專利名稱：碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳平板換向器的成型方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步，目前，無論是從經(jīng)濟(jì)性還是從實用性的角度來說，單一 材料已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)對材料綜合性能的需求，因此，國內(nèi)外材料科 學(xué)工作者正致力于研究和開發(fā)新材料及異種材料的連接技術(shù)。換向器廣泛應(yīng)用 于汽車、家用電器等直流電動機上，是電動機中制造工藝最復(fù)雜，加工難度最 大的結(jié)構(gòu)件，可以說，目前每年換向器的需求是以億計的，加之由于電刷與換 向器接觸產(chǎn)生的磨損，幾乎使用一年換向器就需要更換一次。所以，從經(jīng)濟(jì)角 度去看，新型換向器的生產(chǎn)工藝的研究是必須和急迫的。如果采用單一的銅及 其合金制造其換向葉片，會帶來潤滑不足，磨損、腐蝕嚴(yán)重等問題，使換向器 性能下降，壽命降低，所以可以采用石墨與銅的復(fù)合結(jié)構(gòu)解決上述問題。
國外先進(jìn)的汽車燃油泵電機采用了碳換向器，我國的碳換向器生產(chǎn)設(shè)計還 處于空白，目前還沒有企業(yè)正式生產(chǎn)這種換向器。從目前現(xiàn)有涉及平板換向器 的專利的情況看，多采用單一結(jié)構(gòu)材料或者來用復(fù)合材料的方式，依然存在工 藝復(fù)雜、磨損嚴(yán)重、綜合性能強烈依賴于石墨或者銅及其合金性能的提高等方 面的制約，如果采用材料復(fù)合結(jié)構(gòu)，成本偏高。由于具有良好的導(dǎo)電性，銅和 石墨都是電器產(chǎn)品常用的材料，換向器原為含少量銀的銅，因其頻繁與碳刷接 觸，磨損嚴(yán)重，使用壽命很短，為改善其工作狀態(tài)，延長使用壽命，可以采用 石墨與銅連接的復(fù)合結(jié)構(gòu)形式，這必然要涉及到異種材料的連接問題。由于石 墨與銅物理性能的差異，用一般的方法很難實現(xiàn)二者之間的可靠連接，所以從
現(xiàn)有的專利及文獻(xiàn)情況看，幾乎沒有采用釬焊方法來實現(xiàn)這種新型換向器的連
接的。如中國專利號為ZL03239176.5，授權(quán)公告號為CN2607682，授權(quán)公告 日為2004.03.24的平面碳換向器的公開文獻(xiàn)采用了膠結(jié)結(jié)構(gòu)將碳塊和銀銅合 金鍍層連接成型，但是膠結(jié)存在涂層不均勻，使得電阻率不穩(wěn)定等缺點；中國 專利號ZL03239176.5的平面碳換向器和ZL99806948.5，公開號為CN1304576，
公開日為2001.07.18的碳換向器的公開文獻(xiàn)都涉及到碳換向器，但結(jié)構(gòu)單一，
需要輔助結(jié)構(gòu)來減少電阻或者添加固定裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有碳平板換向器制造中存在的工藝復(fù)雜、磨損嚴(yán)重、綜 合性能強烈依賴于石墨或者銅及其合金性能的提高等方面的因素缺點，以及采 用復(fù)合結(jié)構(gòu)，成本偏高，電阻率不穩(wěn)定，需要輔助結(jié)構(gòu)來減少電阻或者添加固 定裝置的弊端，而提出一種碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法。
本發(fā)明步驟如下
.步驟一采用成分為Ti、 Zr、 Ni、 Cu四種元素的釬料，釬料中的四種元 素的質(zhì)量百分比為Ti: 25 50%， Zr: 12 35%， Ni: 10 15%， Cu:余量，
將釬料加工成所需形態(tài)；
步驟二對碳板和銅換向葉片待焊部位表面進(jìn)行清理；
步驟三將釬料添加到碳板和銅換向葉片之間并裝夾于對心裝置中，施加 0.0001 1MPa的軸向壓力，置于真空加熱設(shè)備中實施釬焊，焊接成型后，冷 卻，取出；
步驟四進(jìn)行后續(xù)的銑槽、繞線、點焊、組裝后即可為成品。
本發(fā)明采用活性釬料進(jìn)行直接一步釬焊成型，不需對碳板進(jìn)行表面金屬化 處理，可以避免金屬化技術(shù)帶來的質(zhì)量難于控制、技術(shù)復(fù)雜、成本升高等問題。 目前對于碳換向器來說還沒有采用釬焊技術(shù)進(jìn)行連接的方法，本發(fā)明的工藝簡 單，操作方便，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，也易于進(jìn)行技術(shù)改革。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式的步驟如下
步驟一采用成分為Ti、 Zr、 Ni、 Cu四種元素的釬料，釬料中的四種元 素的質(zhì)量百分比為Ti: 25 50%， Zr: 12 35%， Ni: 10 15%， Cu:余量，
將釬料加工成所需形態(tài)；
步驟二對碳板和銅換向葉片待焊部位表面進(jìn)行清理； . 步驟三將釬料添加到碳板和銅換向葉片之間并裝夾于對心裝置中，施加
0.0001 1MPa的軸向壓力，置于真空加熱設(shè)備中實施釬焊，焊接成型后，冷 卻，取出； 步驟四進(jìn)行后續(xù)的銑槽、繞線、點焊、組裝后即為成品。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于步驟一中的
釬料形態(tài)為非晶態(tài)或晶態(tài)的釬料箔或粉末釬料，其它步驟與具體實施方式
一相
同。非晶態(tài)的釬焊箔是采用快速凝固技術(shù)制成。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
二的不同點在于步驟一中的
釬料按配比制成非晶態(tài)或晶態(tài)的釬料箔，釬料箔的厚度為10 50|im，釬料箔
沖剪成與焊接接頭相同的形狀，釬料箔的內(nèi)孔徑與銅換向葉片和碳板的內(nèi)孔徑
相同，釬料箔的外徑比銅換向葉片或者碳板中的最大外徑大0 2mm。其它步 驟與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
三的不同點在于釬料箔的厚
度為15 40(im，釬料箔的外徑比銅換向葉片或者碳板中的最大外徑大0.5 1.5mm。其它步驟與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四的不同點在于釬料箔的厚 度為20pm，釬料箔的外徑比銅換向葉片或者碳板中的最大外徑大lmm。其它 步驟與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五的不同點在于步驟三中釬 料箔清洗后直接置于銅換向葉片和碳板的待焊表面之間；其它步驟與具體實施
方式五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
二不同點在于步驟一中的釬 料制成粉末的形態(tài)，釬料是按配比配制后，裝入球磨機中，在氬氣保護(hù)下或者
空氣中球磨2 24小時，制成粉末形態(tài)的釬料。其它步驟與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
七不同點在于在氬氣保護(hù)下
或者空氣中球磨5 20小時。其它步驟與具體實施方式
七相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
八不同點在于在氬氣保護(hù)下
或者空氣中球磨15小時。其它步驟與具體實施方式
八相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
九不同點在于步驟三中的粉 末形態(tài)的釬料，經(jīng)黏結(jié)劑混合成膏體后涂抹于銅換向葉片和碳板的待焊表面之 間或粉末壓坯成形置于銅換向葉片和碳板的待焊表面之間部位，釬料厚度都不
大于2mm。其它步驟與具體實施方式
九相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于步驟三中
采用真空加熱設(shè)備以3(TC/min的速率將焊件加熱到釬料熔點溫度保溫2 10min，然后以20°C/min的速率升溫到高于釬料熔點20 100°C的溫度保溫l 20min，然后停止加熱，待釬料凝固后撤去壓力。其它步驟與具體實施方式
一 相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
十一的不同點在于真空加 熱設(shè)備以30°C/min的速率將焊件加熱到釬料熔點溫度保溫4 8min，然后以 20°C/min的速率升溫到高于釬料熔點40 80。C的溫度保溫3 18min。其它步 驟與具體實施方式
十一相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
十二的不同點在于真空加 熱設(shè)備以30°C/min的速率將焊件加熱到釬料熔點溫度保溫5min，然后以 20°C/min的速率升溫到高于釬料熔點50。C的溫度保溫15min。其它步驟與具 體實施方式十二相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
十三不同點在于步驟三進(jìn) 行粉末形態(tài)的釬料釬焊時，加熱至黏結(jié)劑揮發(fā)溫度時，增加一段保溫時間，保 溫時間為10 20min，促進(jìn)上述反應(yīng)的發(fā)生充分。其它步驟與具體實施方式
十 三相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一不同點在于釬料的質(zhì)量 百分比為Ti: 30 40%， Zr: 12 30%， Ni: 12 15%， Cu:余量，其它步 驟與具體實施方式
一相同。
'具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
十五不同點在于釬料的質(zhì) 量百分比為Ti: 32 38%， Zr: 12 20%， Ni: 14 15%， Cu:余量。其它 步驟與具體實施方式
十五相同。 .
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
十六不同點在于Ti: 35%， Zr: 12%， M: 15%， Cu:余量。其它步驟與具體實施方式
十六相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于步驟四中
在軸向方向上施加0.05 0.8MPa的壓力。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
十八的不同點在于步驟四 中在軸向方向上施加0.1 0.6MPa的壓力。其它與具體實施方式
十八相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
十九的不同點在于步驟四
中在軸向方向上施加0.2MPa的壓力。其它與具體實施方式
十九相同。
本發(fā)明由于銅經(jīng)焊接熱循環(huán)后硬度會顯著下降，所以必須選用釬焊溫度在 實現(xiàn)焊接的條件下盡量低的熔點的釬料，與目前研究的一些釬料相比，本發(fā)明 選用的釬料Zr的含量可以降低，而增加Ni及Cu元素的含量。其中Zr元素是 為了提高釬料的非晶形成能力，如果采用粉末或者壓坯的形式，Zr元素含量 可以進(jìn)一步降低，而且能夠降低接頭的電阻率。該方法適合生產(chǎn)的換向器的尺 寸范圍為換向器外徑為3 360mm。
權(quán)利要求
1、碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，其特征在于它的步驟如下步驟一采用成分為Ti、Zr、Ni、Cu四種元素的釬料，釬料中的四種元素的質(zhì)量百分比為Ti25～50％，Zr12～35％，Ni10～15％，Cu余量，將釬料加工成所需形態(tài)；步驟二對碳板和銅換向葉片待焊部位表面進(jìn)行清理；步驟三將釬料添加到碳板和銅換向葉片之間并裝夾于對心裝置中，施加0.0001～1MPa的軸向壓力，置于真空加熱設(shè)備中實施釬焊，焊接成型后，冷卻，取出；步驟四進(jìn)行后續(xù)的銑槽、繞線、點焊、組裝后即為成品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，其特 征在于步驟一中的釬料形態(tài)為非晶態(tài)或晶態(tài)的釬料箔或粉末釬料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，其特 征在于步驟一中的釬料按配比制成非晶態(tài)或晶態(tài)的釬料箔，釬料箔的厚度為 10 50pm，釬料箔沖剪成與焊接接頭相同的形狀，釬料翁的內(nèi)孔徑與銅換向 葉片和碳板的內(nèi)孔徑相同，釬料箔的外徑比銅換向葉片或者碳板中的最大外徑 大0 2mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，其特 征在于步驟三中釬料箔清洗后直接置于銅換向葉片和碳板的待焊表面之間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，其特 征在于步驟一中的釬料制成粉末的形態(tài)，釬料是按配比配制后，裝入球磨機中， 在氬氣保護(hù)下或者空氣中球磨2 24小時，制成粉末形態(tài)的釬料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，其特 征在于步驟三中的粉末形態(tài)的釬料，經(jīng)黏結(jié)劑混合成膏體后涂抹于銅換向葉片 和碳板的待焊表面之間或粉末壓坯成形置于銅換向葉片和碳板的待焊表面之 間部位，釬料厚度都不大于2mm。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，其特 征在于步驟三中采用真空加熱設(shè)備以30。C/min的速率將焊件加熱到釬料熔點 溫度保溫2 10min，然后以20°C/min的速率升溫到高于釬料熔點20 100°C 的溫度保溫l 20min，然后停止加熱，待釬料凝固后撤去壓力。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，其特 征在于步驟三進(jìn)行粉末形態(tài)的釬料釬焊時，加熱至黏結(jié)劑揮發(fā)溫度時，增加一 段保溫時間，保溫時間為10 20min。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，其特 征在于Ti: 35%， Zr: 12%, M: 15%, Cu:余量。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，其特 征在于步驟四中在軸向方向上施加0.2MPa的壓力。
全文摘要
碳銅復(fù)合結(jié)構(gòu)換向器釬焊一次成型方法，它涉及碳平板換向器的成型方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有工藝復(fù)雜、磨損嚴(yán)重、復(fù)合結(jié)構(gòu)成本偏高、電阻率不穩(wěn)定或添加固定裝置的弊端。它的步驟如下一、釬料中Ti25～50％，Zr12～35％，Ni10～15％，Cu余量，將釬料加工成所需形態(tài)；二、對碳板和銅換向葉片待焊部位表面清理；三、將釬料添加到碳板和銅換向葉片之間并裝夾于對心裝置中，施加0.0001～1MPa的軸向壓力，置于真空加熱設(shè)備中實施釬焊，焊接成型后，冷卻，取出；四、進(jìn)行后續(xù)的銑槽、繞線、點焊、組裝后即為成品。本發(fā)明采用活性釬料進(jìn)行直接一步釬焊成型，不需對碳板進(jìn)行表面金屬化處理。本發(fā)明的工藝簡單，操作方便，生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號H01R39/00GK101098064SQ200710072470
公開日2008年1月2日 申請日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者鵬 何, 馮吉才, 張九海, 謝鳳春 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)