一種石墨-銅復合式換向器的釬焊方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨-銅復合結構換向器低溫釬焊方法，其加工步驟如下：一、制備含活性元素Ti的SnAgCuTi粉末釬料；二、將SnAgCuTi釬料置于石墨碟表面，在真空或惰性氣體保護條件下加熱至450℃~900℃保溫0~60min，實現(xiàn)石墨碟表面的金屬化，冷卻至室溫取出；三、將金屬化的石墨與銅換向葉片裝配好，施加0.2~1.2MPa的軸向壓力，置于釬焊設備中加熱至240℃~450℃保溫0~60min，完成石墨、銅復合結構換向器的低溫釬焊成型，本發(fā)明不僅解決了目前石墨-銅復合結構換向器釬焊工藝中金屬鍍層與石墨碟結合強度低、容易脫落等問題，而且通過采用較低的釬焊溫度有效的緩解了銅換向葉片的軟化，提高了石墨-銅復合結構換向器的性能，延長了換向器使用壽命，具有簡單實用、綠色環(huán)保、高效易操作、工藝穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點。
【專利說明】一種石墨-銅復合式換向器的釬焊方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接【技術領域】，具體地說是一種特別適用于直流電機換向器的石墨-銅復合式換向器的釬焊方法。
【背景技術】
[0002]換向器作為直流電機中最重要的結構部件之一，其質(zhì)量優(yōu)劣成為衡量直流電動機性能的重要指標。由于銅具有優(yōu)異的導熱及導電性，被廣泛應用于各種型號的換向器，然而，由于乙醇、汽油、柴油等液體燃料對電機換向器的銅換向葉片具有強烈的腐蝕作用，導致?lián)Q向器在工作時放電現(xiàn)象嚴重、火花增加，同時加之銅與碳刷間潤滑較差、磨損嚴重，使之壽命降低。因此采用石墨-銅復合結構換向器來克服銅換向器的弊端已成為國內(nèi)外的發(fā)展趨勢。石墨作為一種典型的碳材料，具有良好的導熱性、導電性、抗熱震性以及優(yōu)異的自潤滑性能。石墨除了與強酸及強氧化性介質(zhì)反應外，不與其它酸堿鹽溶液反應，且不與任何有機化合物反應。目前國內(nèi)外先進的汽車電動燃油泵電機已開始采用石墨-銅復合結構換向器。
[0003]如何實現(xiàn)石墨-銅異種材料可靠連接成為石墨-銅復合結構換向器制造成型的關鍵技術。目前石墨-銅復合結構換向器的制造成型主要采用以下兩種典型工藝:一種方法是采用Cu基釬料，如專利號為ZL200710072472.8和ZL200710072470.9的公開文獻；采用Ni基釬料，如申請?zhí)枮閆L200710159838.5和ZL200910096483.9的公開文獻等，它們都是高溫釬料通過真空或惰性氣體保護釬焊，以實現(xiàn)石墨-銅復合結構換向器的釬焊連接成型。然而這種工藝釬焊溫度均高于650° C，過高的焊接溫度導致銅換向葉片在經(jīng)歷焊接循環(huán)后軟化嚴重，降低了石墨-銅復合結構換向器的性能；另外一種方法是先在石墨表面獲得一定厚度的金屬鍍層，然后采用膠結或焊接的方法實現(xiàn)金屬鍍層和銅換向葉片的釬焊連接，如中國專利號為ZL03239176.5的公開文獻，這種方法換熱器上的銅換向葉片經(jīng)歷的焊接循環(huán)溫度較低，軟化問題得以解決，然而，由于金屬鍍層與石墨基體間的連接屬于物理結合，其結合強度不高，導致?lián)Q向器服役過程中常常發(fā)生石墨與銅換向葉片脫落的現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術的不足，提供一種釬焊溫度低、石墨與銅結合牢固、使用壽命長的石墨-銅復合式換向器的釬焊方法。
[0005]本發(fā)明通過如下措施達到:
一種石墨-銅復合式換向器的釬焊方法，其特征在于步驟為:
步驟一、首先采用球磨方法制備含活性元素Ti的SnAgCuTi粉末釬料，SnAgCuTi粉末釬料中各組成成份的質(zhì)量百份比為Sn粉50?98.5%、Ag粉0.5?20%、Cu粉0.5?20%、Ti粉0.5?10%，
步驟二、將制備的SnAgCuTi粉末釬料涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性氣體保護條件下加熱至450° C~900° C，保溫時間為O飛Omin冷卻至室溫后取出，使石墨碟表面獲得厚度為0.005^0.5mm厚的金屬化層，
步驟三、將帶金屬化層的石墨與銅換向葉片裝配好，施加0.2^1.2MPa的軸向壓力，置于真空或惰性氣體保護釬焊設備中加熱至240° C~450° C，保溫時間為(TeOmin后冷卻至室溫后取出，完成石墨-銅復合復合換向器的低溫釬焊。
[0006]本發(fā)明步驟I中將稱好的Sn粉、Ag粉、Cu粉以及Ti粉一同裝入球磨罐中，球料比為10~16: I ;填料比為45%~55% ;的采用的Sn、Ag、Cu和Ti的純度為95~99.95%，抽真空后充入氬氣進行間歇性的球磨為1-4小時，球磨轉速為15(T250r/min ;球磨結束后將球磨球取出，即得到顆粒大小為f 100 μ m的SnAgCuTi粉末釬料。
[0007]本發(fā)明解決了目前石墨-銅復合結構換向器釬焊工藝中金屬鍍層與石墨碟結合強度低、容易脫落等問題，通過采用較低的釬焊溫度有效的緩解了銅換向葉片的軟化，提高了石墨-銅復合結構換向器的性能，延長了使用壽命，具有簡單實用、綠色環(huán)保、高效易操作、工藝穩(wěn)定、成本低廉等優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0008]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步描述:
實施例1:本實施方式的步驟如下:(一)備料:SnAgCuTi粉末釬料按重量百分比由50~98.5%的Sn粉、0.5~20%的Ag粉、0.5~20%的Cu粉以及0.5~10%的Ti粉組成，其中采用的粉末釬料均由金屬單質(zhì)組成，質(zhì)量純度為99、9.95%，顆粒大小為10-?00μπι。(二)球磨:將稱好的Sn粉、Ag粉、Cu粉以及Ti粉一同裝入球磨罐中，球料比為10-16: 1、填料比為45%~55% ;抽真空后充入氬氣，然后間歇性球磨為I~4小時、轉速為15(T250r/min ;球磨結束后將球磨球取出。(三)金屬化:將制備好的SnAgCuTi粉涂覆于石墨碟表面，厚度為
0.005~0.5mm，置于10-2~KT4Pa真空條件下，加熱至450° C~900° C，保溫0~60min，獲得金屬化層，加熱速度:2° C/min、0° C/min,冷卻速度:1° C/min~20° C/min。(四)釬焊:將金屬化的石墨與銅換向葉片裝配好，施加0.2^1.2MPa的軸向壓力，置于真空或惰性氣體保護釬焊設備中加熱至240° C~450° C，完成石墨、銅復合結構換向器的釬焊成型，加熱速度:2。C/min~50° C/min,冷卻速度:I。C/min~20° C/min。
[0009]實施例2:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點在于步驟(一)中SnAgCuTi粉末釬料按重量百分比由90%的Sn粉、3%Ag粉、3%Cu粉、4%Ti粉組成，其它步驟與【具體實施方式】一相同。
[0010]實施例3:本實施方式與【具體實施方式】二的不同點在于步驟(三)中涂覆于石墨碟表面的SnAgCuTi粉末釬料厚度為0.1mm，其它步驟與【具體實施方式】二相同。
[0011]實施例4:本實施方式與【具體實施方式】三的不同點在于步驟(三)中金屬化層的工藝條件為:加熱溫度:700° C，保溫時間:20min，加熱速度:20° C/mirT25° C/min，冷卻速度:10° C/mirTl2° C/min，其它步驟與【具體實施方式】三相同。
[0012]實施例5:本實施方式與【具體實施方式】一的不同點在于步驟(三)中金屬化層的工藝條件為:惰性保護氣體純度:99~99.95%，加熱溫度:450° C~800° C，保溫時間:0~60min,加熱速度:5° C/min~30° C/min,冷卻速度:I ° C/min~15° C/min,其它步驟與【具體實施方式】一相同。[0013]實施例6:本實施方式與【具體實施方式】二的不同點在于步驟(二)中球料比為12:
1、填料比為50% ;充入氬氣后間歇性球磨2小時、轉速為200r/min，其它步驟與【具體實施方式】二相同。
[0014]實施例7:本實施方式與【具體實施方式】四的不同點在于步驟(四)中釬焊工藝條件為:加熱溫度:320° C，保溫時間:15min，加熱速度:20° C/min，冷卻速度:10° C/min，其它步驟與【具體實施方式】四相同。
【權利要求】
1.一種石石墨-銅復合換向器的釬焊方法，其特征在于步驟為: 步驟一、首先采用球磨方法制備含活性元素Ti的SnAgCuTi粉末釬料，SnAgCuTi粉末釬料中各組成成份的質(zhì)量百份比為Sn粉50~98.5%、Ag粉0.5~20%、Cu粉0.5~20%、Ti粉0.5~10%， 步驟二、將制備的SnAgCuTi粉末釬料涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性氣體保護條件下加熱至450° C~900° C，保溫時間為O飛Omin冷卻至室溫后取出，使石墨碟表面獲得厚度為0.005^0.5mm厚的金屬化層， 步驟三、將帶金屬化層的石墨與銅換向葉片裝配好，施加0.2^1.2MPa的軸向壓力，置于真空或惰性氣體保護釬焊設備中加熱至240° C~450° C，保溫時間為(TeOmin后冷卻至室溫后取出，完成石墨-銅復合結構換向器的低溫釬焊。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種石墨、銅復合式換向器的釬焊方法，其特征在于步驟I的工藝是將按比例稱好的Sn粉、Ag粉、Cu粉以及Ti粉一同裝入球磨罐中，球料比為10-16:1;填料比為45%~55%，再經(jīng)抽真空后充入氬氣進行間歇性的球磨為1~4小時，球磨轉速為15(T250r/min ;球磨結束后將球磨球取出，即得到顆粒大小為1~100 μ m的SnAgCuTi粉末釬料。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種石墨-銅復合式換向器的釬焊方法，其特征在于Sn、Ag、Cu 和 Ti 的純度為 95~99.95%.。
【文檔編號】H01R43/06GK103915745SQ201410094289
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權日:2014年3月14日
【發(fā)明者】宋曉國, 曹健, 劉甲坤, 王義峰, 馮吉才 申請人:哈爾濱工業(yè)大學（威海）