CN103915745B - 一种石墨-铜复合式换向器的钎焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨-铜复合结构换向器低温钎焊方法，其加工步骤如下：一、制备含活性元素Ti的SnAgCuTi粉末钎料；二、将SnAgCuTi钎料置于石墨碟表面，在真空或惰性气体保护条件下加热至450℃~900℃保温0~60min，实现石墨碟表面的金属化，冷却至室温取出；三、将金属化的石墨与铜换向叶片装配好，施加0.2~1.2MPa的轴向压力，置于钎焊设备中加热至240℃ ~450℃保温0~60min，完成石墨、铜复合结构换向器的低温钎焊成型，本发明不仅解决了目前石墨-铜复合结构换向器钎焊工艺中金属镀层与石墨碟结合强度低、容易脱落等问题，而且通过采用较低的钎焊温度有效的缓解了铜换向叶片的软化，提高了石墨-铜复合结构换向器的性能，延长了换向器使用寿命，具有简单实用、绿色环保、高效易操作、工艺稳定、成本低廉等优点。

Description

一种石墨-铜复合式换向器的钎焊方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体地说是一种特别适用于直流电机换向器的石墨-铜复合式换向器的钎焊方法。

背景技术

换向器作为直流电机中最重要的结构部件之一，其质量优劣成为衡量直流电动机性能的重要指标。由于铜具有优异的导热及导电性，被广泛应用于各种型号的换向器，然而，由于乙醇、汽油、柴油等液体燃料对电机换向器的铜换向叶片具有强烈的腐蚀作用，导致换向器在工作时放电现象严重、火花增加，同时加之铜与碳刷间润滑较差、磨损严重，使之寿命降低。因此采用石墨-铜复合结构换向器来克服铜换向器的弊端已成为国内外的发展趋势。石墨作为一种典型的碳材料，具有良好的导热性、导电性、抗热震性以及优异的自润滑性能。石墨除了与强酸及强氧化性介质反应外，不与其它酸碱盐溶液反应，且不与任何有机化合物反应。目前国内外先进的汽车电动燃油泵电机已开始采用石墨-铜复合结构换向器。

如何实现石墨-铜异种材料可靠连接成为石墨-铜复合结构换向器制造成型的关键技术。目前石墨-铜复合结构换向器的制造成型主要采用以下两种典型工艺：一种方法是采用Cu基钎料，如专利号为ZL200710072472.8和ZL200710072470.9的公开文献；采用Ni基钎料，如申请号为ZL200710159838.5和ZL200910096483.9的公开文献等，它们都是高温钎料通过真空或惰性气体保护钎焊，以实现石墨-铜复合结构换向器的钎焊连接成型。然而这种工艺钎焊温度均高于650°C，过高的焊接温度导致铜换向叶片在经历焊接循环后软化严重，降低了石墨-铜复合结构换向器的性能；另外一种方法是先在石墨表面获得一定厚度的金属镀层，然后采用胶结或焊接的方法实现金属镀层和铜换向叶片的钎焊连接，如中国专利号为ZL03239176.5的公开文献，这种方法换热器上的铜换向叶片经历的焊接循环温度较低，软化问题得以解决，然而，由于金属镀层与石墨基体间的连接属于物理结合，其结合强度不高，导致换向器服役过程中常常发生石墨与铜换向叶片脱落的现象，影响产品质量。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术的不足，提供一种钎焊温度低、石墨与铜结合牢固、使用寿命长的石墨-铜复合式换向器的钎焊方法。

本发明通过如下措施达到：

一种石墨-铜复合式换向器的钎焊方法，其特征在于步骤为：

步骤一、首先采用球磨方法制备含活性元素Ti的SnAgCuTi粉末钎料，SnAgCuTi粉末钎料中各组成成份的质量百分比为Sn粉50~98.5%、Ag粉0.5~20%、Cu粉0.5~20%、Ti粉0.5~10%，

步骤二、将制备的SnAgCuTi粉末钎料涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性气体保护条件下加热至450°C ~900°C，保温时间为0~60min，冷却至室温后取出，使石墨碟表面获得厚度为0.005~0.5mm厚的金属化层，

步骤三、将带金属化层的石墨与铜换向叶片装配好，施加0.2~1.2MPa的轴向压力，置于真空或惰性气体保护钎焊设备中加热至240°C ~450°C，保温时间为0~60min后冷却至室温后取出，完成石墨-铜复合换向器的低温钎焊。

本发明步骤1中将称好的Sn粉、Ag粉、Cu粉以及Ti粉一同装入球磨罐中，球料比为10~16︰1；填料比为45%~55%；的采用的Sn、Ag、Cu和Ti的纯度为95~99.95%，抽真空后充入氩气进行间歇性的球磨为1~4小时，球磨转速为150~250r/min；球磨结束后将球磨球取出，即得到颗粒大小为1~100μm的SnAgCuTi粉末钎料。

本发明解决了目前石墨-铜复合结构换向器钎焊工艺中金属镀层与石墨碟结合强度低、容易脱落等问题，通过采用较低的钎焊温度有效的缓解了铜换向叶片的软化，提高了石墨-铜复合结构换向器的性能，延长了使用寿命，具有简单实用、绿色环保、高效易操作、工艺稳定、成本低廉等优点。

具体实施方式

下面结合附图、实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：本实施方式的步骤如下：（一）备料：SnAgCuTi粉末钎料按重量百分比由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粉组成，其中采用的粉末钎料均由金属单质组成，质量纯度为99~99.95%，颗粒大小为10~100μm。（二）球磨：将称好的Sn粉、Ag粉、Cu粉以及Ti粉一同装入球磨罐中，球料比为10~16︰1、填料比为45%~55%；抽真空后充入氩气，然后间歇性球磨为1~4小时、转速为150~250r/min；球磨结束后将球磨球取出。（三）金属化：将制备好的SnAgCuTi粉涂覆于石墨碟表面，厚度为0.005~0.5mm，置于10^-2~10^-4Pa真空条件下，加热至450°C~900°C，保温0~60min，获得金属化层，加热速度：2°C/min~50°C/min，冷却速度：1°C/min~20°C/min。（四）钎焊：将金属化的石墨与铜换向叶片装配好，施加0.2~1.2MPa的轴向压力，置于真空或惰性气体保护钎焊设备中加热至240°C ~450°C，完成石墨、铜复合结构换向器的钎焊成型，加热速度：2°C/min~50°C/min，冷却速度：1°C/min~20°C/min。

实施例2：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤（一）中SnAgCuTi粉末钎料按重量百分比由90%的Sn粉、3%Ag粉、3%Cu粉、4%Ti粉组成，其它步骤与具体实施方式一相同。

实施例3：本实施方式与具体实施方式二的不同点在于步骤（三）中涂覆于石墨碟表面的SnAgCuTi粉末钎料厚度为0.1mm，其它步骤与具体实施方式二相同。

实施例4：本实施方式与具体实施方式三的不同点在于步骤（三）中金属化层的工艺条件为：加热温度：700°C，保温时间：20min，加热速度：20°C/min~25°C/min，冷却速度：10°C/min~12°C/min，其它步骤与具体实施方式三相同。

实施例5：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤（三）中金属化层的工艺条件为：惰性保护气体纯度：99~99.95%，加热温度：450°C ~800°C，保温时间：0~60min，加热速度：5°C/min~30°C/min，冷却速度：1°C/min~15°C/min，其它步骤与具体实施方式一相同。

实施例6：本实施方式与具体实施方式二的不同点在于步骤（二）中球料比为12︰1、填料比为50%；充入氩气后间歇性球磨2小时、转速为200r/min，其它步骤与具体实施方式二相同。

实施例7：本实施方式与具体实施方式四的不同点在于步骤（四）中钎焊工艺条件为：加热温度：320°C，保温时间：15min，加热速度：20°C/min，冷却速度：10°C/min，其它步骤与具体实施方式四相同。

Claims (3)

1.一种石墨-铜复合式换向器的钎焊方法，其特征在于步骤为：

步骤一、首先采用球磨方法制备含活性元素Ti的SnAgCuTi粉末钎料，SnAgCuTi粉末钎料中各组成成份的质量百分比为Sn粉50~98.5%、Ag粉0.5~20%、Cu粉0.5~20%、Ti粉0.5~10%，

步骤二、将制备的SnAgCuTi粉末钎料涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性气体保护条件下加热至450°C ~900°C，保温时间为0~60min，冷却至室温后取出，使石墨碟表面获得厚度为0.005~0.5mm厚的金属化层，

步骤三、将带金属化层的石墨与铜换向叶片装配好，施加0.2~1.2MPa的轴向压力，置于真空或惰性气体保护钎焊设备中加热至240°C ~450°C，保温时间为0~60min后冷却至室温后取出，完成石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊。

2.根据权利要求1所述的一种石墨-铜复合式换向器的钎焊方法，其特征在于步骤1的工艺是将按比例称好的Sn粉、Ag粉、Cu粉以及Ti粉一同装入球磨罐中，球料比为10~16︰1；填料比为45%~55%，再经抽真空后充入氩气进行间歇性的球磨为1~4小时，球磨转速为150~250r/min；球磨结束后将球磨球取出，即得到颗粒大小为1~100μm的SnAgCuTi粉末钎料。

3.根据权利要求1或2所述的一种石墨-铜复合式换向器的钎焊方法，其特征在于 Sn、Ag、Cu和Ti的纯度为95~99.95%。