendo una resistividad relativamente baja.
El AuNi5 es especialmente adecuado para circuitos secos y aplicaciones de nivel de miliamperios. También funciona bien en entornos de gasolina, lo que lo convierte en una excelente opción para contactos de sensores de combustible automotrices que requieren una salida de señal suave y precisa.
Diseño de la estructura compuesta en función de los requisitos del sensor.
El remache compuesto AuNi5/CuNi20 fue diseñado para las condiciones típicas de los sensores automotrices:
- Presión de contacto: 0,2–0,35 N
- Voltaje: 10–20 V CC
- Corriente: 150–250 mA
- Vida útil en condiciones de deslizamiento: alrededor de 3 millones de ciclos, o hasta 5 millones de ciclos en condiciones de desgaste por deslizamiento en húmedo.
- Las grietas después del aplanamiento se controlan dentro de un cuarto del diámetro del remache.
Un remache macizo de metal precioso puede ofrecer un rendimiento excelente, pero no siempre resulta rentable para la producción en grandes volúmenes. El diseño compuesto sitúa el AuNi5 únicamente en la superficie de contacto, donde su rendimiento es más necesario, mientras que el CuNi20 proporciona soporte mecánico, resistencia a la corrosión y reduce el consumo de metales preciosos.
Dibujo dimensional de contactos de remaches compuestos AuNi5/CuNi20
Esta estructura ayuda a equilibrar la fiabilidad de la señal, la durabilidad y el coste de los materiales.
Desafíos de fabricación en remaches compuestos conformados en frío
En la producción de prueba, el alambre de AuNi5 se preparó mediante fusión, fundición, laminación y trefilado en frío. El alambre de CuNi20 se preparó mediante fusión, fundición, extrusión en caliente y trefilado en frío. Posteriormente, ambos alambres se transformaron en remaches compuestos mediante un proceso de conformado en frío.
Durante las primeras pruebas, los principales desafíos fueron la alta resistencia a la deformación, la insuficiente fuerza de unión y el agrietamiento de los bordes. Estos problemas se relacionaron principalmente con la elevada dureza y el límite elástico del AuNi5 y el CuNi20.
Diagrama de fases AuNi Diagrama de fases CuNi
Para mejorar la calidad del conformado y la resistencia de la unión, se realizaron varios ajustes en el proceso:
- Aplicar un tratamiento térmico adecuado al alambre de AuNi5.
- Ajuste de las dimensiones del alambre y la relación de deformación en frío.
- Mejorar la planitud y la limpieza de las superficies de corte de alambre.
- Optimización de la geometría de la matriz y la suavidad de las herramientas.
Tras la optimización, la observación de la sección transversal mostró una buena adhesión en la interfaz AuNi5/CuNi20, sin grietas interfaciales evidentes. En las pruebas de usuario de dos lotes piloto, no se observó separación de la capa de contacto.
Morfología de los contactos de remaches compuestos AuNi5/CuNi20
Sección transversal de contactos de remaches compuestos AuNi5/CuNi20
Optimización adicional
Las pruebas de aplanamiento demostraron que aún podían producirse grietas en los bordes bajo una deformación severa. Esto se relacionaba con la geometría del remache, el espesor de la capa de contacto, las propiedades del material y la deformación desigual durante las pruebas.
Morfología de los contactos de remaches compuestos AuNi5/CuNi20 después de la prueba de aplanamiento
Para una mayor mejora, se puede considerar un proceso de remachado por soldadura por contacto. Mediante la soldadura de la cara frontal con bajo voltaje y alta corriente antes del conformado final, este método puede reducir la resistencia a la deformación, mejorar la resistencia de la unión y ayudar a disminuir el agrietamiento de los bordes en comparación con el conformado de compuestos por forjado en frío directo.
Valor para los fabricantes de sensores para automóviles
Los resultados de las pruebas demostraron que los contactos de remache compuestos AuNi5/CuNi20 cumplen con los requisitos de las aplicaciones de sensores de combustible para automóviles. En condiciones de baja tensión y baja corriente, los contactos ofrecen un deslizamiento estable, una salida de señal fluida y una larga vida útil.
En comparación con los contactos de aleación de oro macizo, la estructura compuesta utiliza el metal precioso de forma más eficiente, manteniendo el rendimiento de contacto requerido. Para los fabricantes de sensores para automóviles, esto proporciona una solución práctica que equilibra la fiabilidad, la procesabilidad y la rentabilidad.
Fudar Alloy ofrece soluciones de materiales de contacto eléctrico basadas en aplicaciones, brindando soporte a los clientes desde la selección de materiales y el diseño de la estructura compuesta hasta la optimización del proceso para aplicaciones eléctricas de baja tensión, tanto en el sector automotriz como industrial.
Si está desarrollando soluciones de contacto para aplicaciones automotrices o de vehículos eléctricos , contáctenos para analizar sus requisitos de materiales y procesos.
