一種石墨-銅復合結(jié)構換向器低溫釬焊方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電機換向器的制造成型技術，具體地說一種石墨-銅復合結(jié)構換向器低溫釬焊方法。
【背景技術】
[0002]我們知道，換向器是直流電機的重要部件，將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組內(nèi)的交變電流或?qū)⒗@組內(nèi)的交變電動勢轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動勢，如何提高換向器的使用壽命受到越來越廣泛的關注。由于石墨材料特殊的物理化學性質(zhì)，如較高的高溫強度，較好的抗熱震性，導電導熱性好及耐腐蝕性好等，使石墨材料已經(jīng)廣泛的應用到航空航天、核能、機械、電器等領域。由于銅具有良好的導熱性，往往將石墨與銅連接起來起到加強散熱的作用。目前，石墨-銅復合結(jié)構的換向器由于其優(yōu)越的性能在汽車等領域已經(jīng)得到了一定的應用。
[0003]目前，石墨-銅復合結(jié)構換向器的制造成型主要采用以下兩種成型工藝。(一)活性元素直接釬焊法:采用含有活性元素如Ti，Ta, Nb,等元素的釬料在高溫下直接對石墨和銅換向葉片進行釬焊。這種方法的溫度一般都在900°C以上，這種溫度將造成銅換向葉片的軟化，降低了石墨-銅復合結(jié)構換向器的使用性能。(二)間接釬焊法:這種方法首先在石墨碟表面進行金屬化處理，然后將進行金屬化處理后的石墨碟與銅換向葉片進行釬焊。目前，進行金屬化處理采用的方法多為電鍍，化學鍍等，這些方法由于金屬鍍層并沒有與石墨碟形成冶金結(jié)合，使得金屬鍍層與石墨碟結(jié)合強度低，銅換向葉片容易脫落，進而大大降低了石墨-銅復合結(jié)構換向器的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的石墨-銅復合結(jié)構換向器釬焊工藝中銅換向葉片軟化現(xiàn)象以及金屬鍍層與石墨碟結(jié)合強度低、容易脫落等弊端，提出一種新型的石墨-銅復合結(jié)構換向器低溫釬焊方法。
[0005]本發(fā)明通過如下措施達到:
一種石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊方法，其特征在于步驟如下:
步驟一、首先采用球磨方法制備含活性元素Cr的SnCr金屬粉末，其中，Sn粉質(zhì)量份數(shù)為70~98%、Cr粉質(zhì)量份數(shù)為2~30%，
步驟二、然后將制備的SnCr金屬粉末涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性氣體保護條件下加熱至700° C ~1000° C，使石墨碟表面獲得厚度為50~200 μπι厚的金屬化層，
步驟三、將金屬化的石墨碟與銅換向葉片裝配好，石墨碟與銅換向葉片間施加0.5~2MPa的軸向壓力，然后加熱至200° C -500° C，完成石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊成型。
[0006]本發(fā)明步驟一中的Sn金屬化粉末均由金屬單質(zhì)組成，質(zhì)量純度為95~99.95%，顆粒大小為10~100 μ??。
[0007]本發(fā)明步驟一是先將稱好的Sn粉、Cr粉一同裝入球磨罐中，球料比為5~12: I ;然后抽真空，真空度為10M~10_2pa，抽真空后充入適量氬氣，再采用轉(zhuǎn)速為100~200r/min ；間歇性球磨為5~15小時，工作1~5小時，間歇5~60分鐘，最后停機將球磨球取出。
[0008]本發(fā)明步驟二中是將制備好的SnCr金屬化粉末涂覆于石墨碟表面，厚度為50~200 μπι，置于 l(T2~l(T4Pa 真空條件下，加熱至 700° C~1000° C，保溫 10~120min，獲得金屬化層，加熱速度:5° C/min~40° C/min，冷卻速度:5° C/min~20° C/min。
[0009]本發(fā)明步驟三中的加熱速度:2 ° C/min~50 ° C/min，冷卻速度:I ° C/min~20° C/min。
[0010]本發(fā)明不僅解決了目前石墨-銅復合結(jié)構換向器難于釬焊的問題，而且通過預先金屬化處理降低了釬焊溫度，并且提高了石墨與銅換向葉片之間的連接強度，具有工藝簡單、實施方便、石墨-銅的復合效果高，用其制成的換向器使用壽命長等優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0011]下面對本發(fā)明作進一步描述:
一種石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊方法，其特征在于步驟如下:步驟一、首先采用球磨方法制備含活性元素Cr的SnCr金屬粉末，其中，Sn粉質(zhì)量份數(shù)為70~98%、Cr粉質(zhì)量份數(shù)為2~30% ;步驟二、然后將制備的SnCr金屬粉末涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性氣體保護條件下加熱至700° C ~1000° C，使石墨碟表面獲得厚度為50~200 μπι厚的金屬化層；步驟三、將金屬化的石墨碟與銅換向葉片裝配好，石墨碟與銅換向葉片間施加0.5~2MPa的軸向壓力，然后加熱至200° C -500° C，完成石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊成型。
[0012]本發(fā)明步驟一中的Sn金屬化粉末均由金屬單質(zhì)組成，質(zhì)量純度為95~99.95%，顆粒大小為10~100 μπι。
[0013]本發(fā)明步驟一是先將稱好的Sn粉、Cr粉一同裝入球磨罐中，球料比為5~12: I ;然后抽真空，真空度為10M~10_2pa，抽真空后充入適量氬氣，再采用轉(zhuǎn)速為100~200r/min ；間歇性球磨為5~15小時，工作1~5小時，間歇5~60分鐘，最后停機將球磨球取出。
[0014]本發(fā)明步驟二中是將制備好的SnCr金屬化粉末涂覆于石墨碟表面，厚度為50~200 μπι，置于 l(T2~l(T4Pa 真空條件下，加熱至 700° C~1000° C，保溫 10~120min，獲得金屬化層，加熱速度:5° C/min~40° C/min，冷卻速度:5° C/min~20° C/min。
[0015]本發(fā)明步驟三中的加熱速度:2 ° C/min~50 ° C/min，冷卻速度:I ° C/min~20° C/min。
[0016]實施例1
一種石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊方法，步驟如下:一備料:SnCr金屬粉末按重量百分比由70~98%的Sn粉、2-30%的Cr粉組成，其中采用的金屬化粉末均由金屬單質(zhì)組成，質(zhì)量純度為95~99.95%，顆粒大小為10~100 μπι ;球磨:將稱好的Sn粉、Cr粉一同裝入球磨罐中，球料比為5~12: 1、填料比為50%~60%;抽真空后充入氬氣，然后間歇性球磨為5~10小時、轉(zhuǎn)速為100~200r/min ;球磨結(jié)束后將球磨球取出；二金屬化:將制備好的SnCr金屬化粉末涂覆于石墨碟表面，厚度為50~200 μηι，置于10_2~10_4Pa真空條件下，加熱至 700° C~1000° C，保溫 10~120min，獲得金屬化層，加熱速度:5° C/min~40° C/min,冷卻速度:5° C/min~20° C/min ;三、釬焊:將金屬化的石墨與銅換向葉片裝配好，施加0.5~2MPa的軸向壓力，加熱至200° C -500° C，完成石墨-銅復合結(jié)構換向器的釬焊成型，加熱速度:2° C/min~50° C/min，冷卻速度:I° C/min~20° C/min。
[0017]實施例2
本實施例與實施例1的不同點在于步驟(一)中SnCr金屬化粉末按重量百分比由90%的Sn粉、10%Cr粉組成。其它步驟與具體實施例1相同。
[0018]實施例3
本實施例與實施例2的不同點在于步驟(三)中涂覆于石墨碟表面的SnCr金屬化粉末厚度為lOOym。其它步驟與具體實施例2相同。
[0019]實施例4
本實施例與實施例3的不同點在于步驟(三)中金屬化層的工藝條件為:加熱溫度:1000 ° C，保溫時間:30min，加熱速度:18° C/m in?20。C/min，冷卻速度:8 ° C/min~10° C/min。其它步驟與實施例3相同。
[0020]實施例5
本實施例與實施例1的不同點在于步驟(三)中金屬化層的工藝條件為:惰性保護氣體純度:95~99.95%，加熱溫度:700° C~800° C，保溫時間:10~120min，加熱速度:5° C/min~20° C/min，冷卻速度:5° C/min~15° C/min。其它步驟與實施例1相同。
[0021]實施例6
本實施例與實施例2的不同點在于步驟(二)中球料比為10: I;充入氬氣后間歇性球磨6小時、轉(zhuǎn)速為180r/min。其它步驟與實施例2相同。
[0022]實施例7
本實施例與實施例4的不同點在于步驟三中釬焊工藝條件為:加熱溫度:300° C，保溫時間:5min，加熱速度:20° C/min，冷卻速度:10° C/min。其它步驟與實施例4相同。
[0023]本發(fā)明不僅解決了目前石墨-銅復合結(jié)構換向器難于釬焊的問題，而且通過預先金屬化處理降低了釬焊溫度，并且提高了石墨與銅換向葉片之間的連接強度，具有工藝簡單、實施方便、石墨-銅的復合效果高，用其制成的換向器使用壽命長等優(yōu)點。
【主權項】
1.一種石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊方法，其特征在于步驟如下: 步驟一、首先采用球磨方法制備含活性元素Cr的SnCr金屬粉末，其中，Sn粉質(zhì)量份數(shù)為70~98%、Cr粉質(zhì)量份數(shù)為2~30%， 步驟二、然后將制備的SnCr金屬粉末涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性氣體保護條件下加熱至700° C ~1000° C，使石墨碟表面獲得厚度為50~200 μπι厚的金屬化層， 步驟三、將金屬化的石墨碟與銅換向葉片裝配好，石墨碟與銅換向葉片間施加0.5~2MPa的軸向壓力，然后加熱至200° C -500° C，完成石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊成型。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊方法，其特征在于步驟一中的Sn金屬化粉末均由金屬單質(zhì)組成，質(zhì)量純度為95~99.95%，顆粒大小為10?100 μ m0
3.根據(jù)權利要求1所述的一種石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊方法，其特征在于步驟一是先將稱好的Sn粉、Cr粉一同裝入球磨罐中，球料重量比為5~12: 1，；然后抽真空，真空度為10M~10_2 pa，抽真空后充入適量氬氣，再采用轉(zhuǎn)速為100~200r/min ;間歇性球磨為5~15小時，工作1~5小時，間歇5~60分鐘，最后停機將球磨球取出。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊方法，其特征在于步驟二中是將制備好的SnCr金屬化粉末涂覆于石墨碟表面，厚度為50~200 μπι，置于10-2~10_4Pa真空條件下，加熱至700° C~1000° C，保溫10~120min，獲得金屬化層，加熱速度:5。C/min~40° C/min，冷卻速度:5。C/min~20。C/min。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊方法，其特征在于步驟三中的加熱速度:2° C/min~50° C/min，冷卻速度:1° C/min~20° C/min。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊方法，其特征在于步驟三中的加熱速度:2° C/min~50° C/min，冷卻速度:1° C/min~20° C/min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨-銅復合結(jié)構換向器的低溫釬焊方法，其特征在于步驟如下：首先用球磨方法制備含活性元素Cr的SnCr金屬粉末，然后將制備的SnCr金屬粉末涂覆于石墨碟表面，在真空或惰性氣體保護條件下加熱至700°C~1000°C，使石墨碟表面獲得厚度為50~200μm厚的金屬化層，再將金屬化的石墨碟與銅換向葉片裝配好，施加0.5~2MPa的軸向壓力，然后加熱至200°C~500°C即可，本發(fā)明通過預先金屬化處理降低了釬焊溫度，提高了石墨與銅換向葉片之間的連接強度，具有工藝簡單、實施方便、石墨-銅的復合效果高，用其制成的換向器使用壽命長等優(yōu)點。
【IPC分類】H01R43-06, H01R43-02
【公開號】CN104701708
【申請?zhí)枴緾N201510139406
【發(fā)明人】宋曉國, 柴鑒航, 付偉, 雷玉珍, 于靜泊, 胡勝鵬
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學（威海）
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月28日