CN103572093B - 一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，解决了现有技术的用于微电机转轴固定套环的铍青铜成本高，会对人体和环境造成危害，部件结合力较差，易造成转轴在轴向上发生滑移的问题，本发明的复合金属材料由以下质量百分比的成分组成：铝2~5%，铁0.35~0.5%，铜1~3%，钯0.1~0.3%，银0.4~0.9%，余量为钛和不可避免的杂质元素。本发明的复合金属材料性能稳定，质轻，成本低，安全环保，部件结合力强，且较铍青铜具有更为优异的机械性能，能完全替代铍青铜作为微电机转轴固定套环的材料。

Description

一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料

技术领域

本发明涉及一种微电机用复合金属材料，尤其是涉及一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料。

背景技术

弹片式微电机，其电能的输入，主要通过电刷簧片传送到电刷，再通过与电刷弹性接触的换向器上的换向片到达线包，从而使转轴转动，最终使电机工作。

弹片式微电机一般包括定子组件、转子组件和端盖组件，其中，转子组件包括（如图1所示）转轴1、固定套环2及换向器骨架3，所述固定套2环位于换向器骨架3内，且固定套环2与换向器骨架3之间为注塑成型结构，所述转轴1的一端位于固定套环2内并与固定套环2过盈配合。固定套环起到固定的作用，可有效防止转轴在轴向上发生滑移，因此必须要求固定套环具有较好的疲劳强度、硬度、部件结合力及耐磨性。

目前弹片式微电机上的固定套环一般都由铍青铜制成。铍青铜作为一种弹性合金，具有强度和弹性极限高、高温抗应力松弛能力强等优点，但铍是一种稀有金属，价格昂贵，造成铍青铜成本较高；铍青铜在生产过程中产生的铍的氧化物或粉尘有剧毒，会对人体造成严重危害，同时对环境造成非常严重的污染；此外，铍青铜的部件结合力不良，易造成转轴在轴向上发生滑移。因此，寻找一种无污染、高性能且成本低的合金材料来代替铍青铜作为微电机转轴固定套环的金属是十分必要的。

申请公布号CN102400013A，授权公告日2012.04.04的中国专利公开了一种低成本的β钛合金，所述钛合金按重量百分比计由铝1.5~4.5％、铬7~14％、铁0~1.5％，镍0~1.5％，锡0~3％，其余为钛和不可避免的杂质组成。其不足之处在于，虽然力学性能也可满足行业对钛合金力学性能的需求，但是其部件结合力较低，因此并不适用于弹片式微电机转轴固定套环。

发明内容

本发明是为了解决现有技术的用于微电机转轴固定套环的铍青铜成本高，会对人体和环境造成危害，部件结合力较差，易造成转轴在轴向上发生滑移的问题，提供了一种用于弹片式微电机转轴固定套环的钛合金材料，本发明的复合金属材料性能稳定，质轻，成本低，安全环保，部件结合力强，且较铍青铜具有更为优异的机械性能，能完全替代铍青铜作为微电机转轴固定套环的材料。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，所述复合金属材料由以下质量百分比的成分组成：铝2~5% ，铁0.35~0.5%，铜1~3%，钯0.1~0.3%，银0.4~0.9%，余量为钛和不可避免的杂质元素。本发明以钛作为基体，质轻，更符合电机小型化、轻薄化发展的发展方向，并在钛基体中创造性地加入铜、钯及银元素，同时优化并调整了其他元素的含量，其中，铜与银通过协同作用不仅能大大提高本发明复合金属材料的硬度、抗拉强度等机械性能，还能大大改善导热性能，因此更有利于电机内部热量的散出，可有效避免电机发热而影响使用寿命，此外，银可溶于钛基体中抑制晶粒长大，细化晶粒，从而大大提高部件结合力；钯可溶于钛基体中形成固溶态，起到固溶强化和时效强化的作用，从而提高抗机械磨损能力及抗疲劳强度，同时可以改善钛基体与其他元素之间的结合力，更为有效地发挥其沉淀强化作用，进一步提高耐磨性，还可以提高铜、银的抗高温氧化的能力，使本发明能在较高的温度下使用，性能更为稳定，本发明中杂质元素的含量一般控制在0.5%以下。本发明的复合金属材料性能稳定，质轻，成本低，安全环保，部件结合力强，且较铍青铜具有更为优异的机械性能，能完全替代铍青铜作为微电机转轴固定套环的材料。

作为优选，所述复合金属材料由以下质量百分比的成分组成：铝3~4% ，铁0.4~0.45%，铜2~2.5%，钯0.13~0.2%，银0.6~0.7%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

作为优选，所述复合金属材料由以下质量百分比的成分组成：所述复合金属材料由以下质量百分比的成分组成：铝3.2% ，铁0.42%，铜2.2%，钯0.17%，银0.65%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

因此，本发明的有益效果是：性能稳定，质轻，成本低，安全环保，部件结合力强，较铍青铜具有更为优异的机械性能，能完全替代铍青铜作为微电机转轴固定套环的材料。

附图说明

图1是现有弹片式微电机转子组件中转轴、固定套环及换向器骨架的一种装配示意图。

图中：转轴1，固定套环2，换向器骨架3。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。

本发明的复合金属材料可用市售的纯金属和中间合金利用真空自耗熔炼、凝壳炉熔炼、等离子束熔炼、电子束熔炼、悬浮炉熔炼等多种熔炼方法熔炼得到，也可采用这些方法的组合，上述的熔炼方法均为常规的熔炼方法，故不在此赘述，将得到的复合金属材料浇铸成型即可得到固定套环的毛坯。

实施例1

一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，其由以下质量百分比的成分组成：铝2% ，铁0.35%，铜3%，钯0.3%，银0.4%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

实施例2

一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，其由以下质量百分比的成分组成：铝2.5% ，铁0.38%，铜1.5%，钯0.23%，银0.75%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

实施例3

一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，其由以下质量百分比的成分组成：铝5% ，铁0.5%，铜1%，钯0.1%，银0.9%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

实施例4

一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，由以下质量百分比的成分组成：铝3% ，铁0.4%，铜2%，钯0.2%，银0.6%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

实施例5

一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，由以下质量百分比的成分组成：铝4% ，铁0.43%，铜2.1%，钯0.13%，银0.7%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

实施例6

一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，由以下质量百分比的成分组成：铝3.6% ，铁0.45%，铜2.5%，钯0.15%，银0.63%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

实施例7

一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，由以下质量百分比的成分组成：所述复合金属材料由以下质量百分比的成分组成：铝3.2% ，铁0.42%，铜2.2%，钯0.17%，银0.65%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

对比例

以QBe1.9铍青铜作为对比例，QBe1.9铍青铜中各成分为：铝 ：0.15%，铁 ：0.15%，铅：0.005%，铍：1.85~2.1%，镍 ：0.2~0.4%，硅：0.15%，钛：0.1~0.25%，杂质：0.5%，铜 ：余量。

本发明各实施例得到的复合金属材料与对比例QBe1.9铍青铜的物理性能测试如表1所示。

表1 各实施例复合金属材料与对比例QBe1.9铍青铜的物理性能测试结果

项目	抗拉强度（MPa）	维氏硬度（HV）	延伸率  δ5(%)	部件结合力 （N）
					实施例1	1230~1410	240~280	10~12	80~95
实施例2	1200~1400	245~280	10~12	80~100
					实施例3	1250~1430	240~290	10~12	80~100
实施例4	1310~1480	250~300	11~13	90~110
					实施例5	1320~1460	245~300	11~13	95~105
实施例6	1350~1490	250~310	11~13	95~110
					实施例7	1480~1560	260~320	13~15	105~120
对比例	630~665	190~200	6~9	60~75

从表1可以明显看出，本发明复合金属材料的抗拉强度、维氏硬度及延伸率均明显优于对比例的QBe1.9铍青铜，也就是说本发明复合金属材料的力学性能与塑性更为优异，材料的强度更高，此外，本发明复合金属材料的部件结合力也明显优于对比例QBe1.9铍青铜的部件结合力，本发明的复合金属材料能完全替代铍青铜作为微电机转轴固定套环的材料。

Claims (3)

1.一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，其特征在于，所述复合金属材料由以下质量百分比的成分组成：铝2~5% ，铁0.35~0.5%，铜1~3%，钯0.1~0.3%，银0.4~0.9%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，其特征在于，所述复合金属材料由以下质量百分比的成分组成：铝3~4% ，铁0.4~0.45%，铜2~2.5%，钯0.13~0.2%，银0.6~0.7%，余量为钛和不可避免的杂质元素。

3.根据权利要求1或2所述的一种弹片式微电机转轴固定套环用复合金属材料，其特征在于，所述复合金属材料由以下质量百分比的成分组成：铝3.2% ，铁0.42%，铜2.2%，钯0.17%，银0.65%，余量为钛和不可避免的杂质元素。