Brevet FR2862164A1 — publié le 20050513

Contact électrique en matériaux co-laminés et procédé de fabrication d'un tel contact Domaine technique de l'invention L'invention concerne un contact électrique comportant des zones de contact interne à base de cuivre et une paroi externe à base d'acier. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un contact électrique. État de la technique Une température d'utilisation de 120 C est généralement considérée comme la température limite d'un contact électrique en alliage cuivreux travaillant par pression. Or, dans certains cas, le contact électrique doit pouvoir travailler dans des ambiances plus chaudes. Pour résoudre le problème de relaxation sous contrainte sous l'effet de la température des contacts électriques utilisés dans toutes les industries, il est connu d'utiliser un contact composé d'un alliage cuivreux bon conducteur de l'électricité (le cuivre pur étant le meilleur conducteur) lorsqu'il s'agit de faire passer un courant électrique. L'alliage cuivreux est préféré au cuivre pur dans le cas d'un contact électrique à pression de contact, car ses performances mécaniques sont meilleures. Cependant, avec la température, l'alliage cuivreux peut se relâcher par déformation, entraînant une diminution de la pression de contact, créant un effet d'échauffement par emballement, susceptible de perturber gravement la fonction du contact, ou même d'enflammer le contact. Il a déjà été proposé d'utiliser un contact en deux parties, comprenant une première pièce en alliage cuivreux pour le passage du courant, et une seconde pièce en acier, conformée en cage extérieure, permettant de maintenir une pression de contact de la pièce en alliage cuivreux. Ce type de contact résout le problème de la relaxation en résistant à des températures élevées, mais nécessite une structure à deux pièces distinctes, ce qui augmente fortement les coûts. Objet de l'invention L'objet de l'invention consiste à réaliser un contact ne présentant pas ces inconvénients et, plus particulièrement, un contact électrique permettant de conserver une pression de contact suffisante à des températures comprises entre 120 C et 250 C. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le contact électrique est constitué par deux matériaux co-laminés formant respectivement une couche en alliage cuivreux, constituant les zones de contact interne, et une couche en alliage d'acier. Selon un développement de l'invention, l'épaisseur de la couche en alliage d'acier est comprise entre 10 % et 30 % de l'épaisseur totale des deux couches du contact. Selon un mode de réalisation préférentiel, le contact comporte une extrémité de fixation, destinée à être soudée sur un circuit imprimé, et repliée de manière à ce que la couche en alliage cuivreux entoure la couche en alliage d'acier. L'invention a également pour but un procédé de fabrication d'un contact comportant les étapes suivantes: fabrication d'un feuillard en alliage cuivreux d'épaisseur prédéterminée, fabrication d'un feuillard en alliage d'acier d'épaisseur inférieure au feuillard en alliage cuivreux, assemblage des deux feuillards dans un laminoir à rouleaux travaillant en pression à froid, - application d'un traitement anticorrosion sur les matériaux co-laminés après le passage dans le laminoir, - découpage selon la forme souhaitée du contact, formage par pliage de la structure du contact selon la forme souhaitée. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de différents modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue, en perspective, d'un contact selon l'invention. La figure 2 est une vue de face du contact selon la figure 1. La figure 3 est une vue de côté en coupe selon A-A, du contact selon la figure 1. Les figures 4 et 5 représentent, respectivement en vue de côté et en vue de 25 dessus, le contact selon la figure 1. La figure 6 représente, une vue en perspective, d'une variante de réalisation d'un contact selon l'invention. Les figures 7 et 8 sont des vues, respectivement de face et en coupe selon B-B, du contact selon la figure 6. Les figures 9 à 11 représentent schématiquement, en coupe, trois étapes successives de la fabrication d'un contact selon la figure 1. Description de modes particuliers de réalisation. Les figures 1 à 5 représentent un premier mode particulier de réalisation d'un contact 1. Le contact 1, constituant la partie femelle d'un contact électrique, est réalisé avec deux couches indissociables de matériaux colaminés. Le contact 1 est formé de zones de contact interne 2 et d'une paroi externe 3. Les zones de contact interne 2 sont composées d'une couche à base de cuivre 4, de préférence une couche en alliage cuivreux et la paroi externe 3 est composée d'une couche à base d'acier 5, de préférence une couche en alliage d'acier inoxydable. Les zones de contact interne 2 servent de surface de contact permettant de véhiculer le courant. La paroi externe 3, faisant fonction de ressort, permet de maintenir la pression de contact exercée par des lames 6 sur la partie mâle (non représentée) d'un contact électrique. Ce sont donc les deux couches 4 et 5 qui composent les deux couches indissociables des matériaux co-laminés du contact 1. Le contact 1 se compose d'un corps 7 de forme générale rectangulaire. Le corps 7 est creux, de manière à délimiter un logement de réception de la partie mâle non représentée d'un contact électrique. Quatre lames 6a, 6b, 6c et 6d sont découpées partiellement dans la paroi du corps 7 (figures 2 et 5). Les lames 6a à 6d sont solidaires du corps 7 au niveau d'une première extrémité et sont orientées vers l'intérieur du corps 7, en direction de l'entrée de la partie mâle dans le corps creux 7 (figures 3 et 5). Leur deuxième extrémité, appelée extrémité libre, est de préférence arrondie (figure 3). Les quatre lames 6a à 6d font saillie à l'intérieur du corps 7 de manière à entrer en contact, par leurs extrémités libres repliées, avec les zones conductrices, introduites entre les lames 6a à 6d dans le corps 7, de la partie mâle d'un contact électrique. Les lames 6a à 6d délimitent la zone de contact de la partie femelle avec la partie mâle d'un contact électrique. Le contact 1 comporte également une extrémité de fixation 8 dotée de deux pattes 9 et 10 de raccordement. La patte 9 se situe dans le prolongement d'une première paroi du corps 7, et la patte 10 est située dans le prolongement de la paroi opposée à la première paroi du corps 7. Les pattes 9 et 10 de raccordement sont composées par les mêmes matériaux colaminés avec la couche en alliage cuivreux 4 et la couche en alliage d'acier 5. Le contact 1 étant destiné à être soudé sur un circuit imprimé, les pattes 9 et 10 sont repliées vers l'extérieur du corps 7 (figure 1). Les pattes 9 et 10 de l'extrémité de fixation 8 offrent donc la particularité d'avoir, contrairement au corps 7, la couche en alliage cuivreux 4 dans le rôle de la paroi externe 3. La couche en alliage d'acier 5 est alors entourée par la couche en alliage cuivreux 4 destinée à être soudée. Le contact 1, composé des deux matériaux co-laminés, est constitué par une seule pièce. Ainsi, les caractéristiques des matériaux co-laminés sont déterminantes pour obtenir un contact 1 résolvant le problème de la relaxation sous contrainte sous l'effet de la chaleur. Comme représenté sur la figure 3, l'épaisseur el de la couche en alliage cuivreux 4 est très supérieure à l'épaisseur e2 de la couche en alliage d'acier 5. De préférence, l'épaisseur e2 de la couche en alliage d'acier 5 est comprise entre 10 % et 30 % de l'épaisseur totale des deux couches du contact 1. À titre d'exemple, pour obtenir un contact 1 avec des caractéristiques de fonctionnement optimales, l'épaisseur e2 de la couche en alliage d'acier 5 est de l'ordre de 20 % de l'épaisseur totale des deux couches du contact 1. Le module de Young de l'acier, ou module d'élasticité, est de l'ordre de 180000 MPa minimum. (Ce qui reste, comparativement, très supérieur au module de Young des meilleurs alliages cuivreux, qui sont de l'ordre de 130000 Mpa). La résistance mécanique de l'alliage d'acier est, de préférence, supérieure à 650 N/mm2. Les performances mécaniques de l'acier offre, de plus, l'avantage de ne pas se dégrader pour des températures allant de 120 C à 250 C. C'est donc par un choix judicieux des épaisseurs relatives et des caractéristiques mécaniques de chaque couche 4 et 5, qu'il est possible d'obtenir un contact 1 avec des caractéristiques optimales, sans être perturbé par le fonctionnement sous température élevée, par exemple supérieure à 120 C, grâce à la rigidité mécanique apportée par la couche en alliage d'acier 5. Les figures 6 à 8 représentent un second mode particulier de réalisation d'un contact selon l'invention qui se distingue du contact selon les figures 1 à 5 par son type de fixation. II est, en effet, destiné à être serti sur un câble (non représenté). Il comporte deux butées symétriques 11 et 12, en saillie dans le contact 1. Elles sont repliées vers l'intérieur du corps 7 au niveau de la séparation entre le corps 7 et l'extrémité de fixation 8. Les deux butées 11 et 12 sont solidaires d'une des parois du corps 7. Elles ont donc la même épaisseur et sont composées des mêmes matériaux co-laminés que le corps 7. La couche en alliage cuivreux 4 des butées 11 et 12 fait donc face à l'intérieur du corps 7 et la couche en alliage d'acier 5 fait face à l'extrémité de fixation 8. L'extrémité de fixation 8, formée dans le prolongement de la paroi du corps 7 opposée à celle portant les butées 11 et 12, comporte deux ailes de sertissage 13 et 14 symétriques et aptes à être repliées par sertissage vers l'intérieur du contact 1 pour servir de cage protectrice à un câble ou un ensemble de fils électriques éventuels (non représentés). Le contact 1 selon la figure 6 étant destiné à être serti, l'extrémité de fixation 8 doit avoir une longueur suffisante pour accueillir le câble ou l'ensemble de fils électriques éventuels. La paroi extérieure 3 de l'extrémité de fixation 8 est constituée de la couche en alliage d'acier 5, tandis que la couche en alliage cuivreux 4 reste à l'intérieur du contact 1. Une languette 18 est également reliée à l'extrémité de fixation 8 (figures 6 à 8). Cette languette 18 provient de la fabrication des contacts. En effet, pour faciliter le transport, les contacts sont livrés par bandes relativement longues, dans lesquels les contacts sont disposés côte à côte. Les languettes 18, associées à des contacts adjacents, sont initialement solidaires les unes des autres. Un contact 1 et la languette 18 associée sont ensuite désolidarisés de la bande. La languette 18 est séparée du contact 1 associé après l'opération de sertissage. Un mode particulier de fabrication d'un contact 1 selon l'invention va être décrit plus en détail au regard des figures 9 à 11. Tout d'abord, un feuillard en alliage cuivreux 15, d'épaisseur e3, est fabriqué (figure 9). La composition de l'alliage cuivreux, ainsi que l'épaisseur e3 du feuillard 15, sont définies au préalable selon la taille souhaitée du contact 1 et l'utilisation envisagée. Puis, un feuillard en alliage d'acier 16, d'épaisseur e4, est fabriqué (figure 10). La composition de l'alliage d'acier, ainsi que l'épaisseur e4 du feuillard 16, sont définies au préalable selon la taille souhaitée du contact 1 et l'utilisation envisagée. L'épaisseur e4 du feuillard en alliage d'acier 16 est, de préférence, de l'ordre de 20 % de l'épaisseur totale des deux feuillards 15 et 16. Enfin, comme représenté sur la figure 11, les deux feuillard 15 et 16 sont assemblés par laminage à l'aide d'un laminoir à rouleaux 17 travaillant à froid. Il est important de prévoir, pour les deux feuillards 15 et 16, des épaisseurs e3 et e4 supérieures à el et e2, avant le passage dans le laminoir 17. En effet, lors du passage entre les rouleaux de travail du laminoir 17, les épaisseurs e3 et e4 des deux feuillards 15 et 16 vont se réduire à cause de la forte pression exercée par les rouleaux. Le calcul des épaisseurs el, e2, e3 et e4 doit donc tenir compte de cette réduction due à la phase de laminage. À titre d'exemple, si l'épaisseur totale désirée du contact 1 est de l'ordre de 1 mm, l'épaisseur de la couche en alliage d'acier 5 est de l'ordre de 0,2mm et celle de la couche en alliage cuivreux 4 de l'ordre de 0,8mm (pour une meilleure lisibilité sur les figures 9 à 11, les dimensions ont été exagérées tout en gardant o les proportions entre les deux feuillards 15 et 16 et entre les deux couches 4 et 5). Les matériaux co-laminés ainsi obtenus peuvent ensuite subir d'autres phases de transformation. À titre d'exemple, une phase optionnelle de recuit peut être effectuée pour destresser les deux feuillards assemblés, c'est-à-dire enlever les contraintes résiduelles apparues lors de la phase de laminage. L'application d'un traitement anticorrosion, par exemple un nickelage, une argenture, une dorure, ou un étamage avec de l'étain pur, peut être effectuée partiellement ou totalement sur les matériaux co-laminés, notamment sur la couche en alliage cuivreux 4. Puis le découpage des deux feuillards et le pliage selon la forme souhaitée de la structure du contact 1 terminent le procédé de fabrication d'un contact 1 selon l'invention. Ainsi, l'utilisation de matériaux composites co-laminés, pour la fabrication d'un contact électrique, permet de travailler dans des atmosphères de fortes températures (supérieures à 120 C). Le coût de fabrication du contact est peu élevé, puisqu'il n'y a qu'une pièce à fabriquer, découper et former. Le gain de temps est également important car les matériaux co-laminés sont facilement découpables et pliables. Revendications 1. Contact électrique comportant des zones de contact interne (2) à base de cuivre et une paroi externe (3) à base d'acier, caractérisé en ce qu'il est constitué par deux matériaux co-laminés formant respectivement une couche en alliage cuivreux (4), constituant les zones de contact interne (2), et une couche en alliage d'acier (5). 2. Contact selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche en alliage d'acier (5) est comprise entre 10 % et 30 % de l'épaisseur totale des deux couches du contact (1). 3. Contact selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le module d'élasticité de l'alliage d'acier est supérieur à 180000 MPa. 4. Contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résistance mécanique de l'alliage d'acier est supérieure à 650 N/mm2. 5. Contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une extrémité de fixation (8), destinée à être sertie. 6. Contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une extrémité de fixation (8), destinée à être soudée sur un circuit imprimé, et repliée de manière à ce que la couche en alliage cuivreux (4) entoure la couche en alliage d'acier (5). 7. Contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la couche en alliage cuivreux (4) est recouverte d'une protection de type étamage, argenture, nickelage ou dorure. 8. Procédé de fabrication d'un contact selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - fabrication d'un feuillard en alliage cuivreux (15) d'épaisseur (e3) prédéterminée, fabrication d'un feuillard en alliage d'acier (16) d'épaisseur (e4) inférieure au feuillard en alliage cuivreux (15), - assemblage des deux feuillards (15) et (16) dans un laminoir à rouleaux (17) travaillant en pression à froid, - application d'un traitement anticorrosion sur les matériaux co-laminés après le passage dans le laminoir (17), découpage selon la forme souhaitée du contact (1), formage par pliage de la structure du contact (1) selon la forme souhaitée. 9. Procédé de fabrication d'un contact selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte, après l'assemblage des deux feuillards (15) et (16) dans le laminoir (17) et avant l'application du traitement anti-corrosion, une phase de recuit des deux feuillards (15) et (16) assemblés.