石墨黄铜异质钎焊研究及界面结构分析

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1、湖北工业大学硕士学位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

2、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／Cu

3、6Sns／CuSn共晶／SnZn共晶／CuSn共晶／Cu6Sn#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0．010Q，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。关键词：换向器钎焊无铅钎料界面结构湖北工业大学硕士学位论文AbstractAppropriateprocesswasappliedinthispapertobrazeofgraphitetobrassandDTA,SEM，EDSwereado

4、ptedinanalyzinginterracialmicrostructure．Thepropertiesofshearstrengthandresistancemeasurementweretestedforthemanufactureofcommutator．Surfaceofgraphitesfirstweretreatedmetalationbyplatedrespectivelywithcopper,nickelandnickel—·copper．Theconjunctstrengthbetweengraphiteand

5、alloy··plateweremeasuredbyshearingtestandthermalshock．Thetestresultsofshearstrengthwererespectively3．55Mpa．5．23Mpaand6．17Mpa．Soproperplatingprocesswasadopted．Conjunctmechanismoftheplating—alloywereanalysedthatplatingliquorcanpermeategraphitematrixthroughitsholes，whichr

6、esultsinplatingalloytoformmechanicalnail，thereforegraphiteandplating—alloywereconjunctedclosely．Accordingtotheprincipleoflead··freesolder,aproperSn·-Znalloysolderwascompoundedwithrespectingthefactorsofsoldermeltingpoint，meltingrange(temperaturedifferencebetweenliquidan

7、dsolid)，wettingandfluxiononcoppermatrix．AnappropriatesolderingpastewaspreparatedtofitwithSn—Znsolderthroughalteratingtheconventionalsolderingpasteofcolophonyalcoh01．Themaincompositionsofthenewsolderingweremadeofalcohol，colophony,tin(II)chlorideandtriethanolamine．Thewet

8、tingofsolderonbrassmatrixwasimprovedbytheactivecolophonythroughaddingtin(II)chlorideandthecorrosioncausedfromTin(II)c