CN106975856A - 换向器、换向器的钎焊方法及用于换向器的钎焊的钎料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于换向器的钎焊的钎料，按重量百分比计，包括：硅3～5％，磷5～8％，铬25～30％，镍58～62％。本发明还提供一种换向器，在石墨换向片的与铜换向片连接的表面设置由上述钎料浸润到石墨换向片而形成的金属化层。本发明还提供一种换向器的钎焊方法，包括步骤：S1、制备钎料，该钎料按重量百分比计包括硅3～5％，磷5～8％，铬25～30％，镍58～62％；S2、将钎料印在石墨盘上并加热使其浸润到石墨盘，在石墨盘表面形成金属化层；S3、在金属化层上添加焊料，并将铜换向片盘放在焊料上面，进行焊接。本发明能大大提升石墨盘与由钎料形成的金属化层间的附着力，有效防止换向器中的石墨换向片与铜换向片分离。

Description

换向器、换向器的钎焊方法及用于换向器的钎焊的钎料

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及用于换向器的钎焊的钎料、换向器及换向器的钎焊方法。

背景技术

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。因此采用石墨-铜复合结构换向器来克服铜换向器在某些应用领域的弊端已成为国内外的发展趋势。

目前石墨-铜复合结构换向器的制造成型主要采用以下工艺：先在石墨表面获得一定厚度的金属镀层，该金属一般采用镍，然后采用胶结或焊接的方法实现金属镀层和铜换向片的钎焊连接，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，附着力差，因此导致换向器工作过程中常常发生石墨与铜换向片脱落的现象，影响产品质量。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为克服现有技术的问题，本发明提供一种换向器的钎焊方法及其使用的钎料，采用包括硅、磷、铬、镍的钎料，形成金属化层，该金属化层中的合金在钎焊过程中可伸入石墨盘内部孔隙中，从而提升石墨盘与该金属化层件的附着力。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种用于换向器的钎焊的钎料，其特征在于，按重量百分比计，包括：硅3～5％，磷5～8％，铬25～30％，镍58～62％。

根据本发明的一个实施例钎料，该硅为3.98％，该磷为6.17％，该铬为28.57％，该镍为61.27％。

根据本发明的一个实施例，该硅为4.75％，该磷为7.12％，该铬为28.73％，该镍为59.4％。

根据本发明的一个实施例，按重量百分比计，还包括：碳，小于0.01％；硫，小于0.01％。

根据本发明的一个实施例，该碳为0.005116％，该硫为0.008976％。

根据本发明的另一个方面，提供一种换向器的钎焊方法，其特征在于，包括步骤：S1、制备钎料，该钎料中按重量百分比计包括硅3～5％，磷5～8％，铬25～30％，镍58～62％；S2、将该钎料印在石墨盘上，加热该钎料使其浸润到该石墨盘，从而在该石墨盘表面形成金属化层；S3、在该金属化层上添加焊料，并将铜换向片盘放在该焊料上面，进行焊接。

根据本发明的一个实施例，该金属化层的厚度为0.01～0.04mm。

根据本发明的一个实施例，在该步骤S3中，该焊料为锡片，进行焊接时，温度为250℃至350℃。

根据本发明的一个实施例，还包括步骤：S4、将绝缘基座注塑在该铜换向片盘上，使该铜换向片盘位于该石墨盘与绝缘基座之间，将该石墨盘以及该铜换向片盘切割成若干个相互绝缘的部分。

根据本发明的一个实施例，该钎料中按重量百分比计，还包括：碳，小于0.01％；硫，小于0.01％。

根据本发明的一个实施例，在该步骤S2中，以1000℃至1100℃加热该钎料使其浸润到该石墨盘。

根据本发明的又一个方面，提供一种换向器，包括绝缘基座、若干铜换向片、若干石墨换向片，该若干铜换向片固定到该绝缘基座，每个石墨换向片固定到对应的一个铜换向片，其特征在于，该石墨换向片与该铜换向片连接的表面具有金属化层，该金属化层上述任意一项用于换向器的钎焊的钎料浸润到该石墨换向片而形成。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明第一实施例的用于换向器的钎焊的钎料的微观结构示意图。

图2为本发明第二实施例的用于换向器的钎焊的钎料的微观结构示意图。

图3为本发明实施例的换向器的结构示意图。

图4为本发明实施例的铜换向盘的结构示意图。

图5为本发明实施例的换向器的剖视图。

图6为本发明实施例的图5中VI部分的局部放大图。

图7为本发明实施例的换向器的钎焊方法的流程示意图。

图8为本发明实施例的钎焊方法中步骤S3的具体操作示意图。

图9为本发明实施例的钎焊工艺以后的石墨盘上的观结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种用于换向器的钎焊的钎料，其特征在于，按重量百分比计，包括：硅3～5％，磷5～8％，铬25～30％，镍58～62％。

请参照图1，图1为本发明第一实施例的用于换向器的钎焊的钎料的微观结构示意图。在本实施例中，该用于换向器的钎焊的钎料包括(按重量百分比计)：硅为3.98％，磷为6.17％，铬为28.57％，镍为61.27％；此外，还包括：碳，小于0.01％；硫，小于0.01％；例如，碳为0.005116％，硫为0.008976％。

请参照图2，图2为本发明第二实施例的用于换向器的钎焊的钎料的微观结构示意图。在本实施例中，该用于换向器的钎焊的钎料包括(按重量百分比计)：硅为4.75％，磷为7.12％，铬为28.73％，镍为59.4％。此外，还包括：碳，小于0.01％；硫，小于0.01％；例如，碳为0.005116％，硫为0.008976％。

如图3所示，本发明还提供一种换向器10，包括绝缘基座60、若干铜换向片22、若干石墨换向片30。该若干铜换向片22固定到该绝缘基座60的一端，每个石墨换向片30固定到对应的一个铜换向片22，使每个铜换向片22位于基座10与对应的石墨换向片30之间。石墨换向片30与其对应的铜换向片22通过槽70形成一个个相互绝缘的换向部分12,即相邻换向部分12通过槽70相互绝缘，每一换向部分12中的石墨换向片30与铜换向片22相互导通。该石墨换向片30与铜换向片22连接的表面具有金属化层40，该金属化层由上述钎料浸润到该石墨换向片30而形成。

参考图3和图4，上述铜换向片22可由如图4所示的铜换向片盘20切割而成。铜换向片盘20由圆盘状的片状铜材制成，该圆盘状片状铜材中心与外周被切割、弯曲成若干卡脚26，外周还形成有若干悬臂24。其中，悬臂24可以弯成弯钩状用于挂接转子绕组的线端，而卡脚26则用于在将绝缘基座60注塑在铜换向片22时，嵌入到绝缘基座60的内部实现锁固。类似地，石墨换向片30也可由一个环状的石墨盘切割而成。

参考图4和图5，换向器10的中心具有通孔供转子的转轴穿过。铜换向片通过卡脚26与绝缘基座60固定。

参考图5和图6，石墨换向片30与其对应的铜换向片22形成一个导电的复合换向片12，该复合换向片12固定到绝缘基座60上。复合换向片12中，其中位于石墨换向片30与其对应的铜换向片22之间的金属化层也即硬钎料层40的厚度为0.01～0.04mm，本发明提供的硬钎料层40两层，一层为靠近石墨换向片30的由硬钎料与石墨发生化学反应而形成的界面反应层42，另一层为由该硬钎料自身的组份反应而成的结合层44。在界面反应层42，钎料与石墨形成合金并深度渗透至石墨层的孔洞中，因而能大大提升石墨盘与该金属化层之间的附着力。由于发生了冶金反应，该反应层42与该石墨换向片30高度结合的同时还与该结合层44高度结合。因此，主要由金属元素构成的结合层44牢固地结合至该石墨换向片30。金属层44与铜换向片22之间为焊锡层50。

该换向器具体的钎焊方法请参照图7，需要注意的是，图7的流程图没有显示制备环状石墨盘、以及铜换向片盘的步骤。在制备了环状石墨盘、以及铜换向片盘之后；该钎焊方法主要包括步骤：S1、制备钎料，该钎料中按重量百分比计包括硅3～5％，磷5～8％，铬25～30％，镍58～62％；S2、将该钎料印在石墨盘上，加热该钎料使其浸润到石墨盘，从而在该石墨盘表面形成金属化层；S3、在该金属化层上添加焊料，并将铜换向片盘放在该焊料上面，进行焊接。

在本实施例中，步骤S1中钎料各组成成份的具体的质量百分比可以采用上述第一实施例以及第二实施例提供的数值。

在步骤S2中，以1000℃至1100℃加热该钎料使其浸润到该石墨盘，即将该钎料与石墨盘进行硬钎焊，该步骤形成的金属化层的厚度可以为0.01～0.04mm。请参照图8，该步骤S3具体包括：S31、将焊料设置至硬钎焊后的金属化层的表面，该焊料可以是锡箔；S32、将该铜换向片盘覆盖在焊料上；S33、将硬钎焊后的石墨盘、焊料以及铜换向片盘放置在250℃至350℃的环境中2至10分钟。在具体实施时，上述焊料为锡片，更具体地说，焊料为片状的锡环。

请参照图9，图9为本发明实施例的钎焊工艺以后的石墨盘上的的微观结构示意图。即在完成步骤S2后，通过EDX(Energy Dispersive X-RaySpectroscopy，能量色散X射线光谱仪)进行组分分析，可以得出在图9中的“1#”区域，按重量百分比计，包含以下元素：碳19.7％，铬77.3％，镍3.53％；在图9中的“2#”区域，按重量百分比计，包含以下元素：碳23.66％，硅3.15％，磷9.00％，铬3.27％，镍60.92％；在图9中的“3#”区域，按重量百分比计，包含以下元素：碳24.92％，硅6.78％，磷6.24％，铬1.09％，镍60.97％；其中“3#”区域就是在步骤S2中形成的金属化层，而“1#”区域则是在金属化层与石墨密切结合的区域，可见，采用本发明提供的钎料可以在金属化层与石墨盘之间形成合金，且该合金是深入到石墨盘的孔隙中的，从而大大提升了石墨盘与该金属化层间的附着力的。

将通过上述步骤S1至S3完成的换向器进行拉力实验，可以得出以下结论：1、可承受的拉力达到10kgf以上；2、即使石墨盘发生损坏，石墨盘也不会与金属化层脱层。

此外，还包括步骤：S4、将绝缘基座60注塑在铜换向片盘20上，使该铜换向片盘20位于石墨盘与绝缘基座60之间，将该石墨盘以及该铜换向片盘切割成若干个相互绝缘的部分12。具体地，铜换向片盘20为一个铜环，其上设有多根卡脚26用于嵌入该绝缘基座60中，本发明对铜换向片盘的结构并无具体要求。在将石墨盘以及切割成若干个相互绝缘的部分时，需要先将连接在一起的绝缘体、铜换向片盘、石墨盘翻过来，使石墨盘朝上，再将石墨盘与铜换向片盘一起切割成若干个相互绝缘的部分，如此，该些个相互绝缘的部分能通过绝缘体连接在一起，每个部分包括一个铜换向片和一个石墨换向片，其中，铜换向片用于挂接电机转子的绕组，石墨换向片用于与电刷摩擦接触实现电流换向。

本发明提供的用于换向器的钎焊的钎料，能大大提升石墨盘与由钎料形成的金属化层间的附着力，有效防止换向器中的石墨盘与铜换向片分离；本发明还提供采用该种钎料的换向器的钎焊方法，在金属化层与石墨盘之间形成合金，且该合金是深入到石墨盘的孔隙中的，从而提升石墨盘与由钎料形成的金属化层间的附着力防止换向器中的石墨盘与铜换向片分离。本发明还提供一种换向器，由上述用于换向器的钎焊的钎料进行钎焊，从而有效防止换向器中的石墨盘与铜换向片分离。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (12)

1.一种用于换向器的钎焊的钎料，其特征在于，按重量百分比计，包括：硅3～5％，磷5～8％，铬25～30％，镍58～62％。

2.根据权利要求1所述用于换向器的钎焊的钎料，其特征在于，所述硅为3.98％，所述磷为6.17％，所述铬为28.57％，所述镍为61.27％。

3.根据权利要求1所述用于换向器的钎焊的钎料，其特征在于，所述硅为4.75％，所述磷为7.12％，所述铬为28.73％，所述镍为59.4％。

4.根据权利要求1至3任一项所述用于换向器的钎焊的钎料，其特征在于，还包括：按重量百分比计小于0.01％的碳；和按重量百分比计小于0.01％的硫。

5.根据权利要求4所述用于换向器的钎焊的钎料，其特征在于，所述碳为0.005116％，所述硫为0.008976％。

6.一种换向器的钎焊方法，其特征在于，包括步骤：

S1、制备钎料，所述钎料中按重量百分比计包括硅3～5％，磷5～8％，铬25～30％，镍58～62％；

S2、将所述钎料附加到石墨盘上，加热所述钎料使其浸润到所述石墨盘，从而在所述石墨盘表面形成金属化层；

S3、在所述金属化层上添加焊料，并将铜换向片盘放在所述焊料上面，进行焊接。

7.根据权利要求6所述换向器的钎焊方法，其特征在于，所述金属化层的厚度为0.01～0.04mm。

8.根据权利要求6所述换向器的钎焊方法，其特征在于，在所述步骤S3中，所述焊料为锡片，进行焊接时，温度为250℃至350℃。

9.根据权利要求6所述换向器的钎焊方法，其特征在于，还包括步骤：S4、将绝缘基座注塑在所述铜换向片盘上，使所述铜换向片盘位于所述石墨盘与绝缘基座之间，将所述石墨盘以及所述铜换向片盘切割成若干个相互绝缘的部分。

10.根据权利要求6所述换向器的钎焊方法，其特征在于，所述钎料中按重量百分比计，还包括：碳，小于0.01％；硫，小于0.01％。

11.根据权利要求6所述的换向器的钎焊方法，其特征在于，在所述步骤S2中，以1000℃至1100℃加热所述钎料使其浸润到所述石墨盘。

12.一种换向器，包括绝缘基座、若干铜换向片、若干石墨换向片，所述若干铜换向片固定到所述绝缘基座，每个石墨换向片固定到对应的一个铜换向片，其特征在于，所述石墨换向片与所述铜换向片连接的表面具有金属化层，所述金属化层由权利要求1至5中任意一项所述的用于换向器的钎焊的钎料浸润到所述石墨换向片而形成。