DE10138505A1

DE10138505A1 - Stable, non-volatile, non-toxic binder for alloy solder particles used on jet engine components comprises water and polyethylene oxide

Info

Publication number: DE10138505A1
Application number: DE2001138505
Authority: DE
Inventors: Stephen Joseph Ferrigno; Wayne Alan Demo
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2002-03-14
Also published as: BR0103929A; SG128413A1; CA2356104A1; GB2368552A; GB0121409D0

Abstract

A binder for alloy particles used in soldering jet engine components comprises (wt.%): (A) water (60-90); and (B) polyethylene oxide (10-40).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Binder für (Hart-)Lötle gierungen und andere metallische Teilchen zur Verwendung beim Reparieren und Verbinden von Strahltriebwerkskomponenten.The invention relates to a binder for (hard) solder alloys and other metallic particles for use in Repair and connection of jet engine components.

Binder werden in Verbindung mit metallischen Lötlegierungspul vern verwendet, um viskose Breie zu bilden, die bei Reparatur vorgängen auf beschädigte Strahltriebwerkskomponenten aufge bracht werden. Derartige Breie werden auch bei üblichen löten den Verbindungsvorgängen verwendet. Derartige Binder enthalten häufig Mittel, wie beispielsweise Azeton, 111' Trichloräthan und Toluol. Diese Mittel werden gewählt, weil sie einen fließ baren, bearbeitbaren Brei mit Metallpulvern bilden, weil sie bei Löttemperaturen ausbrennen und weil sie keine untolerierba ren negativen Wirkungen auf die Lötlegierungsstruktur und -eigenschaften haben. Diese und ähnliche Mittel haben jedoch ge wisse Nachteile, insbesondere sind sie volatil und stellen mög liche Entsorgungsschwierigkeiten und Gesundheitsgefahren dar, wenn sie nicht gemäß festgelegten Richtlinien gehandhabt wer den. Weiterhin haben sie üblicherweise einen unangenehmen, un erwünschten und sogar schädlichen Geruch. Deshalb besteht ein Bedarf für Binder, die wasserlöslich sind, Ausbrenneigenschaf ten haben, die gleich oder besser als die von gegenwärtigen Bindern sind, keine nachteiligen Wirkungen auf Lötlegierungs struktur und -eigenschaften haben und geruchlos sind.Binders are used in conjunction with metallic solder alloy powder vern used to form viscous porridges that when repaired operations on damaged jet engine components be brought. Such porridges are also used in conventional soldering the connection processes used. Contain such binders often agents such as acetone, 111 'trichloroethane and toluene. These remedies are chosen because they flow edible, editable porridge with metal powders because they burn out at soldering temperatures and because they are not intolerable negative effects on the solder alloy structure and -have properties. However, these and similar means have been used know disadvantages, in particular they are volatile and possible difficulties in disposal and health risks, if it is not handled according to established guidelines the. Furthermore, they usually have an uncomfortable, un desirable and even harmful smell. Therefore there is a Need for binders that are water soluble, burnout property have the same or better than those of the present Binders are, no adverse effects on solder alloy have structure and properties and are odorless.

Deshalb ist die Erfindung, kurz gesagt, auf einen Binder ge richtet zum Binden von Lötlegierungsteilchen bei Lötvorgängen von Strahltriebwerkskomponenten, wobei der Binder von etwa 60 Gewichtsprozent bis etwa 90 Gewichtsprozent Wasser und von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 40 Gewichtsprozent Polyäthylenoxid aufweist. Therefore, the invention is, in short, ge on a binder aligns for binding solder alloy particles during soldering processes of jet engine components, the binder of about 60 Weight percent to about 90 weight percent water and from about 10 weight percent to about 40 weight percent polyethylene oxide having.

Die Erfindung ist auch auf einen Binder gerichtet zum Binden von Lötlegierungsteilchen bei (Hart-)Lötvorgängen von Strahl triebwerkskomponenten, wobei der Binder lösungsmittelfrei ist und von etwa 60 Gewichtsprozent bis etwa 90 Gewichtsprozent Wasser und von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 40 Gewichtspro zent Polyäthylenoxid aufweist.The invention is also directed to a binder for binding of solder alloy particles during (hard) soldering processes of beam engine components, the binder being solvent-free and from about 60 weight percent to about 90 weight percent Water and from about 10 weight percent to about 40 weight percent zent polyethylene oxide.

Der Binder gemäß der Erfindung verwendet Polyäthylenoxid (PEO), was ein feines, wasserlösliches, weisses Pulver mit der chemi schen Formel (-CH₂CH₂O-)_n ist. PEO ist beispielsweise von der Aldrich Chemical Company von Milwaukee, Wisconsin, erhältlich. Das bevorzugte PEO hat ein Molekulargewicht von 100 bis 100.000. Wenn PEO mit deionisiertem Wasser gemischt wird, ist die entstehende Mischung ein viskoses Fluid. Dieses Fluid dient als ein Binder, das dann mit Superlegierungspulver oder einem anderen metallischen Pulver gemischt wird, um einen Brei zu bilden.The binder according to the invention uses polyethylene oxide (PEO), which is a fine, water-soluble, white powder with the chemical formula (-CH ₂ CH ₂ O-) _n . For example, PEO is available from the Aldrich Chemical Company of Milwaukee, Wisconsin. The preferred PEO has a molecular weight of 100 to 100,000. When PEO is mixed with deionized water, the resulting mixture is a viscous fluid. This fluid serves as a binder which is then mixed with superalloy powder or other metallic powder to form a slurry.

Der Binder enthält von etwa 10 bis etwa 40 Gewichtsprozent PEO und von etwa 60 bis etwa 90 Gewichtsprozent Wasser. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet das PEO etwa 20 Ge wichtsprozent und das Wasser bildet etwa 80 Gewichtsprozent. Beim Herstellen des Binders werden diese Komponenten ausgewo gen, und das Wasser wird zu dem PEO zugesetzt, oder das PEO wird zu dem Wasser zugesetzt. Das Wasser wird vorzugsweise mo derat erwärmt auf eine Temperatur von etwa 65°C (150°F), bevor das PEEC zugesetzt wird. Diese zwei Komponenten werden dann in nig gemischt, wobei ein Spatel oder eine andere Mischvorrich tung verwendet wird, wie beispielsweise ein drehzahlveränderli cher elektrischer Mischer. Das Mischen wird fortgesetzt, bis die Mischung ein viskoses Fluid wird, das einen Binder ohne An zeichen von PEO Pulverklumpen in der Mischung bildet. Die Mischzeit beträgt üblicherweise weniger als etwa 10 Minuten. Nach dem Mischen lässt man den Binder abkühlen, vorzugsweise für etwa 2 Stunden, und dann vor der Verwendung setzen, vor zugsweise für wenigstens etwa 24 Stunden. Es ist wichtig, dass der Binder vor der Verwendung kalt und frei von Luftblasen ist.The binder contains from about 10 to about 40 weight percent PEO and from about 60 to about 90 weight percent water. In one preferred embodiment, the PEO forms about 20 Ge percent by weight and the water forms about 80 percent by weight. These components are weighed out when the binder is manufactured gen, and the water is added to the PEO, or the PEO is added to the water. The water is preferably mo derat warms to a temperature of about 65 ° C (150 ° F) before the PEEC is added. These two components are then in nig mixed, using a spatula or other mixing device tion is used, such as a variable speed electric mixer. Mixing continues until the mixture becomes a viscous fluid containing a non-binding agent forms of PEO powder lumps in the mixture. The Mixing time is usually less than about 10 minutes. After mixing, the binder is allowed to cool, preferably for about 2 hours, and then put before use preferably for at least about 24 hours. it is important, that the binder is cold and free of air bubbles before use.

Der Binder wird dann einem Superlegierungspulver oder einem an deren metallischen Pulver zugesetzt, um einen Brei zu bilden. Das Verhältnis von Binder zu metallischem Pulver wird durch die jeweilige Funktion des entstehenden Breies bestimmt.The binder is then made of a superalloy powder or one their metallic powder added to form a slurry. The ratio of binder to metallic powder is determined by the determines the respective function of the resulting slurry.

In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dem Wasser/PEO-Gemisch Xanthan-Gummi zugesetzt. Es wurde gefunden, dass Zusätze von Xanthan-Gummi die Lagerbeständigkeit verlängert, indem die Tendenz für eine Trennung zwischen PEO und Wasser verkleinert wird. Xanthan-Gummi wird bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis etwa 5 Gewichtsprozent des gesamten Binders zugesetzt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet das Xanthan-Gummi von etwa 0,2 bis 0,3 Gewichtsprozent, noch stärker bevorzugt etwa 0,25 Gewichtsprozent, Wasser bildet etwa 79,75 Gewichtsprozent und PEO bildet die restlichen etwa 20 Gewichtsprozent. Xanthan-Gummi ist beispielsweise von der Nutrasweet Kelco Company in San Diego, Kalifornien, erhältich. Das Mischen wird ausgeführt, wie es oben beschrieben wurde, wo bei das Xanthan-Gummi gleichzeitig mit oder nach dem PEO dem Wasser zugesetzt wird.In another preferred embodiment of the invention Xanthan gum is added to the water / PEO mixture. It was found that additives of xanthan gum increase shelf life extended by the tendency for a separation between PEO and water is reduced. Xanthan gum is preferred in an amount from 0.1 to about 5 percent by weight of the total Binder added. In a preferred embodiment forms the xanthan gum from about 0.2 to 0.3 percent by weight, more preferably about 0.25 weight percent, water forms about 79.75 weight percent and PEO makes up the remaining about 20 percent by weight. Xanthan gum is one of those Nutrasweet Kelco Company in San Diego, California. Mixing is carried out as described above, where with the xanthan gum simultaneously with or after the PEO Water is added.

Der Binder gemäß der Erfindung hat den Vorteil, dass er lö sungsmittelfrei ist, hier dahingehend definiert, dass er im We sentlichen keine organischen Lösungsmittel enthält, wie bei spielsweise Azeton, 111' Trichloräthan und Toluol. Der Binder hat die Vorteile, dass er umweltmäßig sicher ist, dass er keine schädlichen Lösungsmittel enthält, dass er Wasser-basiert ist anstatt Lösungsmittel-basiert, dass er einfach zu reinigen ist, wenn er verschüttet ist, dass er geruchlos ist, dass er eine längere Lagerbeständigkeit hat als bekannte Binder, dass sowohl PEO als auch Xanthan-Gummi Rohmaterialien sind, die eine ein fach zu handhabende Pulverform haben, dass er Ausbrenneigen schaften aufweist, die im Wesentlichen gleich oder besser als diejenigen von bekannten Bindern sind, dass seine Rohmateriali en reichlich vorhanden und relativ billig sind und dass er für übliche Lötverbindungsanwendungen und auch zur Reparatur brauchbar ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass er La defähigkeiten aufweist, die im Wesentlichen gleich oder besser sind als die Fähigkeiten von gegenwärtigen Bindern, was das Ri siko von Fehlstellen in Lötreparaturen senkt. Dies entspricht einer verringerten Porösität in der Lötung, verkleinerten Aus schussraten und erhöhten Prozessergiebigkeiten.The binder according to the invention has the advantage that it loosens is free of funds, defined here in such a way that it contains considerable no organic solvents, as in for example acetone, 111 'trichloroethane and toluene. The binder has the advantages that it is environmentally safe, that it is not harmful solvent contains that it is water-based rather than solvent-based, that it's easy to clean, if it is buried, that it is odorless, that it is a has longer shelf life than known binders that both PEO as well as xanthan gum raw materials are one powder form that is easy to handle has a tendency to burn out features that are substantially equal to or better than those of known binders are that its raw materials en abundant and relatively cheap and that it is for Common solder joint applications and also for repair is useful. Another advantage is that he La having skills that are essentially the same or better are as the capabilities of current binders what the Ri reduces the risk of defects in soldering repairs. This matches with reduced porosity in the soldering, reduced out shot rates and increased process rates.

Claims

1. Binder zum Binden von Lötlegierungsteilchen bei Lötvorgängen von Strahltriebwerkskomponenten, wobei der Binder von etwa 60 Gewichtsprozent bis etwa 90 Gewichtsprozent Wasser und von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 40 Gewichtsprozent Polyäthylenoxid aufweist.1. Binder for binding solder alloy particles during soldering processes of jet engine components, the binder of about 60 Weight percent to about 90 weight percent water and from about 10 weight percent to about 40 weight percent polyethylene oxide having.

2. Binder nach Anspruch 1, der ferner Xanthan-Gummi enthält.2. The binder of claim 1, further containing xanthan gum.

3. Binder nach Anspruch 2, der von etwa 0,1 Gewichtsprozent bis etwa 5 Gewichtsprozent Xanthan-Gummi enthält.3. A binder according to claim 2 which is from about 0.1 weight percent to contains about 5% by weight of xanthan gum.

4. Binder nach Anspruch 3, der etwa 0,25 Gewichtsprozent Xanthan-Gummi enthält.4. The binder of claim 3 which is about 0.25 weight percent Contains xanthan gum.

5. Binder nach Anspruch 4, der etwa 20 Gewichtsprozent Po lyäthylenoxid und etwa 80 Gewichtsprozent Wasser enthält.5. A binder according to claim 4, which is about 20 weight percent Po contains ethylene oxide and about 80 weight percent water.

6. Binder nach Ansprüch 1, wobei der Binder lösungsmittelfrei ist.6. Binder according to claim 1, the binder being solvent-free is.

7. Binder nach Anspruch 6, wobei das Polyäthylenoxid ein Mole kulargewicht von etwa 100 bis 100.000 hat.7. A binder according to claim 6, wherein the polyethylene oxide is a mole eyepiece weight of about 100 to 100,000.

8. Binder zum Binden von Lötlegierungsteilchen bei Lötvorgängen von Strahltriebwerkskomponenten, wobei der Binder lösungsmit telfrei ist und von etwa 60 Gewichtsprozent bis etwa 90 Ge wichtsprozent Wasser und von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 40 Gewichtsprozent Polyäthylenoxid aufweist. 8. Binder for binding solder alloy particles during soldering processes of jet engine components, the binder being solution-containing is telfrei and from about 60 percent by weight to about 90 Ge weight percent water and from about 10 weight percent to about 40 percent by weight of polyethylene oxide.

9. Binder nach Anspruch 8, der etwa 0,1 Gewichtsprozent bis et wa 5 Gewichtsprozent Xanthan-Gummi enthält.9. The binder of claim 8, which is about 0.1 weight percent to et wa contains 5% by weight of xanthan gum.

10. Binder nach Anspruch 9, der im wesentlichen etwa 79,75 Ge wichtsprozent Wasser, 20 Gewichtsprozent Polyäthylenoxid und 0,25 Gewichtsprozent Xanthan-Gummi enthält.10. The binder of claim 9 which is substantially about 79.75 Ge weight percent water, 20 weight percent polyethylene oxide and Contains 0.25 percent by weight of xanthan gum.