CN104701708A - 一种石墨-铜复合结构换向器低温钎焊方法 - Google Patents

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柴鉴航
付伟
雷玉珍
于静泊
胡胜鹏
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Abstract

本发明公开了一种石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊方法，其特征在于步骤如下：首先用球磨方法制备含活性元素Cr的SnCr金属粉末，然后将制备的SnCr金属粉末涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性气体保护条件下加热至700°C~1000°C，使石墨碟表面获得厚度为50~200μm厚的金属化层，再将金属化的石墨碟与铜换向叶片装配好，施加0.5~2MPa的轴向压力，然后加热至200°C~500°C即可，本发明通过预先金属化处理降低了钎焊温度，提高了石墨与铜换向叶片之间的连接强度，具有工艺简单、实施方便、石墨-铜的复合效果高，用其制成的换向器使用寿命长等优点。

Description

一种石墨-铜复合结构换向器低温钎焊方法
技术领域
本发明涉及电机换向器的制造成型技术，具体地说一种石墨-铜复合结构换向器低温钎焊方法。
背景技术
我们知道，换向器是直流电机的重要部件，将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流或将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势，如何提高换向器的使用寿命受到越来越广泛的关注。由于石墨材料特殊的物理化学性质，如较高的高温强度，较好的抗热震性，导电导热性好及耐腐蚀性好等，使石墨材料已经广泛的应用到航空航天、核能、机械、电器等领域。由于铜具有良好的导热性，往往将石墨与铜连接起来起到加强散热的作用。目前，石墨-铜复合结构的换向器由于其优越的性能在汽车等领域已经得到了一定的应用。
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成型工艺。（一）活性元素直接钎焊法：采用含有活性元素如Ti , Ta, Nb, 等元素的钎料在高温下直接对石墨和铜换向叶片进行钎焊。这种方法的温度一般都在900℃以上，这种温度将造成铜换向叶片的软化，降低了石墨-铜复合结构换向器的使用性能。（二）间接钎焊法：这种方法首先在石墨碟表面进行金属化处理，然后将进行金属化处理后的石墨碟与铜换向叶片进行钎焊。目前，进行金属化处理采用的方法多为电镀，化学镀等，这些方法由于金属镀层并没有与石墨碟形成冶金结合，使得金属镀层与石墨碟结合强度低，铜换向叶片容易脱落，进而大大降低了石墨-铜复合结构换向器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的石墨-铜复合结构换向器钎焊工艺中铜换向叶片软化现象以及金属镀层与石墨碟结合强度低、容易脱落等弊端，提出一种新型的石墨-铜复合结构换向器低温钎焊方法。
本发明通过如下措施达到：
一种石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊方法，其特征在于步骤如下：
步骤一、首先采用球磨方法制备含活性元素Cr的SnCr金属粉末，其中，Sn粉质量份数为70~98%、Cr粉质量份数为2~30%，
步骤二、然后将制备的SnCr金属粉末涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性气体保护条件下加热至700°C ~1000°C，使石墨碟表面获得厚度为50~200μm厚的金属化层，
步骤三、将金属化的石墨碟与铜换向叶片装配好，石墨碟与铜换向叶片间施加0.5~2MPa的轴向压力，然后加热至200°C ~500°C，完成石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊成型。
本发明步骤一中的Sn金属化粉末均由金属单质组成，质量纯度为95~99.95%，颗粒大小为10~100μm。
本发明步骤一是先将称好的Sn粉、Cr粉一同装入球磨罐中，球料比为5~12︰1；然后抽真空，真空度为10^-1~10^2pa，抽真空后充入适量氩气，再采用转速为100~200r/min；间歇性球磨为5~15小时，工作1~5小时，间歇5~60分钟，最后停机将球磨球取出。
本发明步骤二中是将制备好的SnCr金属化粉末涂覆于石墨碟表面，厚度为50~200μm，置于10-2~10-4Pa真空条件下，加热至700°C~1000°C，保温10~120min，获得金属化层，加热速度：5°C/min~40°C/min，冷却速度：5°C/min~20°C/min。
本发明步骤三中的加热速度：2°C/min~50°C/min，冷却速度：1°C/min~20°C/min。
本发明不仅解决了目前石墨-铜复合结构换向器难于钎焊的问题，而且通过预先金属化处理降低了钎焊温度，并且提高了石墨与铜换向叶片之间的连接强度，具有工艺简单、实施方便、石墨-铜的复合效果高，用其制成的换向器使用寿命长等优点。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述：
一种石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊方法，其特征在于步骤如下：步骤一、首先采用球磨方法制备含活性元素Cr的SnCr金属粉末，其中，Sn粉质量份数为70~98%、Cr粉质量份数为2~30%；步骤二、然后将制备的SnCr金属粉末涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性气体保护条件下加热至700°C ~1000°C，使石墨碟表面获得厚度为50~200μm厚的金属化层；步骤三、将金属化的石墨碟与铜换向叶片装配好，石墨碟与铜换向叶片间施加0.5~2MPa的轴向压力，然后加热至200°C ~500°C，完成石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊成型。
本发明步骤一中的Sn金属化粉末均由金属单质组成，质量纯度为95~99.95%，颗粒大小为10~100μm。
本发明步骤一是先将称好的Sn粉、Cr粉一同装入球磨罐中，球料比为5~12︰1；然后抽真空，真空度为10^-1~10^2pa，抽真空后充入适量氩气，再采用转速为100~200r/min；间歇性球磨为5~15小时，工作1~5小时，间歇5~60分钟，最后停机将球磨球取出。
本发明步骤二中是将制备好的SnCr金属化粉末涂覆于石墨碟表面，厚度为50~200μm，置于10-2~10-4Pa真空条件下，加热至700°C~1000°C，保温10~120min，获得金属化层，加热速度：5°C/min~40°C/min，冷却速度：5°C/min~20°C/min。
本发明步骤三中的加热速度：2°C/min~50°C/min，冷却速度：1°C/min~20°C/min。
实施例1
一种石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊方法，步骤如下：一备料：SnCr金属粉末按重量百分比由70~98%的Sn粉、2~30%的Cr粉组成，其中采用的金属化粉末均由金属单质组成，质量纯度为95~99.95%，颗粒大小为10~100μm；球磨：将称好的Sn粉、Cr粉一同装入球磨罐中，球料比为5~12︰1、填料比为50%~60%；抽真空后充入氩气，然后间歇性球磨为5~10小时、转速为100~200r/min；球磨结束后将球磨球取出；二金属化：将制备好的SnCr金属化粉末涂覆于石墨碟表面，厚度为50~200μm，置于10-2~10-4Pa真空条件下，加热至700°C~1000°C，保温10~120min，获得金属化层，加热速度：5°C/min~40°C/min，冷却速度：5°C/min~20°C/min；三、钎焊：将金属化的石墨与铜换向叶片装配好，施加0.5~2MPa的轴向压力，加热至200°C ~500°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
本实施例与实施例1的不同点在于步骤（一）中SnCr金属化粉末按重量百分比由90%的Sn粉、10%Cr粉组成。其它步骤与具体实施例1相同。
实施例3
本实施例与实施例2的不同点在于步骤（三）中涂覆于石墨碟表面的SnCr金属化粉末厚度为100μm。其它步骤与具体实施例2相同。
实施例4
本实施例与实施例3的不同点在于步骤（三）中金属化层的工艺条件为：加热温度：1000°C，保温时间：30min，加热速度：18°C/min~20°C/min，冷却速度：8°C/min~10°C/min。其它步骤与实施例3相同。
实施例5
本实施例与实施例1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：95~99.95%，加热温度：700°C ~800°C，保温时间：10~120min，加热速度：5°C/min~20°C/min，冷却速度：5°C/min~15°C/min。其它步骤与实施例1相同。
实施例6
本实施例与实施例2的不同点在于步骤（二）中球料比为10︰1；充入氩气后间歇性球磨6小时、转速为180r/min。其它步骤与实施例2相同。
实施例7
本实施例与实施例4的不同点在于步骤三中钎焊工艺条件为：加热温度：300°C，保温时间：5min，加热速度：20°C/min，冷却速度：10°C/min。其它步骤与实施例4相同。
本发明不仅解决了目前石墨-铜复合结构换向器难于钎焊的问题，而且通过预先金属化处理降低了钎焊温度，并且提高了石墨与铜换向叶片之间的连接强度，具有工艺简单、实施方便、石墨-铜的复合效果高，用其制成的换向器使用寿命长等优点。

Claims (6)

1.一种石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊方法，其特征在于步骤如下：
步骤一、首先采用球磨方法制备含活性元素Cr的SnCr金属粉末，其中，Sn粉质量份数为70~98%、Cr粉质量份数为2~30%，
步骤二、然后将制备的SnCr金属粉末涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性气体保护条件下加热至700°C ~1000°C，使石墨碟表面获得厚度为50~200μm厚的金属化层，
步骤三、将金属化的石墨碟与铜换向叶片装配好，石墨碟与铜换向叶片间施加0.5~2MPa的轴向压力，然后加热至200°C ~500°C，完成石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊成型。
2.根据权利要求1所述的一种石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊方法，其特征在于步骤一中的Sn金属化粉末均由金属单质组成，质量纯度为95~99.95%，颗粒大小为10~100μm。
3.根据权利要求1所述的一种石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊方法，其特征在于步骤一是先将称好的Sn粉、Cr粉一同装入球磨罐中，球料重量比为5~12︰1，；然后抽真空，真空度为10^-1~10^2 pa，抽真空后充入适量氩气，再采用转速为100~200r/min；间歇性球磨为5~15小时，工作1~5小时，间歇5~60分钟，最后停机将球磨球取出。
4.根据权利要求1所述的一种石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊方法，其特征在于步骤二中是将制备好的SnCr金属化粉末涂覆于石墨碟表面，厚度为50~200μm，置于10-2~10-4Pa真空条件下，加热至700°C~1000°C，保温10~120min，获得金属化层，加热速度：5°C/min~40°C/min，冷却速度：5°C/min~20°C/min。
5.根据权利要求1所述的一种石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊方法，其特征在于步骤三中的加热速度：2°C/min~50°C/min，冷却速度：1°C/min~20°C/min。
6.根据权利要求1所述的一种石墨-铜复合结构换向器的低温钎焊方法，其特征在于步骤三中的加热速度：2°C/min~50°C/min，冷却速度：1°C/min~20°C/min。
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