专利名称：带有抗磨损抗腐蚀涂层的钎焊焊嘴的制作方法
发明
背景技术：
领域本发明涉及一种手持钎焊设备中的可替换钎焊焊嘴(tip)，特别是那些提供钎料时使用的焊嘴，所述钎料用于在电路板上安装电子元件。
背景技术：
迄今为止，一般来说，所有的钎焊焊嘴基本上以同样的方式进行制造。将一块铜加工到所需的尺寸，然后将其镀上铁。铁被镀在焊嘴(尖端)以保护铜不受钎料和钎剂的腐蚀，以及用硬的涂层来补偿铜相对较软的性能。虽然钎料和钎剂随着时间流失也会溶解铁，但对于钎料和钎剂溶解铁花费的时间比溶解铜要长得多。即使铁具有较差的热传递特性，因为它的稳定性以及被钎料湿润的能力，人们还是选择它来做铜的保护涂层。一旦焊嘴上镀有铁，工作端就被屏蔽，并且出于保持钎料保持在焊嘴工作端的目的，焊嘴的剩余部分镀有不会被钎料湿润的铬或者镍/铬。
直到最近，一直使用的大多数钎料还是铅/锡共晶钎料。然而，无铅钎料的使用在全世界内正逐渐成为立法要求。无铅钎料包含超过94％的锡，它比传统的铅/锡共晶钎料更具有腐蚀性。无铅钎料还需要更高的熔化温度，进一步恶化了腐蚀环境。另外，因为无铅钎料差的润湿特性，对于这样的钎料使用化学侵蚀性钎剂。高锡含量、更高工作温度和化学侵蚀钎剂的组合极大地降低了钎焊焊嘴的工作寿命，并且导致钎焊作业的更高工作成本。
人们通常认为对此问题的一个良好解决方法是增加焊嘴上涂层的铁的厚度，但是为保证同样的工作寿命，不得不增加的额外铁的数量使焊嘴的传热能力降低如此之多，以至于实际上不能用这些焊嘴进行钎焊。结果，最多也不过，在使用寿命和传热速率之间做出折中，导致焊嘴不能充分地传热并且不能维持尽量长的寿命。
其它类型的焊接工具，比如那些用于热压焊的工具，以不同的方式执行作业，并且比使用焊铁的钎焊所需的温度(大约800℃-1200℃，对，含铅钎料大约170℃-190℃，无铅钎料大约217℃-227℃)还高，比如，对于硬钎料，由于焊接工具要承受更高的载荷和更高温度，需要在焊接工具上使用更抗磨损和更抗腐蚀的涂层。例如见，住友电气工业公司的焊接工具通过气相合成和汽相淀积技术向焊接工具上涂覆多晶钻石涂层，这些记载在美国专利Nos5516027；5653376和5934542中。
发明内容
因此，本发明的一个主要目的是提供带抗磨损和抗腐蚀涂层的钎焊焊嘴，该焊嘴适用于在手持焊铁和机器或机器人持焊铁上使用的钎焊焊嘴，并且该焊嘴将具有延长的寿命，即使在使用腐蚀钎剂的无铅钎料的环境中。
按照本发明通过硬化焊嘴的镀铁层的外表面，实现了上述目的，通过向涂覆焊嘴的铜基体材料所用的电镀溶液中添加硬化成分，当使用无铅钎料时，它能承受化学腐蚀环境和热腐蚀环境。按照本发明所使用的硬化成分是比铁更硬、化学性质惰性的微米颗粒材料，比如，但不限于自然的和合成的金刚石，红宝石，硅，氧化铝，等。当它沉积在钎焊焊嘴的铜上时，添加成分成为铁镀层基体的一部分。希望添加成分统一分布，并且最后的表面可以是平滑的或者粗糙的。然而，当使用无铅钎料时，稍微带纹理的表面，比如表面质量Ra从50μm到0.10μm，是更有利的，因为它提供了更多的表面积并减轻了向焊嘴润湿无铅钎料的困难程度。
按照优选工艺，使用至少一种金属盐溶液，其中分布微米级金刚石颗粒，向钎焊焊嘴的铜基体上电镀至多大约1.5mm的保护层。特别地，在优选方案中，被电镀的焊嘴涂层由铁基体构成，其中金刚石颗粒基本上统一分布。
图1是按照本发明带有钎焊焊嘴的焊铁。
图2是按照本发明焊嘴的透视图；和图3是图2中所示的焊嘴的局部放大截面示意图。
具体实施例方式
图1表示带有可替换钎焊焊嘴5的焊铁1。该焊铁是在美国专利No.5,422,457中公开的类型，为了完整理解本发明，该专利因此被引入作为参考。然而，本发明不限于这种焊铁所用的焊嘴，而且适用于任何手持的、机器持取的或者机器人持取的焊铁；例如见美国专利No.4,493,449。此外，按照本发明的涂覆焊嘴也可以是尖端加热筒的焊嘴，无论永久地连接在加热筒的加热组件部分，如同美国专利No.6,513,697，还是可替换地连接在加热筒的加热组件部分，如同美国专利No.6,793,114。因此，这里提及的加热组件应当理解为包含任何类型焊铁的加热组件，不只是在图中所示的和下面所述的特定实施例。
图1的焊铁1具有带焊嘴插口3a和手柄7端部的加热组件3。钎焊焊嘴5的安装部分5a被插进焊嘴插口3a并且比如通过定位螺丝3b进行固定。
钎焊焊嘴5具有钎焊部分5b，该部分的成形是由焊接接头形成。在图1中，所述焊嘴具有平截头的钎焊部分5b，该部分在相对立的侧面已经被斜切成基本上为楔型形状。然而，此形状本身没有新颖性，或者不是本发明的一部分，本发明可以适用于任何大小或者形状的钎焊焊嘴。
然而，不是由已经涂覆有铁涂层的铜芯构成，至少钎焊焊嘴5的钎焊部分5b具有已经涂覆抗磨损和抗腐蚀涂层的铜内基体材料，该材料包括比铜内基体材料更硬的金属基体，并且其中散布有比铁更硬的化学惰性材料的微米级颗粒。所述化学惰性材料可以是金刚石，红宝石，蓝宝石，硅和氧化铝中的任一种，特别优选的是金刚石。当基体材料优选的为铁时，它可以是镍，镍合金，镍/磷合金，银，银合金，金或金合金。
形成涂层的优选方式是电镀，例如在美国专利No.3,762,882中描述的方式，该专利在此引入参考。然而，可以使用其它的工艺，比如气相合成和汽相淀积工艺。
按照本发明得到的基体和颗粒涂层MP(图3)优选地具有硬化成分添加物的一致分布。此外，尽管最终外表面可能光滑或者粗糙，但发明人已经发现稍微带纹理的表面，比如表面粗糙度Ra为50μm到0.10μm，在使用无铅钎料时是有利的，因为这样的粗糙度提供了更多的表面积并且减轻了无铅钎料润湿焊嘴的难度，如上所述。在这方面，Ra(平均粗糙度)是北美用来表征表面粗糙度的最通用参数。测量样本长度内整个表面上在峰和谷之间的平均长度和测量距离平均线的偏差，通过运算法则计算Ra。Ra取所有粗糙表面的峰值和谷值的平均值，然后取消少数的边远点，于是一些极值点对最终结果没有重大影响。在这种情况下，按照本发明使用的焊嘴涂层优选地具有最多大约1.5mm的厚度，就平均粗糙度Ra而言，带纹理外表面的表面质量为50μm到0.10μm。
已经发现，按照本发明的钎焊嘴与标准镀铁铜焊嘴相比较具有一个有利的加热时间，然而耐磨损更持久，特别是使用无铅钎料时，无论用和不用钎剂。事实上，按照本发明得到的复合涂层焊嘴与传统的镀铁焊嘴比较，得到的复合焊嘴的寿命延长和性能的改善能够抵消更高的生产成本。
应当理解，不打算将本发明限制在此处所示和所述的特定特征，而是打算使本发明包括那些本领域内技术人员会意识到的、至少等同于此处所述的、其它的方法，材料和结构。
权利要求
1.焊铁用钎焊焊嘴，具有适于连接到焊铁的加热组件或者焊铁的尖端加热筒的安装部分，和成形而形成焊点的钎焊部分，至少钎焊部分包括铜内基体材料，和覆盖和保护铜内基体材料的抗磨损抗腐蚀涂层，其中该抗磨损抗腐蚀涂层包括比铜内基体材料更硬的金属基体，并且在基体中散布有比铁更硬的化学惰性材料的微米级颗粒，所述化学惰性材料是从金刚石，红宝石，蓝宝石，硅和氧化铝组成的组中选择的材料。
2.如权利要求1所述的钎焊焊嘴，其中所述涂层在钎焊焊嘴上形成带纹理的外表面。
3.如权利要求1所述的钎焊焊嘴，其中所述基体由铁构成。
4.如权利要求1所述的钎焊焊嘴，其中构成所述基体的材料从下述组中选择，该组由下述材料组成镍，镍合金，镍/磷合金，银，银合金，金和金合金。
5.如权利要求1所述的钎焊焊嘴，其中所述涂层的厚度最多为1.5mm。
6.如权利要求3所述的钎焊焊嘴，其中带纹理外表面的表面粗糙度Ra为50μm至0.1μm。
7.一种焊铁，包括加热组件，和钎焊焊嘴，具有适于连接到所述加热组件的安装部分以及成形而形成焊点的钎焊部分，至少钎焊部分包括铜内基体材料，和覆盖和保护铜内基体材料的抗磨损抗腐蚀涂层，其中该抗磨损抗腐蚀涂层包括比铜内基体材料更硬的金属基体，在金属基体中散布有比铁更硬的化学惰性材料的微米级颗粒，所述化学惰性材料是从金刚石，红宝石，蓝宝石，硅和氧化铝组成的组中选择的材料。
8.如权利要求7所述的焊铁，其中化学惰性材料是从金刚石，红宝石，蓝宝石，硅和氧化铝组成的组中选择的。
9.如权利要求7所述的焊铁，其中所述涂层在钎焊焊嘴上形成带纹理的外表面。
10.如权利要求7所述的焊铁，其中所述基体由铁构成。
11.如权利要求7所述的焊铁，其中所述基体由下述组中选择的材料构成，该组由镍，镍合金，镍/磷合金，银，银合金，金和金合金组成。
12.如权利要求7所述的焊铁，其中所述涂层的厚度最多为1.5mm。
13.如权利要求7所述的焊铁，其中带纹理外表面的表面粗糙度Ra为50μm至0.10μm。
14.如权利要求7所述的焊铁，其中加热组件被安装在手持式焊铁头内。
15.如权利要求7所述的焊铁，其中加热组件被安装在可替换的尖端加热筒的本体内。
全文摘要
一种用于焊铁的钎焊焊嘴，具有适用于安装在焊铁的加热组件或者尖端加热筒的安装部分，和一个成形来形成焊点的钎焊部分。至少钎焊部分包括被抗磨损抗腐蚀涂层覆盖的铜内基体材料，其中抗磨损抗腐蚀涂层包括比铜内基体材料更硬的金属基体，并且在基体中散布有比铁更硬的化学惰性材料的微米级颗粒。所述化学惰性材料优选的是金刚石，但也可以是红宝石，蓝宝石，硅或氧化铝。所述基体材料优选的为铁，但也可以由镍，镍合金，镍/磷合金，银，银合金，金，或金合金构成。优选地，所述涂层在钎焊焊嘴上形成带纹理的外表面。
文档编号B23K3/06GK101077543SQ20061008489
公开日2007年11月28日 申请日期2006年5月22日 优先权日2006年5月22日
发明者保罗·艾伦·邓纳姆, 哈尔敦·塔希尔·厄兹帕克尔, 杰弗里·斯内尔, 帕特里克·理查德·麦考尔 申请人:佩斯股份有限公司