專利名稱：帶有抗磨損抗腐蝕涂層的釬焊焊嘴的制作方法
發(fā)明
背景技術：
領域本發(fā)明涉及一種手持釬焊設備中的可替換釬焊焊嘴(tip)，特別是那些提供釬料時使用的焊嘴，所述釬料用于在電路板上安裝電子元件。
背景技術：
迄今為止，一般來說，所有的釬焊焊嘴基本上以同樣的方式進行制造。將一塊銅加工到所需的尺寸，然后將其鍍上鐵。鐵被鍍在焊嘴(尖端)以保護銅不受釬料和釬劑的腐蝕，以及用硬的涂層來補償銅相對較軟的性能。雖然釬料和釬劑隨著時間流失也會溶解鐵，但對于釬料和釬劑溶解鐵花費的時間比溶解銅要長得多。即使鐵具有較差的熱傳遞特性，因為它的穩(wěn)定性以及被釬料濕潤的能力，人們還是選擇它來做銅的保護涂層。一旦焊嘴上鍍有鐵，工作端就被屏蔽，并且出于保持釬料保持在焊嘴工作端的目的，焊嘴的剩余部分鍍有不會被釬料濕潤的鉻或者鎳/鉻。
直到最近，一直使用的大多數(shù)釬料還是鉛/錫共晶釬料。然而，無鉛釬料的使用在全世界內(nèi)正逐漸成為立法要求。無鉛釬料包含超過94％的錫，它比傳統(tǒng)的鉛/錫共晶釬料更具有腐蝕性。無鉛釬料還需要更高的熔化溫度，進一步惡化了腐蝕環(huán)境。另外，因為無鉛釬料差的潤濕特性，對于這樣的釬料使用化學侵蝕性釬劑。高錫含量、更高工作溫度和化學侵蝕釬劑的組合極大地降低了釬焊焊嘴的工作壽命，并且導致釬焊作業(yè)的更高工作成本。
人們通常認為對此問題的一個良好解決方法是增加焊嘴上涂層的鐵的厚度，但是為保證同樣的工作壽命，不得不增加的額外鐵的數(shù)量使焊嘴的傳熱能力降低如此之多，以至于實際上不能用這些焊嘴進行釬焊。結果，最多也不過，在使用壽命和傳熱速率之間做出折中，導致焊嘴不能充分地傳熱并且不能維持盡量長的壽命。
其它類型的焊接工具，比如那些用于熱壓焊的工具，以不同的方式執(zhí)行作業(yè)，并且比使用焊鐵的釬焊所需的溫度(大約800℃-1200℃，對，含鉛釬料大約170℃-190℃，無鉛釬料大約217℃-227℃)還高，比如，對于硬釬料，由于焊接工具要承受更高的載荷和更高溫度，需要在焊接工具上使用更抗磨損和更抗腐蝕的涂層。例如見，住友電氣工業(yè)公司的焊接工具通過氣相合成和汽相淀積技術向焊接工具上涂覆多晶鉆石涂層，這些記載在美國專利Nos5516027；5653376和5934542中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個主要目的是提供帶抗磨損和抗腐蝕涂層的釬焊焊嘴，該焊嘴適用于在手持焊鐵和機器或機器人持焊鐵上使用的釬焊焊嘴，并且該焊嘴將具有延長的壽命，即使在使用腐蝕釬劑的無鉛釬料的環(huán)境中。
按照本發(fā)明通過硬化焊嘴的鍍鐵層的外表面，實現(xiàn)了上述目的，通過向涂覆焊嘴的銅基體材料所用的電鍍?nèi)芤褐刑砑佑不煞?，當使用無鉛釬料時，它能承受化學腐蝕環(huán)境和熱腐蝕環(huán)境。按照本發(fā)明所使用的硬化成分是比鐵更硬、化學性質(zhì)惰性的微米顆粒材料，比如，但不限于自然的和合成的金剛石，紅寶石，硅，氧化鋁，等。當它沉積在釬焊焊嘴的銅上時，添加成分成為鐵鍍層基體的一部分。希望添加成分統(tǒng)一分布，并且最后的表面可以是平滑的或者粗糙的。然而，當使用無鉛釬料時，稍微帶紋理的表面，比如表面質(zhì)量Ra從50μm到0.10μm，是更有利的，因為它提供了更多的表面積并減輕了向焊嘴潤濕無鉛釬料的困難程度。
按照優(yōu)選工藝，使用至少一種金屬鹽溶液，其中分布微米級金剛石顆粒，向釬焊焊嘴的銅基體上電鍍至多大約1.5mm的保護層。特別地，在優(yōu)選方案中，被電鍍的焊嘴涂層由鐵基體構成，其中金剛石顆?；旧辖y(tǒng)一分布。


圖1是按照本發(fā)明帶有釬焊焊嘴的焊鐵。
圖2是按照本發(fā)明焊嘴的透視圖；和圖3是圖2中所示的焊嘴的局部放大截面示意圖。
具體實施例方式
圖1表示帶有可替換釬焊焊嘴5的焊鐵1。該焊鐵是在美國專利No.5,422,457中公開的類型，為了完整理解本發(fā)明，該專利因此被引入作為參考。然而，本發(fā)明不限于這種焊鐵所用的焊嘴，而且適用于任何手持的、機器持取的或者機器人持取的焊鐵；例如見美國專利No.4,493,449。此外，按照本發(fā)明的涂覆焊嘴也可以是尖端加熱筒的焊嘴，無論永久地連接在加熱筒的加熱組件部分，如同美國專利No.6,513,697，還是可替換地連接在加熱筒的加熱組件部分，如同美國專利No.6,793,114。因此，這里提及的加熱組件應當理解為包含任何類型焊鐵的加熱組件，不只是在圖中所示的和下面所述的特定實施例。
圖1的焊鐵1具有帶焊嘴插口3a和手柄7端部的加熱組件3。釬焊焊嘴5的安裝部分5a被插進焊嘴插口3a并且比如通過定位螺絲3b進行固定。
釬焊焊嘴5具有釬焊部分5b，該部分的成形是由焊接接頭形成。在圖1中，所述焊嘴具有平截頭的釬焊部分5b，該部分在相對立的側面已經(jīng)被斜切成基本上為楔型形狀。然而，此形狀本身沒有新穎性，或者不是本發(fā)明的一部分，本發(fā)明可以適用于任何大小或者形狀的釬焊焊嘴。
然而，不是由已經(jīng)涂覆有鐵涂層的銅芯構成，至少釬焊焊嘴5的釬焊部分5b具有已經(jīng)涂覆抗磨損和抗腐蝕涂層的銅內(nèi)基體材料，該材料包括比銅內(nèi)基體材料更硬的金屬基體，并且其中散布有比鐵更硬的化學惰性材料的微米級顆粒。所述化學惰性材料可以是金剛石，紅寶石，藍寶石，硅和氧化鋁中的任一種，特別優(yōu)選的是金剛石。當基體材料優(yōu)選的為鐵時，它可以是鎳，鎳合金，鎳/磷合金，銀，銀合金，金或金合金。
形成涂層的優(yōu)選方式是電鍍，例如在美國專利No.3,762,882中描述的方式，該專利在此引入?yún)⒖?。然而，可以使用其它的工藝，比如氣相合成和汽相淀積工藝。
按照本發(fā)明得到的基體和顆粒涂層MP(圖3)優(yōu)選地具有硬化成分添加物的一致分布。此外，盡管最終外表面可能光滑或者粗糙，但發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)稍微帶紋理的表面，比如表面粗糙度Ra為50μm到0.10μm，在使用無鉛釬料時是有利的，因為這樣的粗糙度提供了更多的表面積并且減輕了無鉛釬料潤濕焊嘴的難度，如上所述。在這方面，Ra(平均粗糙度)是北美用來表征表面粗糙度的最通用參數(shù)。測量樣本長度內(nèi)整個表面上在峰和谷之間的平均長度和測量距離平均線的偏差，通過運算法則計算Ra。Ra取所有粗糙表面的峰值和谷值的平均值，然后取消少數(shù)的邊遠點，于是一些極值點對最終結果沒有重大影響。在這種情況下，按照本發(fā)明使用的焊嘴涂層優(yōu)選地具有最多大約1.5mm的厚度，就平均粗糙度Ra而言，帶紋理外表面的表面質(zhì)量為50μm到0.10μm。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明的釬焊嘴與標準鍍鐵銅焊嘴相比較具有一個有利的加熱時間，然而耐磨損更持久，特別是使用無鉛釬料時，無論用和不用釬劑。事實上，按照本發(fā)明得到的復合涂層焊嘴與傳統(tǒng)的鍍鐵焊嘴比較，得到的復合焊嘴的壽命延長和性能的改善能夠抵消更高的生產(chǎn)成本。
應當理解，不打算將本發(fā)明限制在此處所示和所述的特定特征，而是打算使本發(fā)明包括那些本領域內(nèi)技術人員會意識到的、至少等同于此處所述的、其它的方法，材料和結構。
權利要求
1.焊鐵用釬焊焊嘴，具有適于連接到焊鐵的加熱組件或者焊鐵的尖端加熱筒的安裝部分，和成形而形成焊點的釬焊部分，至少釬焊部分包括銅內(nèi)基體材料，和覆蓋和保護銅內(nèi)基體材料的抗磨損抗腐蝕涂層，其中該抗磨損抗腐蝕涂層包括比銅內(nèi)基體材料更硬的金屬基體，并且在基體中散布有比鐵更硬的化學惰性材料的微米級顆粒，所述化學惰性材料是從金剛石，紅寶石，藍寶石，硅和氧化鋁組成的組中選擇的材料。
2.如權利要求1所述的釬焊焊嘴，其中所述涂層在釬焊焊嘴上形成帶紋理的外表面。
3.如權利要求1所述的釬焊焊嘴，其中所述基體由鐵構成。
4.如權利要求1所述的釬焊焊嘴，其中構成所述基體的材料從下述組中選擇，該組由下述材料組成鎳，鎳合金，鎳/磷合金，銀，銀合金，金和金合金。
5.如權利要求1所述的釬焊焊嘴，其中所述涂層的厚度最多為1.5mm。
6.如權利要求3所述的釬焊焊嘴，其中帶紋理外表面的表面粗糙度Ra為50μm至0.1μm。
7.一種焊鐵，包括加熱組件，和釬焊焊嘴，具有適于連接到所述加熱組件的安裝部分以及成形而形成焊點的釬焊部分，至少釬焊部分包括銅內(nèi)基體材料，和覆蓋和保護銅內(nèi)基體材料的抗磨損抗腐蝕涂層，其中該抗磨損抗腐蝕涂層包括比銅內(nèi)基體材料更硬的金屬基體，在金屬基體中散布有比鐵更硬的化學惰性材料的微米級顆粒，所述化學惰性材料是從金剛石，紅寶石，藍寶石，硅和氧化鋁組成的組中選擇的材料。
8.如權利要求7所述的焊鐵，其中化學惰性材料是從金剛石，紅寶石，藍寶石，硅和氧化鋁組成的組中選擇的。
9.如權利要求7所述的焊鐵，其中所述涂層在釬焊焊嘴上形成帶紋理的外表面。
10.如權利要求7所述的焊鐵，其中所述基體由鐵構成。
11.如權利要求7所述的焊鐵，其中所述基體由下述組中選擇的材料構成，該組由鎳，鎳合金，鎳/磷合金，銀，銀合金，金和金合金組成。
12.如權利要求7所述的焊鐵，其中所述涂層的厚度最多為1.5mm。
13.如權利要求7所述的焊鐵，其中帶紋理外表面的表面粗糙度Ra為50μm至0.10μm。
14.如權利要求7所述的焊鐵，其中加熱組件被安裝在手持式焊鐵頭內(nèi)。
15.如權利要求7所述的焊鐵，其中加熱組件被安裝在可替換的尖端加熱筒的本體內(nèi)。
全文摘要
一種用于焊鐵的釬焊焊嘴，具有適用于安裝在焊鐵的加熱組件或者尖端加熱筒的安裝部分，和一個成形來形成焊點的釬焊部分。至少釬焊部分包括被抗磨損抗腐蝕涂層覆蓋的銅內(nèi)基體材料，其中抗磨損抗腐蝕涂層包括比銅內(nèi)基體材料更硬的金屬基體，并且在基體中散布有比鐵更硬的化學惰性材料的微米級顆粒。所述化學惰性材料優(yōu)選的是金剛石，但也可以是紅寶石，藍寶石，硅或氧化鋁。所述基體材料優(yōu)選的為鐵，但也可以由鎳，鎳合金，鎳/磷合金，銀，銀合金，金，或金合金構成。優(yōu)選地，所述涂層在釬焊焊嘴上形成帶紋理的外表面。
文檔編號B23K3/06GK101077543SQ20061008489
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月22日 優(yōu)先權日2006年5月22日
發(fā)明者保羅·艾倫·鄧納姆, 哈爾敦·塔希爾·厄茲帕克爾, 杰弗里·斯內(nèi)爾, 帕特里克·理查德·麥考爾 申請人:佩斯股份有限公司