Pour ces applications, le
matériau de contact doit garantir une conductivité fiable, résister à l'usure et à la corrosion, et supporter des millions de cycles de fonctionnement. Afin de répondre à ces exigences, Fudar Alloy a développé et réalisé des essais
de rivets composites AuNi5/CuNi20 , associant une couche active en or-nickel à un matériau de base en cuivre-nickel.
Pourquoi AuNi5 fonctionne pour les contacts de capteurs à faible courant
L'or est largement utilisé dans les applications de contact haute fiabilité grâce à son excellente conductivité et sa stabilité chimique. Il ne forme pas facilement de films d'oxyde ou de sulfure, ce qui contribue à maintenir une résistance de contact faible et stable.
Cependant, l'or pur n'est pas idéal pour toutes les applications de contact. Sa dureté et sa résistance mécanique sont relativement faibles, et il peut se déformer sous contrainte. L'ajout de nickel (AuNi5) améliore la dureté, la résistance mécanique, la résistance au soudage des contacts et la résistance à la corrosion, tout en conservant une résistivité relativement faible.
L'AuNi5 est particulièrement adapté aux circuits secs et aux applications de faible intensité (milliampères). Il offre également de bonnes performances dans les environnements essence, ce qui en fait un excellent choix pour les contacts de capteurs de carburant automobiles nécessitant un signal de sortie stable et précis.
Conception de la structure composite en fonction des exigences des capteurs
Le rivet composite AuNi5/CuNi20 a été conçu pour les conditions typiques des capteurs automobiles :
- Pression de contact : 0,2–0,35 N
- Tension : 10–20 V CC
- Courant : 150–250 mA
- Durée de vie en glissement : environ 3 millions de cycles, ou jusqu'à 5 millions de cycles en conditions d'usure par glissement humide
- Les fissures après aplatissement sont maîtrisées dans un quart du diamètre du rivet.
Un rivet en métal précieux massif offre d'excellentes performances, mais son coût n'est pas toujours optimal pour une production en grande série. La conception composite utilise l'AuNi5 uniquement sur la surface de contact, là où ses performances sont les plus nécessaires, tandis que le CuNi20 assure le support mécanique, la résistance à la corrosion et permet de réduire la quantité de métal précieux utilisée.
Dessin dimensionnel des contacts de rivets composites AuNi5/CuNi20
Cette structure permet d'équilibrer la fiabilité du signal, la durabilité et le coût des matériaux.
Défis liés à la fabrication des rivets composites à frappe à froid
Lors de la production pilote, le fil AuNi5 a été préparé par fusion, coulée, laminage et tréfilage à froid. Le fil CuNi20 a été préparé par fusion, coulée, extrusion à chaud et tréfilage à froid. Les deux fils ont ensuite été transformés en rivets composites par frappe à froid.
Au cours des premiers essais, les principaux défis rencontrés étaient une résistance à la déformation élevée, une adhérence insuffisante et des fissures en bordure. Ces problèmes étaient principalement liés à la dureté et à la limite d'élasticité élevées des fils AuNi5 et CuNi20.
Diagramme de phases AuNi Diagramme de phases CuNi
Afin d'améliorer la qualité du formage et la résistance de la liaison, plusieurs ajustements de processus ont été effectués :
- Appliquer un traitement thermique approprié au fil AuNi5
- Ajustement des dimensions du fil et du rapport de déformation à froid
- Amélioration de la planéité et de la propreté des surfaces de coupe au fil
- Optimisation de la géométrie de la matrice et de la régularité de l'outillage
Après optimisation, l'observation en coupe transversale a révélé une bonne adhésion à l'interface AuNi5/CuNi20, sans fissures interfaciales apparentes. Lors des essais utilisateurs sur deux lots pilotes, aucune séparation de la couche de contact n'a été observée.
Morphologie des contacts de rivets composites AuNi5/CuNi20
Coupe transversale des contacts de rivets composites AuNi5/CuNi20
Optimisation supplémentaire
Les essais d'aplatissement ont montré que des fissures en bordure pouvaient se former même sous forte déformation. Ce phénomène était lié à la géométrie des rivets, à l'épaisseur de la couche de contact, aux propriétés des matériaux et à une déformation irrégulière lors des essais.
Morphologie des contacts de rivets composites AuNi5/CuNi20 après essai d'aplatissement
Pour une amélioration supplémentaire, un procédé de rivetage par soudage par contact peut être envisagé. En utilisant un soudage en bout à basse tension et à courant élevé avant la mise en forme finale, cette méthode permet de réduire la résistance à la déformation, d'améliorer la résistance de liaison et de limiter la fissuration des bords par rapport à la mise en forme directe des composites par frappe à froid.
Valeur pour les fabricants de capteurs automobiles
Les résultats des essais ont démontré que les contacts à rivets composites AuNi5/CuNi20 répondent aux exigences des capteurs de carburant automobiles. Sous basse tension et faible intensité, ces contacts assurent un glissement stable, un signal de sortie régulier et une longue durée de vie.
Comparée aux contacts en alliage d'or massif, la structure composite permet une utilisation plus efficace du métal précieux tout en conservant les performances de contact requises. Pour les fabricants de capteurs automobiles, il s'agit d'une solution pratique alliant fiabilité, facilité de mise en œuvre et rentabilité.
Fudar Alloy propose des solutions de matériaux de contact électrique adaptées à chaque application, accompagnant ses clients de la sélection des matériaux et de la conception de la structure composite à l'optimisation des procédés pour les applications automobiles, industrielles et électriques basse tension.
Si vous développez des solutions de contact pour l'automobile ou les véhicules électriques , contactez-nous pour discuter de vos besoins en matériaux et procédés.
