论文摘要
本文以某电机用换向器的制造为研究背景,采用合适的工艺方法实现了石墨和黄铜的钎焊连接,并借助差热分析、扫描电镜、能谱分析、抗剪强度试验以及微电阻测量等分析测试手段,分析了钎焊组织结构及换向器的性能。首先采用电镀工艺对石墨表面进行金属化处理,分别在石墨表面电镀Cu、Ni以及Ni-Cu,通过剪切剥离试验和热震试验测试镀层与石墨基体的结合强度,结果显示镀层附着强度分别为3.55Mpa、5.23Mpa和6.17Mpa,并由此确定电镀工艺规范。分析了镀层与石墨的结合机理:由于石墨本身多孔,镀液能够沿着孔隙渗入至石墨基体内部,在空隙中形成镀层,从而起到机械钉扎作用,使镀层与石墨能够紧密结合。从无铅钎料设计原则考虑:钎料熔化温度、熔程（液相线和固相线温度差）以及钎料与Cu基体润湿性和流动性,制备符合要求的Sn-Zn基合金钎料。通过对传统焊剂松香酒精进行改性,配制出与Sn-Zn基钎料相适应的钎剂。其主要组成为:酒精、松香、SnCl2和三乙醇胺。添加SnCl2以增强松香活性,提高钎料对基体的润湿效果;添加三乙醇胺作为缓蚀剂,减少SnCl2带来的腐蚀作用。采用Sn-Zn基钎料实现了镀Cu石墨与黄铜之间的钎焊连接,其钎焊接头界面结构组织为:石墨/Cu/ Cu6Sn5/CuSn共晶/SnZn共晶/CuSn共晶/ Cu6Sn5/黄铜。由于母材向液态钎料中溶解以及钎料与母材之间扩散,形成的共晶合金和金属间化合物在母材之间起到钎焊连接作用。接头平均剪切强度5.0Mpa,平均片间电阻0.010Ω,此工艺能够满足换向器的工作要求,可实现石墨/黄铜换向器的批量生产。
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