DE112004002533T5

DE112004002533T5 - Lötverfahren und gelötete Anordnungen

Info

Publication number: DE112004002533T5
Application number: DE112004002533T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Suita Hasegawa; Masaaki Suita Ishio; Shunji Kariya Kajikawa; Yoshitsugu Kariya Sakamoto; Takayuki Kariya Hayashi
Original assignee: Denso Corp; Neomax Materials Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Hitachi Metals Neomaterial Ltd
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-12-07
Also published as: JP4569964B2; US20070148490A1; US8029918B2; JPWO2005061167A1; WO2005061167A1; US20100273025A1

Abstract

Lötverfahren, mit dem ein erstes zu verbindendes Element mit einem zweiten zu verbindenden Element durch eine Lötverbindung mittels Schmelzen und Aushärten eines Lötmaterials verlötet wird, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Herstellen des ersten Elements und des Lötmaterials, das erste Element schließt eine Grundplatte ein, die aus einem eisenhaltigen Material eines Eisens oder Stahls und einer Schicht zur Unterdrückung der Diffusion besteht, die auf der Grundplatte, zur Unterdrückung der Diffusion von Fe-Atomen in die Lötverbindung aus der Grundplatte während des Lötens ausgewalzt ist, die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion ist aus einer Ni-Cr-Legierung zusammengesetzt, die im wesentlichen nicht weniger als 15 Massen-% und nicht mehr als 40 Massen-% Cr umfaßt, das Lötmaterial setzt sich aus einer Cu-Ni-Legierung zusammen, die im wesentlichen nicht weniger als 10 Massen-% und nicht mehr als 20 Massen-% Ni umfaßt;
Zusammensetzen des ersten und zweiten Elements zu einem zeitweiligen Aufbau, bei dem das...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lötverfahren mit dem einer Lötverbindung ein ausgezeichneter Korrosions- und Oxidationswiderstand verliehen wird, und betrifft gelötete Anordnungen, die mit dem Lötverfahren hergestellt werden.
Hintergrund
Mit dem wachsenden globalen Interesse im Umweltbereich ergab sich in der letzten Zeit ein steigender Bedarf an der Reinigung von Emissionsgas von Dieselmaschinen. Für diese Reinigung von Emissionsgas wurde ein Versuch zur Unterdrückung der Erzeugung von NO_x durch EGR (Emissions-Gas-Recycling) durchgeführt, bei dem ein Teil des Emissionsgases durch einen Wärmeaustauscher zur Erniedrigung der Temperatur des Emissionsgases geführt wird und in eine Maschine zur Reduzierung der Sauerstoffkonzentration des Einlaßgases eingebracht wird und die Wärme, die durch Verbrennung erzeugt wird, wird durch das Emissionsgas mit einer höheren spezifischen Temperatur absorbiert, um die Verbrennungstemperatur zu erniedrigen.
Der Wärmeaustauscher wird durch Löten von zu verbindenden Elementen, die zum Beispiel aus einem rostfreien Stahl bestehen, durch Intervention einer Lötverbindung, die durch Schmelzen und Aushärten eines Lötmaterials gebildet wird, hergestellt. Ein Lötmaterial aus Kupfer mit einem Schmelzpunkt von nicht weniger als 1000°C und ausgezeichnetem Korrosionswiderstand wird üblicherweise als Lötmaterial verwendet.
Kürzlich wurde ein plattiertes Material als Material für die zu verlötenden Elemente zur Verbesserung des Korrosionswiderstands der Lötverbindung vorgeschlagen. Wie in der JA-3350667-B (Patentdokument 1) offenbart, schließt das umhüllte Material eine Grundplatte ein, die aus einem eisenhaltigen Material und einer Schicht zur Unterdrückung der Diffusion der Fe-Atome hergestellt ist, die auf der Grundplatte ausgewalzt ist und die aus reinem Ni oder einer Legierung auf Ni-Basis, die hauptsächlich Ni zur Verhinderung der Fe Atome enthält, die den Korrosionswiderstand durch die Diffusion in die Lötverbindung aus dem eisenhaltigen Material verschlechtern können, besteht. Des weiteren schlägt die JA-2003-145290-A (Patentdokument 2) eine Schicht zur Unterdrückung der Diffusion der Fe-Atomen vor, die aus einer Ni-Cr-Legierung besteht, die Cr in einem Anteil von nicht weniger als 10 Massen-% und nicht mehr als 30 Massen-% enthält, um eine Lötverbindung einer Cu-Ni-Cr-Legierung bereitzustellen, mit der der Oxidationswiderstand und der Korrosionswiderstand der Lötverbindung verbessert werden.
Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 3350667
Patentdokument 2: nicht geprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-145290
Offenbarung der Erfindung
Probleme, die mit der Erfindung gelöst werden
Wie oben beschrieben, verbessert die Verwendung eines plattierten Materials, das eine Schicht zur Unterdrückung der Diffusion von Fe-Atomen enthält, den Korrosions- und Oxidationswiderstand einer Lötverbindung in einem Wärmeaustauscher. In den letzten Jahren wurde jedoch die Reinigung von Emissionsgas stark gefordert. Demgemäß wurde der Korrosionswiderstand der Lötverbindung gegen Emissionsgaskondensat stark gefordert.
Im Hinblick auf die obigen Ausführungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Lötverfahren bereitzustellen, mit dem eine Lötverbindung ein hervorragender Korrosionswiderstand verliehen wird, wenn zu verbindende Elemente miteinander verlötet werden und es wird eine gelötete Anordnung bereitgestellt, die eine Lötverbindung mit hervorragendem Korrosionswiderstand einschließt.
Mittel zur Lösung der Probleme
Wie in dem Patentdokument 2 beschrieben, wird der Korrosionswiderstand der Lötverbindung durch eine Schicht zur Unterdrückung der Diffusion von Fe-Atomen verbessert, die aus einer Ni-Cr-Legierung, die Cr enthält, besteht. Wenn jedoch die Ni-Konzentration der Legierung höher als ein bestimmtes Niveau ist, wird der Korrosionswiderstand gegenteilig reduziert. Insbesondere macht sich diese Tendenz unter stark korrosiven Bedingungen bemerkbar. Als ein Ergebnis intensiver Untersuchungen nach den Gründen dieser Tendenz haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß, wenn der Ni-Gehalt der Lötverbindung ansteigt, in der Lötverbindung Dendrit wachsen kann und deshalb, werden Cu-reiche Bereiche (Ni-arme Bereiche) in der Lötverbindung durch Segregationsaushärtung gebildet. Die Cu-reichen Bereiche können selektiv korrodiert werden, so daß eine passive Schicht eines Cr-Oxidfilms nicht wirksam in Funktion treten kann. Dies verschlechtert den Korrosionswiderstand der Lötverbindung. Auf der Basis dieser Erkenntnisse haben die Erfinder intensive Untersuchungen nach einem Verfahren zur Bildung einer Lötverbindung durchgeführt, die homogen in Zusammensetzung und Struktur ist, ohne daß Segregationsaushärtung der Lötverbindung auftritt, wodurch die Erfindung vervollständigt wurde.
Ein erfindungsgemäßes Lötverfahren, mit dem ein erstes zu verbindendes Element mit einem zweiten zu verbindenden Element durch eine Lötverbindung mittels Schmelzen und Aushärten eines Lötmaterials verlötet wird, umfaßt die Schritte:
Herstellen des ersten Elements und des Lötmaterials, das erste Element schließt eine Grundplatte ein, die aus einem eisenhaltigen Material eines Eisens oder Stahls und einer Schicht zur Unterdrückung der Diffusion besteht, die auf der Grundplatte, zur Unterdrückung der Diffusion von Fe-Atomen in die Lötverbindung aus der Grundplatte während des Lötens ausgewalzt ist, die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion ist aus einer Ni-Cr-Legierung zusammengesetzt, die im wesentlichen nicht weniger als 15 Massen-% und nicht mehr als 40 Massen-% Cr umfaßt, das Lötmaterial setzt sich aus einer Cu-Ni-Legierung zusammen, die im wesentlichen nicht weniger als 10 Massen-% und nicht mehr als 20 Massen-% Ni umfaßt;
Zusammensetzen des ersten und zweiten Elements zu einem zeitweiligen Aufbau, bei dem das Lötmaterial zwischen der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion des ersten Elements und des zweiten Elements angeordnet ist; und
Durchführung des Lötverfahrens durch Aufrechterhalten des zeitweiligen Aufbaus bei einer Temperatur von nicht weniger als 1200°C, um das Lötmaterial zu schmelzen und um Ni-Atome und Cr-Atome in das geschmolzene Lötmaterial aus der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion zu diffundieren, um die Lötverbindung zu bilden, wobei bewirkt wird, daß das resultierende Lötmaterial der Lötverbindung einen erhöhten Schmelzpunkt durch die Diffusion der Ni-Atome und der Cr-Atome aufweist, daß die Lötverbindung selbstaushärtend ist, und anschließend der resultierenden Aufbau gekühlt wird. Die Anteile der jeweiligen Bestandteile sind im weiteren hier in Einheiten von % angegeben. Des weiteren bedeutet der Ausdruck "im wesentlichen umfassend", daß andere Bestandteile enthalten sein können, soweit die Selbstaushärtung, der Korrosionswiderstand und der Oxidationswiderstand der Lötverbindung nicht negativ beeinflußt werden.
Bei diesem Lötverfahren wird der zeitweilige Aufbau, der das erste und zweite Element mit dem Lötmaterial, das zwischen der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion des ersten Elements und dem zweiten Element angeordnet ist, einschließt, bei einer Löttemperatur von nicht weniger als 1200°C gehalten, wobei das Lötmaterial schmilzt und die Ni-Atome und die Cr-Atome in das Lötmaterial aus der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion diffundieren, um die Lötverbindung zu bilden. Die Diffusion der Ni-Atome und der Cr-Atome erhöht den Schmelzpunkt der Lötlegierung der Lötverbindung über die Löttemperatur, wobei die Lötverbindung bei der Löttemperatur selbstaushärtend ist. Dieses Phänomen wird als "Selbstaushärtung" bezeichnet. Das selbstaushärtende Metall ist frei von Dendrit und deshalb frei von Segregationsaushärtung. Demgemäß hat das selbstaushärtende Metall eine Struktur, bei der Ni und Cr gleichmäßig in hohen Konzentrationen im Cu verteilt sind, um eine feste Lösung zu bilden. Deshalb weist die Lötverbindung ausgezeichnete Korrosions- und Oxidationswiderstände auf.
Das Lötmaterial setzt sich aus der Cu-Ni-Legierung zusammen, die nicht weniger als 10% und nicht mehr als 20% Ni umfaßt und die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion setzt sich aus der Ni-Cr-Legierung zusammen, die nicht weniger als 15% und nicht mehr als 40% Cr umfaßt. Deshalb können die Konzentrationen an Ni und Cr in der Lötverbindung einfach bei einer Löttemperatur von nicht weniger als 1200°C erhöht werden, wobei die Lötverbindung selbst aushärtet. Der Korrosionswiderstand der Cu-Legierung der Lötverbindung wird durch die Wirkung des Ni verbessert und die Oberfläche der Lötverbindung ist mit einem hoch korrosions- und oxidationsbeständigen Cr-Oxidfilm überzogen, der durch die Wirkung von Cr gebildet wird. Durch diese Einflüsse hat die Lötverbindung ausgezeichnete Korrosions- und Oxidationswiderstände.
Bei dem Lötverfahren kann das zweite Element, wie das erste Element, eine Grundplatte, die aus einem eisenhaltigen Material aus Eisen und Stahl zusammengesetzt ist und eine Schicht zur Unterdrückung der Diffusion, die auf der Grundplatte ausgewalzt ist, einschließen. Deshalb ist es möglich, das weniger teure eisenhaltige Material für die Grundplatte des zweiten Elements zu verwenden, während die Erniedrigung des Korrosionswiderstandes der Lötverbindung verhindert wird. Rostfreier Stahl wird als eisenhaltiges Material für die Grundplatte auf Grund seines hohen Korrosionswiderstandes bevorzugt.
Die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion setzt sich vorzugsweise aus einer Ni-Cr-Legierung zusammen, die nicht weniger als 30% Cr umfaßt. Das Lötmaterial hat vorzugsweise eine Dicke von nicht weniger als etwa 20 μm und nicht mehr als etwa 60 μm, um sicherzustellen, daß die Lötverbindung einfach mit einem Ni-Gehalt von nicht weniger als 30% und einem Cr-Gehalt von nicht weniger als 10% gebildet werden kann. Wo die Dicke des Lötmaterial in dem vorhergenannten Bereich der Dicke liegt, kann das Lötverfahren bei einer Löttemperatur von nicht weniger als etwa 1200°C und nicht mehr als etwa 1250°C über einen Lötzeitraum von nicht weniger als etwa 30 Minuten und nicht länger als etwa 60 Minuten durchgeführt werden, wobei ein hohe Produktivität sichergestellt wird.
Eine erfindungsgemäße gelötete Anordnung umfaßt zu verbindende erste und zweite Elemente durch Intervention einer Lötverbindung verlötet sind, die durch Schmelzen und Aushärtung eines Lötmaterials einer Cu-Ni-Legierung, die im wesentlichen aus nicht weniger als 10 Massen-% und nicht mehr als 20 Massen-% Ni besteht, gebildet wird. Das erste Element schließt eine Grundplatte ein, die sich aus einem eisenhaltigen Material aus Eisen und Stahl und einer Schicht zur Unterdrückung der Diffusion, die auf der Grundplatte ausgewalzt ist, zusammensetzt. Die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion unterdrückt die Diffusion der Fe-Atome aus der Grundplatte in die Lötverbindung, die auf der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion während des Lötens gebildet wird, und setzt sich aus einer Ni-Cr-Legierung zusammen, die im wesentlichen nicht weniger als 15 Massen-% und nicht mehr als 40 Massen-% Cr umfaßt. Die Lötverbindung setzt sich zusammen aus einer Cu-Ni-Cr-Legierung, die nicht weniger als 30 Massen-% Ni und nicht weniger als 10 Massen-% Cr umfaßt und frei von Segregationsaushärtung ist.
Weil sich das Lötmaterial aus einer vorherbestimmten Cu-Ni-Legierung zusammensetzt, die nicht weniger als 10% Ni und nicht mehr als 20 % Ni umfaßt und sich die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion des ersten Elements aus der Ni-Cr-Legierung zusammensetzt, die nicht weniger als 15% und nicht mehr als 40% Cr umfaßt, kann die Lötverbindung, die nicht weniger als 30% Ni und nicht weniger als 10% Cr enthält, die darin gleichmäßig in einem festen Lösungszustand verteilt sind, durch Selbstaushärtung ohne Segregationaushärtung durch Löten bei einer Löttemperatur von nicht weniger als 1200°C gebildet werden. Deshalb weist die Lötverbindung einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand und Oxidationswiderstand auf, so daß die gelötete Anordnung eine ausgezeichnete Haltbarkeit aufweist.
Bei der gelöteten Anordnung schließt das zweite Element eine Grundplatte ein, die sich aus einem eisenhaltigen Material aus Eisen und Stahl und einer Schicht zur Unterdrückung der Diffusion zusammensetzt, die auf der Grundplatte ausgewalzt ist, um die Diffusion der Fe-Atome aus der Grundplatte in die Lötverbindung des Lötens zu unterdrücken. Die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion des zweiten Elements setzt sich aus einer Ni-Cr-Legierung zusammen, die im wesentlichen nicht weniger als 15 Massen-% und nicht mehr als 40 Massen-% Cr umfaßt. Deshalb ist es möglich, das weniger teure eisenhaltige Material als Grundplatte für das zweite Element zu verwenden, wobei die Erniedrigung des Korrosionswiderstandes der Lötverbindung verhindert wird. Rostfreier Stahl wird als eisenhaltiges Material für die Grundplatte auf Grund seines hohen Korrosionswiderstandes bevorzugt
Bei der gelöteten Anordnung haben das erste und zweite Element jeweils einen planaren Mittelteil und Kantenteile, die durch Biegen entlang der Kanten des planaren Mittelteils bereitgestellt werden und entgegengesetzt in Bezug auf deren Kantenteile angeordnet sind, miteinander durch Intervention der Lötverbindung verlötet sind.
Bei der gelöteten Anordnung kann ein Zwischenraum, der zwischen dem ersten und dem zweiten Element definiert ist, als ein Durchflußweg für eine korrosive Flüssigkeit verwendet werden. Weil die Lötverbindung zwischen den Kantenteilen einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand aufweist, unterliegt die Lötverbindung weniger der Korrosion. Dadurch wird eine Anordnung für einen Durchflußweg für zum Beispiel einen Wärmeaustauscher, der den Ausfluß der korrosiven Flüssigkeit unterdrückt und der nicht so teuer und besser in der Haltbarkeit ist, bereitgestellt. Die Grundplatten der ersten und zweiten Elemente können aus rostfreiem Stahl hergestellt sein, wobei die Haltbarkeit der gelöteten Anordnung verbesserter ist.
Bei der gelöteten Anordnung ist der Ni-Gehalt des Cu-Ni-Cr-Legierung der Lötverbindung vorzugsweise nicht weniger als 35%. Daher wird der Korrosionswiderstand der Lötverbindung noch weiter verbessert.
Bei der erfindungsgemäßen Lötverfahren steigen die Ni- und Cr-Gehalte der Lötverbindung während des Lötens bei einer Löttemperatur von nicht weniger als 1200°C an, wobei die Lötverbindung selbst aushärtet.
Demgemäß ist die Lötverbindung, die sich aus der Cu-Ni-Cr-Legierung zusammensetzt, in ihrer Struktur und Zusammensetzung homogen und frei von Segregationsaushärtung und weist deshalb einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand und Oxidationswiderstand auf. Bei der erfindungsgemäßen gelöteten Anordnung setzt sich die Lötverbindung aus der Cu-Ni-Cr-Legierung zusammen, die nicht weniger als 30% Ni und nicht weniger als 10% Cr umfaßt und frei von Segregationsaushärtung. Deshalb weist die Lötverbindung einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand und Oxidationswiderstand auf und daher hat die gelötete Struktur eine ausgezeichnete Haltbarkeit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die teilweise im Querschnitt eine Wärmeaustauschereinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine vergrößerte Teilansicht, die ein Kantenteil des Wärmeaustauschereinheit in einem gelöteten Zustand zeigt;
3 ist eine Teilansicht, die einen Hauptbestandteil eine plattierten Materials für das zu verbindende das erste und zweite Element zeigt;
4 ist ein Zustandsphasendiagramm einer binären Cu-Ni-Legierung;
5 ist eine Teilansicht eines T-förmigen gelöteten Teils, der für den Korrosionswiderstandstest verwendet wird;
6 zeigt ein Schaubildpaar (A) und (B), das die Ergebnisse der Messung einer Ni-Konzentrationsverteilung bzw. einer Cr-Konzentrationsverteilung zeigt, die längs der Dicke einer Lötverbindung der Probe Nr. 3 (erfindungsgemäßes Beispiel) gemessen wurde; und
7 zeigt ein Schaubildpaar (A) und (B), das die Ergebnisse der Messung einer Ni-Konzentrationsverteilung bzw. einer Cr-Konzentrationsverteilung zeigt, die längs der Dicke einer Lötverbindung der Probe Nr. 1 (Vergleichsbeispiel) gemessen wurde.

1: erstes zu verbindendes Element,
2: zweites zu verbindendes Element,
3: Rippe,
4: Mittelteil,
5: Kantenteil,
6: Lötverbindung,
11: plattiertes Material,
12: Grundplatte,
13: Schicht zur Unterdrückung der Diffusion,
14: Lötmaterialschicht,
101: Wärmaustauschereinheit (gelötete Anordnung)

Beste Ausführungsform der Erfindung
Ein Lötverfahren und eine gelötete Anordnung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im weiteren unter Bezugnahme aus die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine Wärmeaustauschereinheit 101 gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen gelöteten Anordnung. Die Einheit dient als Einheit für hohe Temperaturen durch die Hochtemperaturgas, z.B. ein Emissionsgas geleitet wird oder als Kühleinheit durch die Kühlwasser geleitet wird. Die Hochtemperaturgaseinheit und die Kühleinheit sind aufeinandergeschichtet, um Durchflußwege für eine Wärmeaustauscher zu liefern.
Die Wärmeaustauschereinheit 101 schließt erste und zweite zu verbindende Elemente 1, 2, die jeweils ein planares Mittelteil 4 und Kantenteile 5 aufweisen, die durch Biegen längs der gegenüberliegenden Kanten des planaren Mittelteils 4 entstehen, ein. Die Mittelteile 4 der ersten und zweiten Elemente 1, 2 sind in entgegengesetzter Relation angeordnet und eine gewellte Rippe (Unterteilungselement) 3 wird in einem Raum, der durch die Mittelteile 4 der ersten und zweiten Elemente 1, 2 definiert wird, bereitgestellt. Äußere Oberteile der Rippe 3 sind mit einer Rückfläche des Mittelteils 4 des ersten Elements verlötet und äußere Unterteile der Rippe 3 sind mit einer Rückfläche des Mittelteils 4 des zweiten Elements verlötet. Innenflächen der Kantenteile 5 des ersten Elements 1 sind jeweils mit Außenflächen der Kantenteile 5 des zweiten Elements 2 durch Intervention der Lötverbindungen 6, wie in 2 gezeigt, verlötet.
Die Lötverbindungen 6 setzen sich jeweils aus einer Cu-Ni-Cr-Legierung zusammen, die als Hauptbestandteil Cu, die Ni in einem Anteil von nicht weniger als etwa 30%, bevorzugterweise nicht weniger als etwa 35% und die Cr in einem Anteil von nicht weniger als etwa 10% enthält. Außerdem ist die Legierung für die Lötverbindung frei von Dendrit und deshalb frei von Segregationsaushärtung und homogen in ihrer Struktur und Zusammensetzung. Weil die Lötverbindungen 6 jeweils Ni in einem Anteil von nicht weniger als etwa 30% enthalten, ist der Korrosionswiderstand der Matrix verbessert. Des weiteren enthalten die Lötverbindungen 6 Cr in einem Anteil von nicht weniger als etwa 10%, so daß ein undurchlässiger Cr-Oxidfilm auf den Oberflächen der Lötverbindungen gebildet wird, um die Passivierung der Oberflächen der Lötverbindungen zu fördern. Daher weisen die Lötverbindungen 6 einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand und Oxidationswiderstand auf. Das Lötverfahren, das die Bildung der Lötverbindungen, das die Homogenität in Struktur und Zusammensetzung sicherstellt, wird später beschrieben. Wenn die Segregationsaushärtung in den Lötverbindungen auftritt, sind Cu-reiche Bereiche in den Lötverbindungen vorhanden, wobei lokal der Korrosionswiderstand reduziert wird. Gerade mit Passivierungsfilmen, die auf den Lötverbindungen in Anwesenheit von Cr gebildet worden sind, werden die Lötverbindungen einen nicht ausreichenden Korrosionswiderstand in Umgebungen mit starker Korrosion aufweisen. Im Gegensatz dazu sind die Lötverbindungen 6 gemäß dieser Ausführungsform frei von diesen Nachteilen.
Wein 3 gezeigt, schließen die ersten und zweiten Elemente 1, 2, die jeweils durch Bearbeitung eines plattierten Materials (z.B. eine Lötverbundstoffes) 11 hergestellt wurden, eine Grundplatte 12, die aus einem rostfreien Stahl zusammengesetzt ist, Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 13, 13, die an der gegenüberliegenden Oberfläche der Grundplatte 12 gebunden sind, und eine Lötmaterialschicht 14, die an eine Oberfläche einer der Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 13 gebunden ist, ein. Die Rippe 3 wird durch Biegen einer dünnen Platte aus rostfreiem Stahl in eine gewellte Form hergestellt.
Das plattierte Material 11 wird im allgemeinen durch Walzendruckverbindung und Diffusionsglühen hergestellt. Genauer gesagt, werden Metallbleche als Materialien für die Grundplatte und entsprechenden Schichten aufeinandergestapelt und durch Walzen druckverbunden und die erhaltenen druckverbundenen Bleche werden bei einer Temperatur von nicht weniger als 1000°C und nicht mehr als 1100°C für das Diffusionsglühen gehalten. Wenn gefordert, wird das plattierte Material zur Einstellung der Dicke der Grundplatte und jeweiligen Schichten feingewalzt (kalt gewalzt). Nach dem Feinwalzen kann das plattierte Material geglüht werden, um das plattierte Material weich zu machen. Das Glühen wird vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre, wie z.B. Stickstoff oder Argon oder einem Reduktionsgas, wie Wasserstoffgas durchgeführt, um zu verhindern, daß die Oberflächen des plattierten Materials oxidieren.
Als rostfreie Stahle für die Grundplatte 12 des plattieren Materials 11 sind Austenit rostfreie Stahle, wie SUS304 und SUS316 und Ferrit rostfreie Stahle, wie SUS430 und SUS434, die mittels JIS spezifiziert sind, verwendbar. Vom Standpunkt der Bearbeitbarkeit und des Korrosionswiderstandes wird der Austenit rostfreie Stahl bevorzugt. Die Grundplatte 12 hat typischerweise eine Dicke von nicht weniger als etwa 300 μm und nicht mehr als etwa 600 μm.
Die Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 13 setzen sich jeweils aus einer Ni-Cr-Legierung zusammen, die im wesentlichen Cr in einem Anteil von nicht weniger als etwa 15% und nicht mehr als etwa 40%, vorzugsweise nicht weniger als etwa 30% und nicht mehr als etwa 40% enthält. Die Lötmaterialschicht 14 setzt sich zusammen aus einer Cu-Ni-Legierung, die im wesentlichen Ni in einem Anteil von nicht weniger als etwa 10% und nicht mehr als etwa 20% enthält. Die Ni-Cr-Legierung enthält typischerweise eine vorherbestimmte Menge and Cr und der Rest sind Ni und unvermeidbare Verunreinigungen, aber ein Element, daß die charakteristischen Eigenschaftender Lötverbindungen verbessert, kann der Ni-Cr-Legierung zugegeben werden, so lange dieses Element nicht die charakteristischen Eigenschaften der Lötverbindungen gegenteilig beeinflußt. Die Cu-Ni-Legierung enthält typischerweise die vorherbestimmte Menge an Ni und der Rest sind Cu und unvermeidbare Verunreinigungen, aber ein Element, daß die charakteristischen Eigenschaftender Lötverbindungen verbessert, kann der Cu-Ni-Legierung zugegeben werden, so lange dieses Element nicht die charakteristischen Eigenschaften der Lötverbindungen gegenteilig beeinflußt. Zum Beispiel können nicht weniger als etwa 1 % und nicht mehr als etwa 5% Al zu der Cu-Ni-Legierung hinzugefügt werden.
Vom Standpunkt der Unterdrückung der Diffusion der Fe-Atomen ist es ausreichend, daß die Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 13 jeweils eine Dicke von nicht weniger als etwa 10 μm aufweisen. Bei der vorliegenden Erfindung dienen die Schichten zur Unterdrückung der Diffusion jedoch auch dazu, die Lötverbindungen mit Ni-Atomen und Cr-Atomen zu versorgen und deshalb haben sie vorzugsweise eine Dicke, die nicht geringer als die Dicke der Lötmaterialschicht 14 und nicht mehr als etwa 100 μm ist.
Die Lötmaterialschicht 14, daß heißt, die Lötmaterialschicht an der Überlappung der Kantenteile 5, 5 hat, wenn die ersten und zweiten Elemente verlötet wurden, vorzugsweise eine Dicke von nicht weniger als etwa 20 μm und nicht mehr als etwa 60 μm. Wenn die Dicke kleiner als etwa 20 μm ist, ist die Menge an Lötmaterial zu klein und örtliche Mängel des Lötmaterial können auftreten. Auf der anderen Seite, wenn die Dicke größer als etwa 60 μm ist, ist die Menge an Lötmaterial zu groß, woraus ein Überschuß an Lötmaterial resultiert. Wo zusätzlich eine Löttemperatur von nicht weniger als etwa 1200°C und nicht höher als etwa 1250°C und eine Lötdauer von nicht kürzer als etwa 30 Minuten und nicht länger als etwa 60 Minuten, wie es später beschrieben wird, vorhanden sind, ist es schwierig, Ni-Atome und Cr-Atome gleichmäßig in die vollständigen Lötverbindungen aus den Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 13 zu diffundieren. Deshalb können Ni-arme Bereiche und Cr-arme Bereiche in den Lötverbindungen vorhanden sein, wobei der Korrosionswiderstand reduziert wird.
Zur Herstellung der Wärmeaustauschereinheit 101, wie in den 1 und 2 gezeigt, ist das zweite Element 2 passgenau mit dem ersten Element 1 mit den äußeren Oberflächen der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion 13 an den Kantenteilen 5 des zweiten Elements 2 verbunden, das in Kontakt mit den inneren Oberflächen der Lötmaterialschicht 14 an den Kantenteilen 5, 5 des ersten Elements 1 ist, und ist an die Rippe 3 in dem Raum, der zwischen dem ersten und zweiten Element definiert ist, angepaßt. Dadurch wird ein zeitweiliger Aufbau bereitgestellt. Der zeitweilige Aufbau wird bei einer Löttemperatur von nicht weniger als etwa 1200°C in einem Heizofen erhitzt gehalten und wird anschließend abgekühlt. Dadurch ergibt sich, daß die Kantenteile 5, 5 des ersten Elements 1 mit den entsprechenden Kantenteilen 5, 5 des zweiten Elements 2 verlötet sind, und die Rippe 3 ist mit den planaren Mittelteilen 4, 4 des ersten und zweiten Elements 1, 2 verlötet. Das Löten wird vorzugsweise in einer antioxidativen Atmosphäre, zum Beispiel in einer Atmosphäre eines Inertgases, wie Stickstoff oder Argon, in einer Atmosphäre eines Reduktionsgases, wie Wasserstoffgas oder im Vakuum durchgeführt.
Die Lötbedingungen (die Löttemperatur und Lötdauer) zum Löten der Kanteneile 5 des ersten Elements 1 mit den Kantenteilen 5 des zweiten Elements 2 werden detailliert unter Bezugnahme auf 4 erklärt.
Die Lötmaterialschicht (Lötmaterial) 14, die zwischen der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion 13 der Kantenteile 5 des ersten und zweiten Elements 1, 2 gehalten wird, wird erhitzt und bei einer Temperatur T von nicht weniger als etwa 1200°C gehalten, wobei das Lötmaterial schmilzt und Ni-Atome und Cr-Atome in das geschmolzene Lötmaterial aus den Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 13 diffundieren, um die Lötverbindungen 6 (siehe 2) zu bilden. Die Ni- und Cr-Konzentrationen der Lötverbindungen 6 steigen durch die Diffusion der Ni-Atome und Cr-Atome an, so daß das erhaltene Lötmaterial der Lötverbindungen einen erhöhten Schmelzpunkt besitzt. Daher kommt die Kristallisation aus einer Cu-Ni flüssigen Phase in eine Cu-Ni feste Phase kontinuierlich vor. Wenn die flüssige Phase nicht mehr vorhanden ist, ist das Lötmaterial vollständig selbst ausgehärtet. Und das Lötmaterial wird von dem Zeitpunkt t1 nach der Selbstaushärtung gekühlt. Durch die Verwendung eines solchen Erwärmungs- und Abkühlungsverfahrens sind die jeweiligen Elemente gleichmäßig in der festen Phase verteilt, die sich durch die kontinuierliche Kristallisation während der Selbstaushärtung ergibt, wobei sie gleichmäßig in den Lötverbindungen verteilt sind. Deshalb werden Lötverbindungen 6 gebildet, die eine homogene Zusammensetzung und eine homogene Struktur aufweisen, ohne daß Dendrit gebildet wurde und sind deshalb ohne Segregationsaushärtung. Wenn das Abkühlen am Zeitpunkt t2 beginnt, bei dem Cu-Ni in einem fest-flüssig Zustand nebeneinander vorliegen, gerade wenn Cu-Ni bei einer Temperatur von nicht weniger als etwa 1200°C gehalten wird, ist es möglich, daß Dendrit aus der festen Phase wächst. Dadurch werden Cu-reiche Bereiche in den Lötverbindungen gebildet, so daß die Lötverbindungen in ihrer Zusammensetzung und Struktur nicht homogen sind. Dies reduziert den Korrosionswiderstand. Obwohl 4 ein binäres Cu-Ni Zweiphasendiagramm zeigt, bei dem nicht weniger als etwa 30% Ni in dem Lötmaterial enthalten sind, gehen nicht weniger als etwa 10% und nicht mehr als etwa 20% Cr leicht in eine feste Lösung mit der festen Ni-Cu Phase.
Die Löttemperatur sollte nicht niedriger als etwa 1200°C, aber vorzugsweise nicht höher als etwa 1250°C sein. Wenn die Löttemperatur niedriger als etwa 1200°C ist, ist die Selbstaushärtung schwierig. Das heißt, es braucht zu viel Zeit braucht, damit der Ni- und Cr-Gehalt des Lötmaterials nicht kleiner als etwa 30% bzw. nicht kleiner als etwa 10% durch die Diffusion der Ni-Atome und Cr-Atome in die Lötverbindungen 6 aus der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion 13 werden. Auf der anderen Seite wird, wenn die Löttemperatur höher als etwa 1250°C ist, ein feuerfestes Material in einem herkömmlichen industriellen Ofen stark beschädigt. Zusätzlich neigen Kristallkörner des rostfreien Stahls der Grundplatte dazu, rauh zu werden, wobei die Haltbarkeit und Zähigkeit erniedrigt werden. Wenn der Cr-Gehalt der Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 13 ansteigt. kann der Cr-Gehalt der Lötverbindungen 6 auf nicht weniger als etwa 10% effektiv ansteigen. Deshalb wird der Cr-Gehalt der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion vorzugsweise auf nicht weniger als etwa 20% noch bevorzugter auf nicht weniger als etwa 30% erhöht. Wo die Lötmaterialschicht 14 eine Dicke von nicht weniger als etwa 20 μm und nicht mehr als etwa 60 μm hat und die Löttemperatur nicht niedriger als etwa 1200°C und nicht mehr als etwa 1250°C beträgt, kann die Zeitdauer, die benötigt wird, damit die Ni- und Cr-Gehalte der Lötverbindungen 6 nicht kleiner als etwa 30% bzw. nicht kleiner als etwa 10% werden, nicht kürzer als etwa 30 Minuten und nicht länger als etwa 60 Minuten sein. Diese Bedingungen für das Löten sichern eine ausgezeichnete industrielle Produktivität.
Bei dieser Ausführungsform wird das plattierte Material 11, daß die Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 13 und die Lötmaterialschicht 14, die vollständig auf der Oberfläche der Grundplatte ausgewalzt ist, einschließt, zum Löten der Rippe 3 verwendet, aber die Schichten zur Unterdrückung der Diffusion und die Lötschicht können nur auf Teilen ausgewalzt sein, wo die ersten und zweiten Elemente verlötet sind, was abhängig von der Verwendung des Produktes ist. Außerdem ist es nicht notwendig, die Lötmaterialschicht 14 auf der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion 13 auszuwalzen, aber eine separat hergestellte Folie aus Lötmaterial kann zwischen den Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 13 der ersten und zweiten Elemente angeordnet sein, wenn die ersten und zweiten Elemente zusammengefügt werden.
Das erfindungsgemäße Lötverfahren und die erfindungsgemäße gelötete Anordnung werden vorteilhafterweise nicht nur für den oben erwähnten Wärmeaustauscher verwendet, sondern auch für eine Vielzahl von chemischen Anlagen und Rohrverbindungen, bei denen eine korrosive Flüssigkeit verwendet wird. In diesen Fällen kann die Grundplatte des gelöteten Verbundmaterials aus einem Kohlenstoffstahl, einem Stahl mit geringem Legierungsgehalt oder dergleichen ebenso wie aus rostfreiem Stahl zusammengesetzt sein. Für das zweite Element das mit dem ersten Element verlötet wird, ist es nötig, daß es aus dem Verbundmaterial hergestellt wird, daß die gleiche plattierte Struktur wie das erste Element, wie bei der vorherigen Ausführungsform, aufweist und kann aus einem Plattenmaterial, das aus nichteisenhaltigem Stahl besteht, wie z.B. einer Ni-Legierung, die einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand aufweist, herstellt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend spezifischer anhand von Beispielen beschrieben. Diese sollten aber so verstanden werden, daß die Erfindung nicht auf die Beispiele beschränkt ist.
Beispiele
Zweischichtige plattierte Materialien (mit jeweils einer Breite von 50 mm), auf die jeweils eine Schicht zur Unterdrückung der Diffusion auf eine Grundplatte gebunden war, wurden durch Herstellung von Folien mit verschiedenen Zusammensetzungen präpariert, die den Schichten zur Unterdrückung der Diffusion entsprechen, die Folien setzen sich jeweils aus Ni-Cr-Legierungen mit unterschiedlichen Mengen an Cr und dem Rest an Ni, wie in Tabelle 1 gezeigt, zusammen und die Folien werden mittels Druck und Diffusion auf der rostfreien Stahlgrundplatte (SUS304) gebunden. Die plattierten Materialien werden zur Einstellung ihrer Dicke feingewalzt und dann geglüht.
Die so hergestellten plattierten Materialien werden in eine L-Form, mit der außen angeordneten Schicht zur Unterdrückung der Diffusion gebogen, wobei L-förmige Teile hergestellt werden. Dann werden, wie in 5 gezeigt, jeweils zeitweilige Aufbauten durch sandwichweises Zusammenfügen mit verschiedenen Zusammensetzungen der Lötmaterialfolien 24 zwischen einseitigen Abschnitten der Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 23, 23 zu solchen Paaren von L förmigen Teilen 21, 21 hergestellt und dann wird der Aufbau bei der Löttemperatur zum Löten im Vakuum gehalten. Die Lötmaterialfolien 24 setzen sich auf Ni-Cu-Legierungen zusammen, die unterschiedliche Mengen an Ni und den Rest Cu enthalten, die in Tabelle 1 gezeigt sind. Die Ni-Gehalte und Dicken der Lötmaterialfolien 24 und die Cr-Gehalte und Dicken der Schichten zur Unterdrückung der Diffusion 23 sind gesammelt in Tabelle 1 gezeigt.
Korrosionsteststreifen wurden jeweils durch Schneiden von Mittelabschnitten C der einseitigen Abschnitte der T-formig gelöteten Teile hergestellt und die Ni- und Cr-Konzentrationen jedes der geschnittenen Abschnitte wurden in Abständen von 1 μm längs der Dicke der Lötverbindung von einer Bindung zwischen der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion (Zwischenschicht) und der Lötverbindung durch EPMA gemessen. Dann wurden die durchschnittlichen Konzentrationen und die Änderung der Konzentration (eine maximale Konzentration minus einer minimalen Konzentration) bestimmt. Die Ergebnisse der Messungen sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt. Beispielhafte Verteilungen der Konzentration sind in 6 (Probe Nr. 3 eine erfindungsgemäßen Beispiels) und 7 (Probe Nr. 1 eines Vergleichsbeispiels) gezeigt. In 7(B) ist die Cr-Konzentration steil in Bereichen angestiegen, in denen Cr-Körner in der Lötverbindung gebildet werden.
Des weiteren wurde ein Korrosionstest unter Verwendung der jeweiligen Korrosionsteststreifen durchgeführt. Bei dem Korrosionstest wurde eine korrosive Flüssigkeit mit der nachfolgenden Zusammensetzung zur Gaskondensatemissionsimulation hergestellt und die jeweiligen Teststreifen wurden in die korrosive Flüssigkeit bei 100°C über 500 Stunden getaucht. Dann wurde der korrosive Zustand der Lötverbindung der ausgesetzten Abschnitte von jedem Teststreifen visuell untersucht. Zur Bestimmung des Korrosionswiderstandes der ausgesetzten Abschnitte (die eine Länge von 50 mm aufweisen) der Lötverbindung, wurde eine Teststreifen ohne Korrosion mit "A (ausgezeichnet)" bewertet und ein Teststreifen mit einem korrodierten Abschnitt oder einem Abschnitt von korrodierten Flächen (einer vollständigen Länge der korrodierten Abschnitte) zu der ausgesetzten Abschnittslänge von nicht größer als 5% als "B (akzeptabel)" bewertet. Darüber hinaus wurde ein Teststreifen mit einem korrodierten Abschnitt mehr als 5% als "C (nicht akzeptabel)" bezeichnet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Zusammensetzung des Simulationsemissionsgaskondensats (pH 2,0)

Cl^–: 20 ppm, NO₃ ^–: 80 ppm, SO₄ ^–: 400 ppm, CH₃COO^–: 1300 ppm, NH₄ ^–: 300 ppm, HCOO^–; 500 ppm

Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 entnommen werden kann, sind die durchschnittlichen Ni-Gehalte und durchschnittlichen Cr-Gehalte jeder der Lötverbindungen der Beispiele Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4, Nr. 5, Nr. 14 und Nr. 18 der erfindungsgemäßen Beispiele nicht weniger als 30% bzw. nicht weniger als 10% angestiegen, obwohl die Löttemperatur 30 Minuten oder 40 Minuten betrug, d.h. relativ kurz war. Zusätzlich waren die Veränderungsbereiche der Ni- und Cr-Konzentrationen kleiner. Daher sind die Lötverbindungen frei von Segregationsaushärtung, die Dendrit zugeschrieben wird und homogen in ihrer Zusammensetzung und Struktur. Deshalb sind die Lötverbindungen in ihrem Korrosionswiderstand in hochaziden korrosiven Flüssigkeiten mit einem pH-Wert 2,0 ausgezeichnet.
Auf der Seite sind die Ergebnisse der Vergleichsbeispiel die folgenden. Die durchschnittlichen Konzentrationen von Ni und Cr der Lötverbindungen von Probe Nr. 1 sind nicht ausreichend angestiegen, weil die Löttemperatur 1180°C betrug, d.h. niedrig, war. Daraus ergab sich, daß die Lötverbindungen nicht selbstaushärtend während des Erhitzen waren, so daß Segregationsaushärtung von Ni und Cr auftrat. Daher waren die Bereiche der Veränderungen der Ni- und Cr-Konzentrationen relativ groß, so daß die Lötverbindungen einen nicht ausreichenden Korrosionswiderstand aufwiesen.
Die Schichten zur Unterdrückung der Diffusion der Proben Nr. 6 und Nr. 7 waren aus reinen Ni zusammengesetzt, so daß die Lötverbindungen nicht durch die Abwesenheit von Cr passiviert wurden. Daher hatten die Lötverbindungen einen geringeren Korrosionswiderstand. Des weiteren waren die Schichten zur Unterdrückung der Diffusion der Proben Nr. 8 und Nr. 9 jeweils aus einer Ni-Cr-Legierung zusammengesetzt, aber die Cr-Gehalte betrugen jeweils 5%, d.h., sie waren gering. Daher waren die durchschnittlichen Cr-Konzentrationen in den Lötverbindungen jeweils nur wenige %, d.h., sie waren gering, so daß die Lötverbindungen einen geringeren Korrosionswiderstand aufwiesen. Des weiteren wurden die Proben Nr. 6 und Nr. 8 bei 1180°C hergestellt, d.h. bei einer geringen Löttemperatur, so daß die Lötverbindungen Segregationsaushärtung und große Veränderungen in ihrer Zusammensetzung zeigten.
Die Lötmaterialschichten der Probe Nr. 17 hatte eine Dicke von 70 μm, so daß der Abstand der Diffusion von Ni und Cr bei 1220°C für etwa 30 Minuten größer war. Daher waren die Bereiche der Veränderung der Ni- und Cr-Konzentrationen der Lötverbindungen größer und die durchschnittlichen Ni- und Cr-Konzentrationen waren geringer. Deshalb hatte die Lötverbindung einen geringen Korrosionswiderstand. In ähnlicher Weise wurde die Probe Nr. 10 bei einer Temperatur von 1180°C gelötet, d.h., bei einer niedrigeren Löttemperatur hergestellt, so daß die durchschnittlichen Cr- und Ni-Konzentrationen niedriger waren. Deshalb hatte die Lötverbindung einen geringen Korrosionswiderstand.
Die Lötmaterialien der Proben Nr. 12 und Nr. 13 enthielten kein Ni, so daß eine Selbstaushärtung beim Löten bei einer Löttemperatur von 1220°C nicht auftrat. Des weiteren hatten die Lötverbindungen jeweils eine reduzierte Ni-Konzentration. Mit der reduzierten Ni-Konzentration wurde auch die Menge an Cr in der festen Lösung reduziert. Daraus ergab sich für die Lötverbindungen ein geringerer Korrosionswiderstand. Auf der anderen Seite war der Ni-Gehalt des Lötmaterials der Probe Nr. 15 22%, d.h. höher, so daß die Löttemperatur von 1250°C zu niedrig war, um positiv die Diffusion der Ni-Atome und der Cr-Atome in die Lötverbindung aus der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion für die Selbstaushärtung zu beeinflussen. Daher war die durchschnittliche Ni- und Cr-Konzentration der Lötverbindung niedriger und deshalb hatte die Lötverbindung einen geringeren Korrosionswiderstand.
Für die Proben Nr. 16 und Nr. 17 betrug die Dauer des Lötvorgangs 10 Minuten bzw. 20 Minuten bei einer Löttemperatur von 1220°C, dies war zu kurz für die Selbstaushärtung der Lötverbindungen, die der Segregationsaushärtung unterlagen. Des weiteren stiegen die durchschnittlichen Ni- und Cr-Gehalte nicht an, so daß die Lötverbindungen einen geringen Korrosionswiderstand aufwiesen. Die Proben Nr. 1, Nr. 8 und Nr. 10, die bei 1180°C gelötet wurden, d.h. bei einer niedrigen Löttemperatur hergestellt wurden, unterlagen der Segregationsaushärtung. Des weiteren waren die durchschnittlichen Ni-Gehalte niedriger und die Mengen an Cr in der festen Lösung waren entsprechend geringer, so daß Cr-Körner wuchsen. Daher waren die Lötverbindung lokal an Cr-reichen Bereichen, im ganzen betrachtet waren die Ni- und Cr-Konzentrationen geringer. Deshalb waren die Lötverbindungen nicht ausreichend durch Cr passiviert und im allgemeinen hatten sie einen geringeren Korrosionswiderstand.
Zusammenfassung
Lötverfahren und gelötete Anordnungen
[Zusammenfassung] Es wird ein Lötverfahren bereitgestellt, mit dem eine Lötverbindung erhalten wird, die einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand aufweist und eine gelötete Anordnung, die einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand in der Lötverbindung aufweist.
[Erläuterung des Gegenstandes] Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt:
Zusammenfügen eines ersten zu verbindenden Elements (1) mit einem zweiten zu verbindenden Element (2) zu einem zeitweiligen Aufbau, das erste Element (1) schließt eine Grundplatte (12) aus einem eisenhaltigen Material und eine Schicht zur Unterdrückung der Diffusion (13), die auf der Grundplatte ausgewalzt ist, ein und setzt sich aus einer Ni-Cr-Legierung zusammen, die im wesentlichen nicht weniger als 15% und nicht mehr als 40% Cr umfaßt, das zweite Element (2) ist auf der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion (13) des ersten Elements (1) unter Intervention eines Lötmaterials (14) einer Cu-Ni-Legierung, im wesentlichen umfassend nicht weniger als 10% und nicht mehr als 20% Ni, angeordnet; und Aufrechterhalten der zeitweiligen Anordnung bei einer Temperatur von nicht weniger als 1200°C, um das Lötmaterial (14) zu schmelzen und Ni-Atome und Cr-Atome in dem geschmolzenen Lötmaterial aus der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion (13) zu verteilen, um die Lötverbindung zu bilden, um einen ansteigenden Schmelzpunkt durch Anstieg der Ni- und Cr-Gehalte der Lötverbindung zu erhalten, damit die Lötverbindung selbstaushärtend wird und anschließend wird die erhaltende Anordnung abgekühlt.

Claims

Lötverfahren, mit dem ein erstes zu verbindendes Element mit einem zweiten zu verbindenden Element durch eine Lötverbindung mittels Schmelzen und Aushärten eines Lötmaterials verlötet wird, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: Herstellen des ersten Elements und des Lötmaterials, das erste Element schließt eine Grundplatte ein, die aus einem eisenhaltigen Material eines Eisens oder Stahls und einer Schicht zur Unterdrückung der Diffusion besteht, die auf der Grundplatte, zur Unterdrückung der Diffusion von Fe-Atomen in die Lötverbindung aus der Grundplatte während des Lötens ausgewalzt ist, die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion ist aus einer Ni-Cr-Legierung zusammengesetzt, die im wesentlichen nicht weniger als 15 Massen-% und nicht mehr als 40 Massen-% Cr umfaßt, das Lötmaterial setzt sich aus einer Cu-Ni-Legierung zusammen, die im wesentlichen nicht weniger als 10 Massen-% und nicht mehr als 20 Massen-% Ni umfaßt; Zusammensetzen des ersten und zweiten Elements zu einem zeitweiligen Aufbau, bei dem das Lötmaterial zwischen der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion des ersten Elements und des zweiten Elements angeordnet ist; und Durchführung des Lötverfahrens durch Aufrechterhalten des zeitweiligen Aufbaus bei einer Temperatur von nicht weniger als 1200°C, um das Lötmaterial zu schmelzen und um Ni-Atome und Cr-Atome in das geschmolzene Lötmaterial aus der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion zu diffundieren, um die Lötverbindung zu bilden, wobei bewirkt wird, daß das resultierende Lötmaterial der Lötverbindung einen erhöhten Schmelzpunkt durch die Diffusion der Ni-Atome und der Cr-Atome aufweist, daß die Lötverbindung selbstauszuhärtend ist und anschließend der resultierende Aufbau abgekühlt wird.
Lötverfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite Element eine Grundplatte, die sich aus einem eisenhaltigen Material zusammensetzt, und eine Schicht zur Unterdrückung der Diffusion, die auf die Grundplatte gewalzt ist, einschließt, um die Diffusion von Fe-Atomen in die Lötverbindung aus der Grundplatte während des Lötens zu unterdrücken, die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion des zweiten Elements setzt sich im wesentlichen aus einer Ni-Cr-Legierung zusammen, die nicht weniger als 15 Massen-% und nicht mehr als 40 Massen-% Cr umfaßt.
Lötverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Grundplatte des ersten Elements und des zweiten Elements jeweils aus rostfreiem Stahl besteht.
Lötverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ni-Cr-Legierung der Schicht zur Unterdrückung der Diffusion einen Cr-Gehalt von nicht weniger als 30 Massen-% aufweist.
Lötverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Lötmaterial eine Dicke von nicht weniger als 20 μm und nicht mehr als 60 μm aufweist.
Lötverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Löttemperatur nicht weniger als 1200°C und nicht mehr als 1250°C beträgt und die Dauer für die der zeitweilige Aufbau bei der Löttemperatur gehalten wird, nicht kürzer als 30 Minuten und nicht länger als 60 Minuten ist.
Gelötete Struktur, umfassend ein erstes zu verbindendes Element und ein zweites zu verbindendes Element werden miteinander durch Intervention einer Lötverbindung, die durch Schmelzen und Aushärten eines Lötmaterials einer Cu-Ni-Legierung gebildet wurde, verlötet, die im wesentlichen nicht weniger als 10 Massen-% und nicht mehr als 20 Massen-% Ni umfaßt; wobei das erste Element eine Grundplatte, die aus einem eisenhaltigen Material und eine Schicht zur Unterdrückung der Diffusion, die auf die Grundplatte gewalzt ist, einschließt, und die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion unterdrückt die Diffusion von Fe-Atomen in die Lötverbindung aus der Grundplatte in die Lötverbindung während des Lötens unterdrückt und sich aus einer Ni-Cr-Legierung zusammensetzt, die im wesentlichen nicht weniger als 15 Massen-% und nicht mehr als 40 Massen-% Cr umfaßt, wobei sich die Lötverbindung aus einer Cu-Ni-Cr-Legierung zusammensetzt, die im nicht weniger als 30 Massen-% Cr umfaßt und frei von Segregationsaushärtung ist.
Gelötete Struktur nach Anspruch 7, wobei das zweite Element eine Grundplatte, die sich aus einem eisenhaltigen Material zusammensetzt, und eine Schicht zur Unterdrückung der Diffusion, die auf die Grundplatte gewalzt ist, einschließt, um die Diffusion von Fe-Atomen in die Lötverbindung aus der Grundplatte während des Lötens zu unterdrücken, und die Schicht zur Unterdrückung der Diffusion des zweiten Elements setzt sich aus einer Ni-Cr-Legierung zusammen, die nicht weniger als 15 Massen-% und nicht mehr als 40 Massen-% Cr umfaßt.
Gelötete Struktur nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Grundplatte des ersten Elements und des zweiten Elements jeweils aus rostfreiem Stahl besteht.
Gelötete Struktur nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das erste und zweite Element jeweils ein planares Mittelteil und Kantenteile aufweisen, die durch Biegen längs der Kanten des planaren Mittelteils bereitgestellt werden und die entgegengesetzt in Bezug auf deren Kantenteile angeordnet sind, miteinander durch Intervention der Lötverbindung verlötet sind.
Gelötete Struktur nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Cu-Ni-Cr-Legierung in der Lötverbindung einen Ni-Gehalt von nicht weniger als 15 Massen-% aufweist.