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石墨黄铜异质钎焊研究及界面结构分析

作　者: 梅丹伟
导　师: 陈洪
学　校: 湖北工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 换向器钎焊无铅钎料界面结构
分类号: TG454
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
第1章引言  7-22
  1.1 课题研究背景  7
  1.2 石墨与金属连接工艺研究现状  7-16
  1.3 石墨与黄铜钎焊连接工艺分析  16-20
  1.4 本课题研究内容  20-22
第2章实验部分  22-34
  2.1 实验材料及仪器  22-23
  2.2 石墨表面电镀工艺  23-27
  2.3 钎料制备及钎剂选择  27-32
  2.4 钎焊工艺过程  32-34
第3章实验结果及分析  34-47
  3.1 石墨表面镀层性能测试  34-38
  3.2 Sn-Zn 钎料差热分析  38-39
  3.3 钎焊过程中材料表面氧化膜的去除  39-41
  3.4 钎焊接头的形成  41-45
  3.5 石墨/黄铜换向器检查测试  45-47
第4章结论及展望  47-49
  4.1 结论  47
  4.2 工作展望  47-49
参考文献  49-51
致谢  51

石墨黄铜异质钎焊研究及界面结构分析

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