[发明专利]将换向器中碳板与铜基面焊接的方法

说明书

技术领域

本发明属于换向器的加工方法，尤其涉及的是换向器中碳板与铜基面的焊接方法。

背景技术

目前国内外直流电机的换向器，大都采用无氧铜或银铜合金制造，这种换向器使用寿命较短。采用碳(石墨)来制造直流电机的换向器可以延长使用寿命，遇到最大的难题是如何将碳片与铜可靠连接问题。最早是由德国科学家开始研究，企图用于军事，二次大战德国战败后，德国科学家被美军俘虏，进入美国继续进行研究。已制成碳换向器，但由于成本太高不能推广应用，后来各国有很多专利，都用机械镶嵌式结构解决碳与铜的连接问题，也制成了碳换向器，由于制造工艺复杂成本较高，不能广泛应用。后由于无刷电机问世，无刷电机以长寿命赢得关注。对碳换向器的研究工作，被耽搁了一段时间。汽车采用电喷装置后，燃油泵由于体积限制，不能够采用无刷电机，再由于直流电机以其特有的生产成本低、体积小、功率大，又被得到重视。再则，由于世界各国政府为控制汽车排放污染，同时为节省石油使用其它燃料，执行新的能源政策，在汽油中规定添加乙醇等醇类物质。乙醇中所含的弱酸，对金属换向器造成腐蚀，使普通换向器的使用寿命在2000-3000小时左右，不能满足汽车燃油泵的使用要求，为此开发新型的碳换向器又成为世界各国关心的课题。碳换向器以其化学稳定及其自润滑的的优越特性，使得汽车燃油泵得以长寿命。碳换向器制造的关键技术在于碳片和铜壳的可靠焊接。由于碳是非金属材料，一般钎料很难润湿碳片表面，必需用碳片表面金属化或活性钎料的方法，才能实现与铜两种材料的钎焊，表面金属化的方法用一般钎料钎焊，制造工艺复杂，接头强度低较少采用。近十几年来一些新材料对焊接技术提出了更高的要求，特别是各种新型陶瓷、金刚石、碳复合材料等都要求进行可靠连接，为适应这一要求钎焊技术近年来也得到飞快发展，活性钎料就是适应这一要求发展起来的，这些钎料也可以铜和碳片可靠连接。这给碳换向器低成本制造提供了可能。活性钎料就是在一般钎料中含有Ti、Zr、Al、Cr、P等活化物质，它可以实现陶瓷、金刚石、碳复合材料等自身或与其它材料的可靠连接。常用的活性钎料为Ag-Cu-Ti钎料，这种钎料由于含有较多的银，再加上含钛钎料冶炼困难价格非常贵，很难大量应用。同时由于碳和铜两种材料物化性能差别较大，在钎焊接头容易产生较大的内应力。有时会造成接头破坏，这些都是本研究要解决地问题。本专利使用Cr、P作为活化元素，用高温加热循环减少和消除铜壳与碳片间的内应力，较好地解决了低成本制造碳换向器的难题。碳换向器使用领域相当广阔，除可以涵盖所有的直流电机外，还可以在航空、航天、军工等领域推广应用。目前，美国、德国、日本、墨西哥等国已成功生产了碳换向器，碳换向器已在国际上，被广泛采用在汽车燃油泵生产中，但这项技术一直被国外保密、垄断。根本见不到公开报道。

发明内容

鉴于背景技术存在的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种低成本的钎料，使得换向器焊接后其使用寿命长碳板与铜基面的焊接方法。

为此，本发明是采用以下技术方案来实现的：一种将换向器中碳板与铜基面焊接的方法，其特征在于：

a、钎料成分：采用粉状或箔状的活性钎料作为焊接钎料，其成分重量比例为Cu：5-20％，P：5-15％，Sn：3-10％，Cr：5-20％，Ti和Si微量，其余为Ni；

b、焊前准备：将碳板基面清理干净，同时将铜基面清洗干净，并晾干备用，用工装夹具由下至上按铜基面-焊接钎料-碳材料的顺序组装定位好，然后放置于真空炉内；

c、焊接：采用钎焊工艺进行真空钎焊，工艺参数为：真空度不低于5×10^-3Pa，由室温升温到300℃-500℃，升温时间30-50分钟，保温10-20分钟，继续升温到650℃-850℃，升温时间30-50分钟，再保温10-20分钟，再继续升温到900℃-1000℃，升温时间10-20分钟，又保温15-30分钟，然后稳步降至常温，钎焊时施加一定的压力，范围在0.01-0.1Mpa之间。

所述将铜基面清洗时，采用丙酮清洗。

本发明中，采用这种配方作为碳板与铜基面的焊接钎料，其成本比银-铜-钛为主要成分的钎料降低了20倍左右，而且其焊接后，换向器的使用寿命可达10000小时以上，钎焊的质量完全满足碳换向器的制作要求及性能指标。

具体实施方式