CN113894466A - 一种银金属氧化物带材复银复焊料的设备及其制备方法 - Google Patents

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周元双
魏庆红
陈潺
缪仁梁
王肖平
俎玉涛
陈开松
刘占中
王达武
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Abstract

一种银金属氧化物带材复银复焊料的设备及其制备方法，属于电工触头材料领域，该设备包括第一放料装置、第二放料装置、表面处理装置、测速装置、电阻炉、复合定位模具、第三放料装置、第一辊轧机、酸洗打磨装置、第二辊轧机、收料装置与控制系统；该方法中焊料复合前无需在电阻炉内加热或熔化，直接在常温状态与加热后的银金属氧化物带材和纯银带材三层经复合定位模具定位，采用大变形量的轧制复合，使银金属氧化物带材和纯银带材结合在一起，同时利用银金属氧化物带材和纯银带材的余热和过程中大的压力，使焊料层与纯银层之间产生原子扩散，形成冶金结合，便于后续加工，材料利用率高。

Description

一种银金属氧化物带材复银复焊料的设备及其制备方法
技术领域
本发明涉及电工触头材料领域，特别涉及一种银金属氧化物带材复银复焊料的设备及其制备方法。
背景技术
银金属氧化物触点材料具有良好的抗电弧烧损性能、抗熔焊性能和导电性能，被广泛应用于接触器、断路器、继电器等领域。但是目前市场上所使用的银金属氧化物触点大部分未复焊料，需在焊接过程中额外添加焊料，这样会影响焊接效率和焊接质量，使制造成本大幅上升，且无焊料触点若想实现自动化焊接大多是通过在触点焊接面添加钎焊膏进行焊接，钎焊膏材料成本高且焊接过程容易出现气孔、钎着率不稳定等问题。
市场上大部分银金属氧化物复焊料触点或带材是采用高频感应或中频感应加热的方式制备，首先要制备银金属氧化物复银带材，然后将银金属氧化物复银带材和焊料带材同时穿过加热炉管，焊料层在高温段加热后熔化、在冷却段重新凝固粘附在银金属氧化物带材表面。这种制备方式主要存在以下几种缺陷：在制备过程中，焊料熔化后会自由流动，而带材在牵引过程中无法完全保持水平状态，轻微的抖动和倾斜都会导致局部焊料层厚度分布不均匀，给后续的加工过程带来困难；牵引力作用于银金属氧化物带材上，焊料带材由于需要在加热炉管中熔化无法牵引，目前采用的方式是，焊料带材放置在银金属氧化物带材上表面，通过焊料带材和银金属氧化物带材之间的摩擦力，由银金属氧化物带材带动焊料带材前进，焊料带材前进过程中受到外界影响摩擦力产生轻微变化，都会影响焊料带才与银金属氧化物带材的相对速度，导致银金属氧化物带材表面局部无焊料或者焊料无法覆盖整个表面，影响材料利用率。因此，为了解决上述问题，以及满足电器行业自动化程度提升后对原材料一致性的更高要求，开发一种更高效、更稳定的带材复焊料工艺，具有很重要的实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种高效、操作简便、生产过程可监控的用于生产银金属氧化物复银复焊料带材的专用设备以及一种使用该设备制备生产成本低、质量稳定可靠的银金属氧化物复银复焊料带材的方法。
本发明所采取的技术方案如下： 一种银金属氧化物带材复银复焊料的设备，包括第一放料装置、第二放料装置、表面处理装置、测速装置、电阻炉、复合定位模具、第三放料装置、第一辊轧机、酸洗打磨装置、第二辊轧机、收料装置与控制系统；
所述第一放料装置、第二放料装置、第一辊轧机、第二辊轧机与收料装置由控制系统控制自动保持轧制速度和张力恒定，所述第一放料装置与第二放料装置用于将带材输送到表面处理装置进行表面处理，所述带材头部固设有牵引带用于牵引表面处理装置中的带材到电阻炉的炉管中，所述表面处理装置与电阻炉之间设有用于监测每条带材实时速度的测速装置，所述测速装置连接控制系统并将数据实时反馈， 所述炉管内设有多组横向定位装置，所述炉管进口和出口设置用于密封的环状氢气管，并在炉管内部设有保护气氛，所述炉管出口处设有单层或多层复合定位模具，所述复合定位模具上设置用于接收第三放料装置所输送带材的进料口且在两者之间设有测速装置，多条带材复合定位完成后，先通过第一辊轧机轧辊复合，再进入用于去除表面氧化物和杂质的酸洗打磨装置，然后通过第二辊轧机精轧至成品厚度收集至收料装置上。
进一步设置是所述表面处理装置包括打磨机构、清洗机构与烘干机构。
进一步设置是所述保护气氛为氩气或氮气。
本发明还提供一种银金属氧化物带材复银复焊料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，将银金属氧化物带材和纯银带材分别放置在第一放料装置与第二放料装置上并跟牵引带铆接在一起，匀速向前牵引经过表面处理装置，同时对两条带材进行表面处理；
步骤S2，表面处理后的银金属氧化物带材和纯银带材经过测速装置检测实时速度并反馈到控制系统，通过设置放料装置张力，匀速牵引带材进入电阻炉的炉管进行加热；其中纯银带材位于银金属氧化物带材的顶部，电阻炉温度700℃~930℃，电阻炉保护气氛为氩气或氮气，电阻炉的炉管进口和出口采用氢气燃烧火封；
步骤S3，银金属氧化物带材和纯银带材通过电阻炉的炉管出口端的复合定位模具时，从复合定位模具上方的进料口插入焊料带材，三条带材一起经过第一辊轧机进行轧制复合；其中焊料带材无需加热，直接随加热后的银金属氧化物带材和纯银带材一同进入轧辊复合；
步骤S4，复合完毕的银金属氧化物/银/焊料带材进入酸洗打磨装置去除表面氧化物和杂质；
步骤S5，酸洗打磨后的银金属氧化物/银/焊料带材通过第二辊轧机精轧至成品厚度。
进一步设置是所述银金属氧化物材料中的金属氧化物可以是氧化镉、氧化铜、氧化锌、氧化锡、氧化铟中的一种或几种。
进一步设置是所述焊料为银基焊料或铜基焊料牌号中的任意一种。
本发明的有益效果如下：1.解决了传统工艺制备的银金属氧化物复焊料带材焊料层分布不均匀等缺陷。传统工艺中焊料经过炉内熔化烧结在银金属氧化物/银带材表面，此工艺对带材在炉内的水平度要求极高，熔化态的焊料容易在焊接面堆积或流至工作面，造成焊料层厚度不均或堆积，对后续加工带来一定的困难，且焊料内部存在组织不均匀，有气孔、成分偏析等缺陷，本发明中焊料复合前无需在电阻炉内加热或熔化，直接在常温状态与加热后的银金属氧化物带材和纯银带材三层经复合定位模具定位，采用大变形量的轧制复合，使银金属氧化物带材和纯银带材结合在一起，同时利用银金属氧化物带材和纯银带材的余热和过程中大的压力，使焊料层与纯银层之间产生原子扩散，形成冶金结合。采用本专利加工方式制备的银金属氧化物/银/焊料三层复合带材，焊料层厚度均匀一致，焊料未经熔化内部组织无气孔、成分偏析等缺陷，便于后续加工，材料利用率高；
2.本发明中银金属氧化物、纯银和焊料三种带材一次性轧制复合，生产效率高，便于批量生产；
3.本发明中电阻炉炉管进料端和放料装置之间设有表面处理装置，该装置可同时对多条带材进行双面打磨、清洗、烘干处理，在一台设备上实现了带材清洗、热轧复合、复焊料等过程，生产效率高；
4.本发明中电阻炉炉管内设有横向定位装置，可保证银金属氧化物带材和纯银带材在炉管内紧密贴合，防止带材前进过程中因横向错位导致复合界面带入杂质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明设备的结构示意图；
图2为本发明制备方法流程图；
图中，1-第一放料装置，2-第二放料装置，3-表面处理装置，4-测速装置，5-电阻炉，51-炉管，52-横向定位装置，53-环状氢气管，6-复合定位模具，7-第三放料装置，8-第一辊轧机，9-酸洗打磨装置，10-第二辊轧机，11-收料装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是 为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二” 仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再 一一说明。
本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
如图1所示，为本发明提供的一种银金属氧化物带材复银复焊料的设备的优选实施例，包括第一放料装置1、第二放料装置2、表面处理装置3、测速装置4、电阻炉5、复合定位模具6、第三放料装置7、第一辊轧机8、酸洗打磨装置9、第二辊轧机10、收料装置11与控制系统；
所述第一放料装置1与第二放料装置2分别将带材输送到表面处理装置3，所述带材头部设有牵引带并通过铆钉连接来辅助输送，其中表面处理装置3由现有技术的打磨机构、清洗机构与烘干机构简单组合而成，可同时对多条带材进行双面打磨、清洗、烘干处理，处理完毕后通过测速装置4，监测每条带材实时速度并反馈至控制系统12，保证每条带材速度一致且匀速，如速度不一致或者非匀速，则通过控制系统12控制第一放料装置1、第二放料装置2、第一辊轧机8、第二辊轧机10与收料装置11调节轧制速度和张力进行修正，之后带材被牵引进入电阻炉5中的炉管51，炉管51内设有多组横向定位装置52，可防止带材在炉内错位跑偏，炉管51内部可通氩气或氮气作为保护气氛，炉管51进口和出口设置环状氢气管53，并通气点燃进行火封，炉管51出口处设有单层或多层复合定位模具6，所述复合定位模具6上设置进料口来接收第三放料装置7所输送的带材且在两者之间设有测速装置4，多条带材复合定位完成后，先通过第一辊轧机8轧辊复合，再进入酸洗打磨装置9去除表面氧化物和杂质，然后通过第二辊轧机10精轧至成品厚度，最后收集至收料装置11上。
进一步的，本发明在如图2所示的制备方法流程的基础上提出如下具体实施例。
实施例一：
基体材料为AgCdO15，成品横截面规格为50mm*1.0mm ；银层材料为纯银，成品横截面规格为50mm*0.1mm ；焊料层材料为BAg30CuP，成品横截面规格为50*0.1mm。具体步骤如下：
1.将规格为55mm*4mm的AgCdO15带材，55mm*0.4mm的纯银带材，55mm*0.4mm的BAg30CuP带材分别放置在第一放料装置1、第二放料装置2和第三放料装置7上，将AgCdO15带材和纯银带材穿过表面处理装置3并跟牵引带铆接在一起，启动表面处理装置3，同时对两条带材进行双面打磨、清洗与烘干处理；
2.经过表面处理后的AgCdO15带材和纯银带材分别通过测速装置4检测实时速度并反馈至控制系统12，通过设置放料装置张力，匀速牵引AgCdO15带材和纯银带材进入温度为900℃的电阻炉5的炉管51内，同时在炉管51内充入保护气氛，并在其进口和出口点燃氢气火封，AgCdO15带材和纯银带材在炉管51内通过横向定位装置52定位，；
3.待AgCdO15带材和纯银带材通过复合定位模具6后，将BAg30CuP带材通过测速装置4检测后，从复合定位模具6上方进料口插入定位孔中，三条带材一起经过第一辊轧机8进行复合，轧制厚度为1.6mm；
4.将复合完毕的带材分丝至50mm宽，进行表面酸洗处理；
5.将酸洗处理后的复合带材通过第二辊轧机10精轧至1.2mm。
实施例二：
基体材料为AgCuO10，成品横截面规格为100mm*1.8mm ；银层材料为纯银，成品横截面规格为100mm*0.15mm ；焊料层材料为BAg25CuZn，成品横截面规格为100*0.1mm。具体步骤如下:
1.将规格为105mm*5.5mm的AgCuO10带材，105mm*0.45mm的纯银带材，105mm*0.3mm的BAg25CuZn带材分别放置在第一放料装置1、第二放料装置2和第三放料装置7上，将AgCuO10带材和纯银带材穿过表面处理装置3并跟牵引带铆接在一起，启动表面处理装置3，同时对两条带材进行双面打磨、清洗与烘干处理；
2.经过表面处理后的AgCuO10带材和纯银带材分别通过测速装置4检测实时速度并反馈至控制系统12，通过设置放料装置张力，匀速牵引AgCuO10带材和纯银带材进入温度为830℃的电阻炉5的炉管51内，同时在炉管51内充入保护气氛，并在其进口和出口点燃氢气火封，AgCuO10带材和纯银带材在炉管51内通过横向定位装置52定位，；
3.待AgCuO10带材和纯银带材通过复合定位模具6后，将BAg25CuZn带材通过测速装置4检测后，从复合定位模具6上方进料口插入定位孔中，三条带材一起经过第一辊轧机8进行复合，轧制厚度为2.3mm；
4.将复合完毕的带材分丝至100mm宽，进行表面酸洗处理；
5.将酸洗处理后的复合带材通过第二辊轧机10精轧至2.05mm。
实施例三：
基体材料为AgZnO8，成品横截面规格为20mm*0.5mm ；银层材料为纯银，成品横截面规格为20mm*0.05mm ；焊料层材料为BCuPSn-7，成品横截面规格为20*0.1mm。具体步骤如下:
1.将规格为25mm*2mm的AgZnO8带材，25mm*0.2mm的纯银带材，25mm*0.4mm的BCuPSn-7带材分别放置在第一放料装置1、第二放料装置2和第三放料装置7上，将AgZnO8带材和纯银带材穿过表面处理装置3并跟牵引带铆接在一起，启动表面处理装置3，同时对两条进行双面打磨、清洗与烘干处理；
2.经过表面处理后的AgZnO8带材和纯银带材分别通过测速装置4检测实时速度并反馈至控制系统12，通过设置放料装置张力，匀速牵引AgZnO8带材和纯银带材进入温度为850℃的电阻炉5的炉管51内，同时在炉管51内充入保护气氛，并在其进口和出口点燃氢气火封，AgZnO8带材和纯银带材在炉管51内通过横向定位装置52定位，；
3.待AgZnO8带材和纯银带材通过复合定位模具6后，将BCuPSn-7带材通过测速装置4检测后，从复合定位模具6上方进料口插入定位孔中，三条带材一起经过第一辊轧机8进行复合，轧制厚度为0.9mm；
4.将复合完毕的带材分丝至20mm宽，进行表面酸洗处理；
5.将酸洗处理后的复合带材通过第二辊轧机10精轧至0.6mm。
实施例四：
基体材料为AgSnO2(8)In2O3(4)，成品横截面规格为40mm*1.2mm ；银层材料为纯银，成品横截面规格为40mm*0.1mm ；焊料层材料为BCuP-6，成品横截面规格为40*0.1mm 。具体步骤如下:
1.将规格为45mm*4.2mm的AgSnO2(8)In2O3(4)带材，45mm*0.35mm的纯银带材，45mm*0.35mm的BCuP-6带材分别放置在第一放料装置1、第二放料装置2和第三放料装置7上，将AgZnO8带材和纯银带材穿过表面处理装置3并跟牵引带铆接在一起，启动表面处理装置3，同时对两条带材进行双面打磨、清洗与烘干处理；
2.经过表面处理后的AgSnO2(8)In2O3(4)带材和纯银带材分别通过测速装置4检测实时速度并反馈至控制系统12，通过设置放料装置张力，匀速牵引AgSnO2(8)In2O3(4)带材和纯银带材进入温度为880℃的电阻炉5的炉管51内，同时在炉管51内充入保护气氛，并在其进口和出口点燃氢气火封，AgSnO2(8)In2O3(4)带材和纯银带材在炉管51内通过横向定位装置52定位，；
3.待AgSnO2(8)In2O3(4)带材和纯银带材通过复合定位模具6后，将BCuP-6带材通过测速装置4检测后，从复合定位模具6上方进料口插入定位孔中，三条带材一起经过第一辊轧机8进行复合，轧制厚度为1.8mm；
4.将复合完毕的带材分丝至40mm宽，进行表面酸洗处理；
5.将酸洗处理后的复合带材通过第二辊轧机10精轧至1.4mm。
由上所述银金属氧化物材料中的金属氧化物可以是氧化镉、氧化铜、氧化锌、氧化锡、氧化铟中的一种或几种；所述焊料可以是银基焊料或铜基焊料牌号中的任意一种。
综上，上述四种实施例所制备的产品均解决了传统工艺制备的银金属氧化物复焊料带材焊料层分布不均匀等缺陷；本发明中焊料复合前无需在电阻炉内加热或熔化，直接在常温状态与加热后的银金属氧化物带材和纯银带材三层经复合定位模具定位后轧辊复合，本方法得到的产品焊料层厚度均匀一致，焊料未经熔化内部组织无气孔、成分偏析等缺陷，便于后续加工，材料利用率高。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种银金属氧化物带材复银复焊料的设备，其特征在于：包括第一放料装置（1）、第二放料装置（2）、表面处理装置（3）、测速装置（4）、电阻炉（5）、复合定位模具（6）、第三放料装置（7）、第一辊轧机（8）、酸洗打磨装置（9）、第二辊轧机（10）、收料装置（11）与控制系统（12）；
所述第一放料装置（1）、第二放料装置（2）、第一辊轧机（8）、第二辊轧机（10）与收料装置（11）由控制系统（12）控制自动保持轧制速度和张力恒定，所述第一放料装置（1）与第二放料装置（2）用于将带材输送到表面处理装置（3）进行表面处理，所述带材头部固设有牵引带用于牵引表面处理装置（3）中的带材到电阻炉（5）的炉管（51）中，所述表面处理装置（3）与电阻炉之（5）间设有用于监测每条带材实时速度的测速装置（4），所述测速装置（4）连接控制系统（12）并将数据实时反馈， 所述炉管（51）内设有多组横向定位装置（52），所述炉管（51）进口和出口设置用于密封的环状氢气管（53），并在炉管（51）内部设有保护气氛，所述炉管（51）出口处设有单层或多层复合定位模具（6），所述复合定位模具（6）上设置用于接收第三放料装置（7）所输送带材的进料口且在两者之间设有测速装置（4），多条带材复合定位完成后，先通过第一辊轧机（8）轧辊复合，再进入用于去除表面氧化物和杂质的酸洗打磨装置（9），然后通过第二辊轧机（10）精轧至成品厚度收集至收料装置（11）上。
2.根据权利要求1所述的一种银金属氧化物带材复银复焊料的设备，其特征在于：所述表面处理装置（3）包括打磨机构、清洗机构与烘干机构。
3.根据权利要求1所述的一种银金属氧化物带材复银复焊料的设备，其特征在于：所述保护气氛为氩气或氮气。
4.一种银金属氧化物带材复银复焊料的制备方法，其特征在于：该制备方法运用于权利要求1所述的设备中，包括以下步骤：
步骤S1，将银金属氧化物带材和纯银带材分别放置在第一放料装置（1）与第二放料装置（2）上并跟牵引带固定在一起，匀速向前牵引经过表面处理装置（3），同时对两条带材进行表面处理；
步骤S2，表面处理后的银金属氧化物带材和纯银带材经过测速装置（4）检测实时速度并反馈到控制系统（12），通过设置放料装置张力，匀速牵引带材进入电阻炉（5）的炉管（51）进行加热；其中纯银带材位于银金属氧化物带材的顶部，电阻炉（5）温度700℃~930℃，电阻炉（5）保护气氛为氩气或氮气，电阻炉（5）的炉管（51）进口和出口采用氢气燃烧火封；
步骤S3，银金属氧化物带材和纯银带材通过电阻炉的炉管（51）出口端的复合定位模具（6）时，从复合定位模具（6）上方的进料口插入焊料带材，三条带材一起经过第一辊轧机（8）进行轧制复合；其中焊料带材无需加热，直接随加热后的银金属氧化物带材和纯银带材一同进入轧辊复合；
步骤S4，复合完毕的银金属氧化物/银/焊料带材进入酸洗打磨装置（9）去除表面氧化物和杂质；
步骤S5，酸洗打磨后的银金属氧化物/银/焊料带材通过第二辊轧机（10）精轧至成品厚度。
5.根据权利要求4所述的一种银金属氧化物带材复银复焊料的制备方法，其特征在于：所述银金属氧化物材料中的金属氧化物可以是氧化镉、氧化铜、氧化锌、氧化锡、氧化铟中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述的一种银金属氧化物带材复银复焊料的制备方法，其特征在于：所述焊料为银基焊料或铜基焊料牌号中的任意一种。
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