一種石墨-銅復合結構換向器低溫釬焊方法
【技術領域】
[0001]本發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換為繞組內的交變電流或將繞組內的交變電動勢轉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，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-銅復合結構的換向器由于其優越的性能在汽車等領域已經得到了一定的應用。
[0003]目前，石墨-銅復合結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合，使得金屬鍍層與石墨碟結合強度低，銅換向葉片容易脫落，進而大大降低了石墨-銅復合結構換向器的使用壽命。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是為了解決現有的石墨-銅復合結構換向器釬焊工藝中銅換向葉片軟化現象以及金屬鍍層與石墨碟結合強度低、容易脫落等弊端，提出一種新型的石墨-銅復合結構換向器低溫釬焊方法。
[0005]本發明通過如下措施達到:
一種石墨-銅復合結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粉質量份數為70~98%、Cr粉質量份數為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-銅復合結構換向器的低溫釬焊成型。
[0006]本發明步驟一中的Sn金屬化粉末均由金屬單質組成，質量純度為95~99.95%，顆粒大小為10~100 μ??。
[0007]本發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]本發明不僅解決了目前石墨-銅復合結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點。
【具體實施方式】
[0011]下面對本發明作進一步描述:
一種石墨-銅復合結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粉質量份數為70~98%、Cr粉質量份數為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-銅復合結構換向器的低溫釬焊成型。
[0012]本發明步驟一中的Sn金屬化粉末均由金屬單質組成，質量純度為95~99.95%，顆粒大小為10~100 μπι。
[0013]本發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組成，質量純度為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、轉速為100~200r/min ;球磨結束后將球磨球取出；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]本發明不僅解決了目前石墨-銅復合結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點。
【主權項】
1.一種石墨-銅復合結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粉質量份數為70~98%、Cr粉質量份數為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-銅復合結構換向器的低溫釬焊成型。
2.根據權利要求1所述的一種石墨-銅復合結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組成，質量純度為95~99.95%，顆粒大小為10?100 μ m0
3.根據權利要求1所述的一種石墨-銅復合結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.根據權利要求1所述的一種石墨-銅復合結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.根據權利要求1所述的一種石墨-銅復合結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.根據權利要求1所述的一種石墨-銅復合結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】本發明公開了一種石墨-銅復合結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點。
【IPC分類】H01R43-06, H01R43-02
【公開號】CN104701708
【申請號】CN201510139406
【發明人】宋曉國, 柴鑒航, 付偉, 雷玉珍, 于靜泊, 胡勝鵬
【申請人】哈爾濱工業大學（威海）
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月28日