DE2017858B2 - 25.12.69 Japan 44-104510 Verfahren zum Feuerverzinnen von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen - Google Patents
25.12.69 Japan 44-104510 Verfahren zum Feuerverzinnen von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminium-LegierungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feuerverzinnen von Werkstücken, insbesondere Drähten
oder Bändern, aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen, gemäß dem die Werkstücke vor ihrem
Einbringen in das Verzinnungsbad durch Eintauchen in ein Salzschmelzbad aus einem Zinnchlorid und aus
einem Aluminiumchlorid vorbehandelt werden.
Das Feuerverzinnen von Aluminium ist, wie dem Buch von W. E. Il ο a re, »Anleitung zum Feuerverzinnen«,
1953, Seiten 52/53, entnommen werden kann, infolge des beständigen Aluminiumoxidfilms auf der
Aluminiumoberfläche schwer zu verzinnen. Zum Tauchverzinnen muß man den Oxidfilm beseitigen
und unmittelbar anschließend verzinnen, da sich der Film sehr schnell von neuem bildet. Man kann den
Film mechanisch durch Scheuern mit einer Drahtbürste oder chemisch durch Verwendung eines geschmolzenen
Salzbades beseitigen, das zu 75% aus Zinkchlorid, zu 11% aus Natriumchlorid und zu 14%
aus Kaliumchlorid besteht.
Nach dem Ausführungsbeispiel IV und dem Anspruch 6 der GB-PS 7 93 485 wird der Verzinnung
von Aluminium eine Vorbehandlung vorangestellt, die nicht nur zur Beseitigung des Oxidfilms, sondern
auch zur Verbesserung der Haftfähigkeit des Filmüberzuges dienen soll. Die Werkstücke aus Aluminium
oder Aluminiumlegierungen werden vor der eigentlichen Verzinnung in ein Beizschmelzbad aus
wenigstens einem zinnhaltigen Halogenid, wie Zinnchlorid, und aus wenigstens einem aluminiumhaltigen
Halogenid, wie Aluminiumchlorid, eingetaucht.
Sogar bei Raumtemperatur bilden sich diese Oxidfilme bis zu einer Dicke von 10 bis 100 Angström und
sind sehr schwer zu entfernen. Und wenn es möglich wäre, diese Schichten zu beseitigen, so würden sich
sehr schnell wieder neue bilden. Obwohl einerseits derartige Schichten in manchen Fällen zweckmäßig
sind, da sie für eine gute Korrosionsbeständigkeit des Aluminiums oder seiner Legierungen sorgen, so bilden
sie andererseits ein Hindernis gegen elektrische Kontakte oder das Löten von Aluminium oder von Aluminium-Legierungen.
Dagegen weist ein mit einer Zinnschicht überzogenes Aluminium-Material eine gute elektrische Kontaktfähigkeit nicht nur beim
Löten, sondern auch bei mechanischen Verbindunger wie Dreh verbindungen, auf.
Von dem bekannten Beschichtungsverfahren bring das Tauchbeschichtungsverfahren auf Grund seine
vereinfachten Verfahrensschritte und seiner höherei Geschwindigkeit den Vorteil, wirtschaftlich zu sein
Das eilt besonders für über eine große Lunge siel erstreckende Aluminium-Materialien, wie Drähte unc
Bänder, die mit einen niedrigen Schmelzpunkt auf weisenden Metallen, wie Zinn, kontinuierlich beschich
tet werden.
Beim Tauchverzinnungsverfahren wird das Problen der Beseitigung von Oxidüberzügen durch eine Vor
behandlung gelöst, wodurch der Oberfläche des AIu minium-Materials eine Benetzbarkeit mit dem Zinr
verliehen wird. Ferner ist es wichtig, daß die abge laserte Beschichtung eine gute Adhäsion, chemisch«
Unveränderlichkeit und keine Schaden aufweist.
Wie schon erwähnt, weisen Aluminium-Materialier gegenüber Sauerstoff eine große Affinität auf, so daf:
sich, selbst wenn der Oxidüberzug beseitigt wurde, sofort wieder ein neuer überzug bildet, wodurch die
Erzielung einer guten Beschichtung erschwert wird.
Beim Tauchverzinnungsverfahren für Aluminium-Material
treten Erscheinungen an der Beschichtung, wie Verhinderung der Lötbarkeit, der Adhäsion sowie
der mechanischen Eigenschaften auf, die bei anderen Materialien, wie Kupferdrähten, die mittels dieses
Verfahrens verzinnt werden, nicht beobachtet werden konnten und die hinsichtlich der praktischen Anwendung
große Nachteile bedeuten. Zusammengefaßt wurden "folgende Nachteile festgestellt, die sich beim
Tauchverzinnen ergeben:
1. geringe Verfahrensgeschwindigkeit,
2. schwierige, auf der ganzen Oberfläche durchzuführende
gleichmäßige Vorbehandlung,
3. viele Fehler auf der Beschichtung,
4. zerjlörende Wirkungen können auf der Beschichtung
nicht beseitigt werden.
5. eine kontinuierliche Behandlung von langen Materialien ist schwierig durchzuführen.
Zum Herstellen von zinnbeschichteten Aluminium-Materialien ist eine Vorbehandlung der Aluminium-Materialien
in einem Chlorid enthaltenden SaIz-Schmeizbad
und eine Tauchplattierung mit einer Zinnlegierung bekannt, wobei die Vorbehandlung die
Beseitigung des Oxidüberzuges sowie eine Umwandlungsbeschichtung in einem Salzbad umfaßt.
Für die Beseitigung des Oxidüberzuges von den Aluminium-Materialien innerhalb eines Salz-Schmelzbades
sind zwei Methoden vorgeschlagen worden: Die eine Methode besteht darin, daß das Aluminium-Material
einer anodischen Behandlung in einem wenigstens ein aus der Gruppe: Schwermetall-Halogene,
Al-Halogene, Alkali-Halogene und Alkali-Erdmetall-Halogene
gewähltes Halogen enthaltenden Salzbad unterzogen wird; die zweite Methode ist eine Tauchbehandlung des Aluminium-Materials in
einem Zinn-Halogen und Al-Halogen als Hauptkomponenten mit Zusatz von beliebigen Metall-Ionen
enthaltenden Salz-Schmelzbad.
Die vorerwähnte anodische Behandlung des Aluminium-Materials
beruht auf der folgenden Beobachtung: Wenn ein Aluminium-Material einer anodischen
Auflösung in einem Halogene enthaltenden Salz-Schmelzbad unterzogen wird, dann wird der Oxidüberzug
von der Oberfläche des Aluminium-Mate-
rials vollständig entfernt. Diese Vorbehandlung erweist sich fur die anschließende Tauchbeschichtung
als sehr vorteilhaft.
Dies kann folgender Tatsache zugeschrieben werden : Wenn Aluminium-Material einer anodischen Auflösung
in einem Halogene enthaltenden Salz-Schmelzbad unterzogen wird, dann wird der Oxidfilm an der
Oberfläche des Materials durch das zur Anode eilende Halogen angegriffen bzw. zersetzt, und anschließend
findet ein>' Halogenisation der Anode statt, wodurch
die Oberflächenschicht der Anode aufgelöst wird. Diese Vorbehandlung erweist sich Tür Aluminium
oder Aluminium-Legierungen mit einem zähen und starren Überzug als sehr wirksam.
Die Temperatur des Bades für die anodische Oxydation muß tiefer liegen als der Schmelzpunkt des
Aluminiums, d.h., daß die Temperatur 500 C möglichst nicht übersteigt. Für die Stromdichte, bei der
die anodische Oxydation stattfinden soll, besteht keine
besondere Begrenzung, sie ist lediglich von der Behandlungszeit abhängig.
Die Tauchbehandhing der Aluminium-Materialien besteht darin, daß diese in ein, wie vorerwähnt,
Zinnchlorid und Aluminiumchlorid als Hauptkomponenten enthaltendes Salz-Schmelzbad getaucht werden,
wobei dieses Bad auf einer Temperatur gehalten wird, die den Schmelzpunkt des Aluminiums nicht
übersteigt, und wobei der Oxidfilm an der Oberfläche der Aluminium-Materialien durch die Korroiionswirkung
des Chlors zersetzt wird und eine Umwandlungsreaktion, wie 2Al + 3SnX2 ->2A1X3 + 3Sn (X bedeutet
Chloratom), an der Oberfläche der Aluminium-Materialien stattfindet, so daß sich eine dünne, geschmolzene
Zinnschicht an der Oberfläche ablagert, wodurch die Benetzbarkeit mit einem geschmolzenen
Metall, mit dem anschließend das Aluminium-Material beschichtet werden soll, erreicht wird.
In dem für die Tauchbehandlung verwendeten Bad ist Zinnchlorid hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit,
der chemischen Unveränderlichkeit der Erzeugnisse undder Kontrolle der Badtemperatur am zweckmäßigsten.
Obwohl die Umwandlungsreaktion durch Tauchen des Aluminium-Materials in ein Zinnchlorid enthaltendes
Salzbad durchgeführt werden könnte, ist die Reaktion ohne Zusatz von Aluminiumchlorid
nicht durchführbar, da die Reaktion explosionsartig vor sich geht, wodurch die Aluminium-Materialien
selbst bei kurzer Tauchdauer erheblich angegriffen werden und der durch die Reaktion frei gewordene
Aluminiumchloriddampf das Bad plötzlich zum Kochen bringt.
Demzufolge ist ein Bad wie das vorerwähnte nicht zweckmäßig. Es wurden verschiedene Versuche gefahren,
um die explosionsartige Umwandlungsreaktion in diesem Bad zu mildern, und es wurde dabei
festgestellt, daß es für diesen Zweck sehr nützlich ist, dem Salzbad ζ. Β. Aluminiumchlorid beizufügen,
welches ein Reaktionsprodukt folgender Reaktion ist:
2Al + 3SnCI2-2AlCl3 + 3Sn
Durch Hinzufügen von Aluminiumchlorid in ein Zinnchlorid enthaltendes Salzbad wird die Reaktion
gemildert, das Kochen des Rades verhindert, und die Umwandlungsreaklion neigt dazu, das Bad im Verlauf
der Tauchdauer zu sättigen. Die Wirkung des beigefügten Aluminiumchlorids ist dann besonders
vorteilhaft, wenn ein Verhältnis zwischen Zinnchlorid und Aluminiumchlorid im Bereich zwischen 5: 1
und 1 :4 liegt.
In einem Aluminiumchlorid enthaltenden Salz-Schmelzbad
steigt die Verdampfung des Aluminium-Chlorids mit der Badtemperatur. Die Temperatur des
Salz-Schmelzbades kann aber durch Hinzufügen von Aluminiumchlorid, Zinnchlorid und Alkalichlorid
herabgesetzt werden.
Gemäß der beschriebenen Vorbehandlung wird das Aluminium-Material in ein Zinnchlorid und Aluminiumchlorid
enthaltendes Salz-Schmelzbad getaucht, wodurch eine gleichmäßige Umwandlungsreaktion an der gesamten Oberfläche des Aluminium-Materials
erzielt wird. Ferner ist die Umwandlungsreaktion innerhalb der Vorbehandlung mild, das
durch diese Reaktion frei gewordene Aluminiumchlorid löst sich ohne plötzliches Kochen des Bades in
diesem auf, so daß ruhige Badverhältnisse bewahrt werden können. Außerdem wird das Aluminium-Material
nicht örtlich angegriffen, da die Umwandlungsreaktion gleichmäßig stattfindet, der Oxidüberschuß
kann sogar bei relativ niedriger Temperatur von der Oberfläche des Aluminium-Materials zufriedenstellend
aufgelöst und beseitigt werden, und die so vorbehandelte Oberfläche erhält eine ausgezeichnete
Benetzbarkeit mit Zinn oder Zinnlegierungen.
Die Temperatur des Salz-Schmelzbades sollte vorzugsweise tiefer liegen als der Schmelzpunkt des Aluminiums,
jedoch höher als der Schmelzpunkt des Zinns.
Liegt die Badtemperatur unter dem Schmelzpunkt des Zinns oder dessen Legierungen, oder liegt sie höher
als der Schmelzpunkt des Zinns oder seiner Legierungen, so ist die Behandlungsdauer kurz und die
Umwandlungsreaktion unzulänglich. Das dem Bad entnommene, mit geschmolzenem Salz beschichtete
Aluminium-Material kann sofort erhitzt werden, und zwar mittels eines Heizmittels, wie Heizofen, Brenner
od. dgl., um die Adhäsion zwischen der Beschichtung und dem Substrat zu erhöhen sowie um die Umwandlungsreaktion
zwischen dem geschmolzenen Salz der Materialbeschichtung und dem Aluminium zu fördern.
Diese Erhitzung erhöht außerdem vorteilhafterweise die Geschwindigkeit des Verfahrens bei der kontinuierlichen
Behandlung von langen Aluminium-Materialien, wie Drähten und Bändern.
In diesem Fall ist eine Momenterhitzung zweckmäßig, so daß nur die Oberfläche des Aluminium-Materials
auf eine hohe Temperatur, vorzugsweise auf mehr als 300° C, erhitzt wird.
Wird das Aluminium-Material nach der Vorbehandlung mittels eines Tauchverfahrens mit Zinn
oder Zinnlegierungen beschichtet, so wird die Zinnbzw. Zinnlegierungsbeschichtung mit der Zeit sogar
an der Luft zerstört, ganz abgesehen von den verschiedenen korrosionsfördernden Einflüssen, wodurch
die Lötbarkeit des Aluminium-Materials sinkt und die Beschichtung versprödet.
Diese Zerstörung der Beschichtung ruft wiederum verschiedene Nachteile bei der praktischen Verwendung des mit Zinn oder Zinnlegierung beschichteten Aluminiums hervor. Die beobachtete Zerstörung beruht auf der Auflösung einer geringen Menge von Aluminium, das vom Kern in den überzug übergegangen ist. Diese unumgängliche Zersetzung einer geringen Menge des Grundmaterials, hei vorgerufen durch den Einfluß eines geschmolzenen Metalls auf das Substrat, wurde anrh heim rihr>r7iphpn mit nnrle-
Diese Zerstörung der Beschichtung ruft wiederum verschiedene Nachteile bei der praktischen Verwendung des mit Zinn oder Zinnlegierung beschichteten Aluminiums hervor. Die beobachtete Zerstörung beruht auf der Auflösung einer geringen Menge von Aluminium, das vom Kern in den überzug übergegangen ist. Diese unumgängliche Zersetzung einer geringen Menge des Grundmaterials, hei vorgerufen durch den Einfluß eines geschmolzenen Metalls auf das Substrat, wurde anrh heim rihr>r7iphpn mit nnrle-
ren Metallen als Aluminium beobachtet. So ruft die Zersetzung im Falle z. B. von Kupfermaterial bei der
Beschichtung durch Tauchverfahren mit geringfügigen nachteiligen Wirkungen auf die Eigenschaften des
beschichteten Kupfererzeugnisses keine besonderen Probleme hervor. Besteht jedoch das Substrat aus
Aluminium, so wird die Beschichtung derart zerstört, daß die Eigenschaften des beschichteten Aluminiumerzeugnisses
erheblich beeinträchtigt werden.
Diese Zerstörung der Beschichtung durch Zersetzung einer geringen Menge von Aluminium findet
selten in Vakuum oder in trockener Luft statl. Hs
wurde festgestellt, daß die Luftfeuchtigkeit auf die Zerstörung einen großen Einfluß ausübt. Demzufolge
muß das mit geschmolzenem Zinn beschichtete Aluminium-Material unter vorerwähnten, besonderen
Luftverhältnissen gelagert werden oder aber weiterhin beschichtet werden, damit die Lötbarkeit des
Aluminium-Materials erhalten bleibt, wodurch die Handhabung des Materials recht schwierig gestaltet
wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so zu verbessern, daß eine
Zerstörung der Beschichtung des mit Zinn beschichteten Aluminium-Materials wirksam verhindert wird
und daß die Eigenschaften, wie Lötbarkeit des beschichteten Aluminium-Materials für eine lange Zeitdauer
erhalten bleibt und die Korrosionsfestigkeit verbessert wird.
Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß dem schmelzflüssigen Zinn des Verzinnungsbades
in bekannter Weise Antimon zugesetzt wird und daß der Zusatz zwischen 0,5 und 30 Gewichtsprozent
Antimon beträgt.
Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:
1. Durch vollkommene und schnelle Beseitigung des an der Oberfläche des Aluminium-Materials
gebildeten Films sowie durch die Verhinderung der Neubildung eines solchen, indem das Material
in ein Chlorid als Hauptkomponente enthaltendes Salz-Schmelzbad getaucht wird, wobei dem Aluminium-Material
eine gute Benetzbarkeit mit einem geschmolzenen Metall verliehen wird, läßt sich ein einwandfrei arbeitendes Tauchverzinnungsverfahren
erzielen,
2. ist es möglich, eine gleichmäßige Zinnlegierungsbeschichtung mit chemischer Unveränderlichkeit,
ohne Zerstörungserscheinungen und mit guter Lötbarkeit herzustellen, indem dem Tauchverzinnungsschmelzbad
Antimon zugefügt wird,
3. ist es möglich, die Beschichtung kontinuierlich an langen Materialien, wie Drähten oder Bändern,
vorzunehmen.
An sich ist die Verwendung von Zinn-Antimon-Legierungsbädern für das Verzinnen von Gegenständen
aus Kupfer oder Kupferlegierungen durch die DT-PS 641 168 und von Gegenständen aus Eisen
durch die OE-PS 1 53 174 bekannt. So werden nach der DT-PS 6 41 168 unter anderem dem Zinn 15 bis
50% Antimon zulegiert und nach der OE-PS 1 53 174
dem Zinn 10 bis 50% Antimon zugesetzt. Aus diesem Stand der Technik hat die Fachwelt über dreißig
Jahre keine Anregung entnommen, für das Verzinnen von Aluminium und Aluminium-Legierungen dem
schmelzflüssigen Zinn des Verzinnungsbades Antimon zuzusetzen, obwohl, wie die eingangs genannten
Lileraturstellen beweisen, schon seit langem ein Bedürfnis
vorlag, eine Zerstörung der Beschichtung des mit Zinn beschichteten Aluminium-Materials wirksam
zu verhindern, die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern und die Lötbarkeit des beschichteten Aluminium-Materials
für eine lange Zeitdauer zu erhalten. Erst die Anmelderin hat der DT-PS 6 41 168
und der OE-PS 1 53 174 die Anregung zu dem Versuch entnommen, beim Feuerverzinnen von AIuminium
dem Verzinnungsbad auch Antimon zuzusetzen. Erst durch Versuchsreihen ist sie zu dem
Ergebnis gekommen, den hierfür allein möglichen Bereich zwischen 0,5 und 30 Gewichtsprozent zu
finden, der sich nicht mit dem Bereich bei der Verzinnung von Kupfer und Eisen deckt. Wie aus den
nachstehenden Beispielen ersichtlich, übt ein Zusatz von weniger als 0,5 Gewichtsprozent Antimon keinerlei
Wirkung aus, während ein Zusatz von mehr als 30 Gewichtsprozent Antimon keine wesentliche Verbesserung
seiner Wirkungen bringt, sondern eher die Temperatur des geschmolzenen Metalls außergewöhnlich
hebt, so daß die erforderlichen mechanischen Eigenschaften der Beschichtung nicht erhalten bleiben
können und somit die praktische Nutzbarkeit nicht gesichert ist. Der zweckmäßigste Bereich, innerhalb
welchem der Antimon-Zusatz liegen sollte, ist zwischen 3 bis 20 Gewichtsprozent.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Feuerverzinnen ist es zweckmäßig, die Werkstücke vor ihrem
Eindringen in das Verzinnungsbad auf eine Temperatur oberhalb 300" C zu erhitzen.
Unter der in der Aufgabenstellung angeführten Bezeichnung »Lötbarkeit« wird die Lötbarkeit bei
Anwendung von nicht korrodierender Paste verstanden, wie sie beim Löten von gewöhnlich lötbaren
Materialien, wie Kupferdraht und Pb-Sn-Lölmetall,
verwendet werden. Für gewöhnlich werden für das Löten von nicht beschichtetem, stark korrodierendem
Aluminium für Aluminium geeignete Lötflußmittcl sowie Lötmetalle verwendet.
Wird für das Löten Antikorrosionspaste verwendet,
so weisen nichtbeschichtete Aluminium-Materialien keine Benetzbarkeit mit flüssigem Lötmetall auf und
können nicht gelötet werden.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, die ein Diagramm zeigt, das das Verhältnis
zwischen der Menge des abgeschiedenen Zinns während der Umwandlungsreaktion zwischen dem Aluminium-Mater:;^
und Zinn und der Reaktionszeit innerhalb des Salz-Schmelzbades veranschaulicht.
Die Proben A, B und C mit den Abmessungen von 30 χ 60 χ 1 mm, bestehend aus reinem Aluminium
und einer Aluminium-Legierung und mit chemischen Zusammensetzungen, wie in Tabelle 1 angegeben,
wurden in eine 10%ige NaOH-Lösung bei 50 C getaucht, dann in einer 30%igen HNO3-Lösung
neutralisiert, gewaschen und getrocknet und an-
schließend in ein Salzbad a und die Vergleichssalzbäder b und c, die bei einer Temperatur von 270 C
gehalten wurden, getaucht, um den Oxidüberzug zu entfernen und die Umwandlungsreaktion durchzuführen.
Als Ergebnis verliefen die Reaktionen in den beiden Vergleichsbädern b und c, welche kein AlCl3
enthielten, explosionsartig, und beide Bäder kamen zum Kochen. Die Proben wurden so stark angegriffen.
daß sie innerhalb von 3 bis 5 s bis auf beinahe die Hälfte ihrer ursprünglichen Dicke zusammenschrumpften
und nach den darauffolgenden 2 oder 3 s ganz verschwanden. Währenddessen verlief die
Reaktion im Salzbad a, dem vorangehend AlCl, zugefügt worden war, sehr ruhig, nach 3 min hörte die
Reaktion beinahe auf, nachdem ungefähr 30 μΐη Zinn
abgelagert worden war.
Daraufhin wurde das Salzbad a auf 255, 290 und 32O0C gehalten und das Verhältnis zwischen der Eintauchzeit
bei den entsprechenden Temperaturen und
der Menge des abgelagerten Zinns bestimmt. Dieses Verhältnis ist für reines Aluminium in der Figur eingetragen.
Ähnliche Ergebnisse wurden auch für Aluminium-Legierungen erhalten.
Die in dieses Bad a eingetauchten Aluminiumproben A, B und C wurden mit einem dünnen überzug
von geschmolzenem Zinn und dieser Zinnüberzug mit einem überzug von geschmolzenem Salz überzogen.
Unter diesen Bedingungen wiesen die Proben sehr gute Benetzbarkeit mit der erfindungsgemäß
verwendeten Metallschmelze auf.
Proben
A reines Aluminium
B — reines Aluminium
C Aluminium-Legierung.
B — reines Aluminium
C Aluminium-Legierung.
Fe
0,12 0,06 0.10 Si
0.28
0,22
0.18
0,22
0.18
Chemische Zusammensetzung (%)
Cu
0,002
0,026
0,026
4,3
Mn | Mg |
0,05 0,5 |
1,4 |
Al
Rest
Rest
Rest
Rest
Rest
Chemische Zusammeiisclzui | KCI | NaCI | |
Saly-Schincl/bail | |||
SnCI, | |||
a = erfindungs | |||
gemäß ver | 20 | 10 | |
wendetes | |||
Bad | 30 | 25 | 15 |
b = Versileichs- | |||
bad" | 60 | ||
c = Vergleichs | |||
bad | 100 |
AICl,
40
Die in Tabelle 2 angerührten Salz-Schmelzbäder a, D und c wurden bei Temperaturen von 240 bzw. 260
bzw. 280 bzw. 300 C gehalten und als Vorbehandlungsbäder verwendet. Aluminium-Proben A, B und C
(Tabelle 1) wurden in diesen Bädern behandelt, dann in vier Metall-Schmclzbäder Nr. 1,2,3 und 4 (Tabelle 3)
getaucht, um Tauchverzinnungen durchzuführen. Die Temperatur aller Metall-Schmelzbäder wurde auf
270 C gehalten. Es wurden zufriedenstellende Tauchbeschichtungen bei einer Vorbehandlung für jede
Temperatur der Salz-Schmelzbäder erhalten, jedoch wird die für die Erhaltung zufriedenstellender Ergebnisse erforderliche minimale Vorbehandlungszeit
länger, je tiefer die Temperatur des Salz-Schmelzbades ist (Tabelle 4).
Temperatur des
Salz-Schmelzbades
Salz-Schmelzbades
( C)
35
40 240
260
280
300
260
280
300
Minimale Tauchzeil
(s|
(s|
15
11
11
Mcidil-Schmcl/bad
Nr. 1
Nr.2 [[
Nr. 4 (erfindungsgemäßes Bad)
Bad-/usammensei7unt
Sn
100
Zn
20 10
Cd
Sb
Proben A. B und C aus Tabelle 1 wurden in ein Salzbad d und ein Vergleichsbad e, wie in Tabelle 5
angeführt, getaucht, wobei die Badtemperatur bei 280" C gehalten wurde. Die Ergebnisse zeigten, daß
die Umwandlungsreaktion in dem Vergleichsbad c so explosionsartig stattfand, daß das Bad plötzlich
zum Kochen gebracht wurde und demzufolge als Vor- behandlungsbad für eine darauffolgende Tauchbeschichtung nicht geeignet war.
Währenddessen verlief die Umwandlungsreaktion innerhalb des Bades d ruhig, ohne daß die Proben
stark angegriffen wurden; deshalb eignete es sich also
als Vorbehandlungsbad für die darauffolgende Tauchbeschichtungen. Die in dem Badd durch die Umwandlungsreaktion abgelagerte Beschichtung von geschmolzenem Metall enthielt 7% Zink.
besteht die durch die Umwandlungsreaktion abgelagerte Beschichtung aus reinem Zinn, wenn die Badtemperatur unter dem Schmelzpunkt des Zinns gehalten wird, während die Beschichtung in vorliegendem
Fall des Bades d aus einer Sn-Zn-Legierung besteht,
die sich selbst bei einer herabgesetzten Temperatur
bis zu etwa 200 C in flüssigem Zustand befindet, so daß eine ausgezeichnete Benetzbarkeit für die anschließende Feuerverzinnung gegeben ist.
Erfindungsgemäß verwendetes
Bad d
Bad d
Vergleichsbad e
Chemische Zusammensetzung <%)
SnCI,
25
50
50
KCl
10
20
20
NaCI
10 10
ZnCl,
20 20
AICl1
35
99,5%ig reiner Aluminiumdraht mit einem Durchmesser von 1,0 mm wurde einer kontinuierlichen
Tauchverzinnung mit der erfindungsgemäßen Zinnlegierung unterzogen. Der Aluminiumdraht wurde zur
Vorbehandlung in ein Salz-Schmelzbad, dessen Temperatur auf 2600C gehalten wurde, eingeleitet, kontinuierlich
durch das Zinn-Schmelzbad geführt und dann über eine Abwischvorrichtung wieder abgeleitet.
Das Schmelzbad wurde auf 280° C gehalten. Das Salzbad für die Vorbehandlung wies verschiedene,
in Tabelle 6 angeführte Zusammensetzungen auf und das Zinn-Schmelzbad die Zusammensetzung Nr. 4
aus Tabelle 3. Bei einer Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes von 10 bis 15 m/min wurde ein Aluminiumdraht
mit einer etwa 8 μ,ίτι dicken Zinnbeschichtung
erhalten.
Bei einer Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes von mehr als 15 m/min erwies sich die Vorbehandlung
für die kontinuierliche Tauchverzinnung des Aluminiumdrahtes als unzureichend, außerdem wurden
Fehler in der Beschichtung beobachtet.
AICl,
Salz | ( | SnCl, | hemischt | ' Zusammensetzung 1% | ZnCl |
schmelzbad | 20 | KCl | NaCl | 10 | |
f | 15 | 15 | 10 | 0 | |
g | 15 | 15 | 10 | 0 | |
h | 20 | 20 | 10 | 10 | |
i | 40 | 30 | 0 | 0 | |
j | 32 | 20 |
45 60 55 40 8
von 1,5 mm (Tabelle 7) wurden zunächst entfettet und gewaschen und dann für mehrere Sekunden in Salz-Schmelzbäder
η und ο nach Tabelle 8 getaucht, wobei die Badtemperatur jeweils bei 260"C gehalten wurde,
um den Oxidüberzug von ihrer Oberfläche zu entfernen. Anschließend wurden die Drähte in die Zinn-Schmelzbäder
Nr. 4, 5, 6 und 7 nach Tabelle 9 getaucht, die alle auf 280" C gehalten wurden. Daraufhin
wurden diese Proben dem Einfluß der Luft ausgesetzt
to und ihre Lölbarkeit, wie folgt, beobachtet. Die Enden dieses beschichteten Aluminiumdrahtes wurden über
eine Länge von je 30 mm mehrere Male miteinander verdreht und gelötet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10
angegeben, worin A leichtes Löten und B schwache Benetzbarkeit mit dem geschmolzenen Lötmaterial,
d. h., daß dieses nicht leicht in den Raum zwischen die Drähte fließen kann, so daß das Löten unvollkommen
ist, bedeuten und C besagt, daß das Löten vollkommen unmöglich ist. Wie aus Tabelle 10 ersichtlich,
wird die Lötbarkeit nicht zerstört, sondern bleibt lange Zeit erhalten, wenn dem Schmelzbad
Antimon beigefügt ist.
Probe
A reines
Aluminium
D — Aluminium-Legierung
Chemische Zusammensetzung ("Ol I
0,12
0.06
Si
0.28
0,22
Cu
0,002 0,026
Mn
1,05
35
45
Ein reiner Aluminiumdraht A sowie ein Aluminium-Legierungsdraht
D, mit je einem Durchmesser Salzschmelzbad
P.
O
Metallschmelzbad
Nr. 4
Nr. 5
Nr. 6
Nr. 7
Nr. 5
Nr. 6
Nr. 7
Chemische Zusammensetzung (%|
SnCU
35
35
20
AlCl,
κ α
15 15
NaCl
Chemische Zusammensetzung 1%
Sn
94
100
90
90
90
90
Sb | |
6 | |
_.. | |
5 | |
Cd | |
- | |
10 | |
5 |
A reines Al
desgl
desgl
desgl
D — Al-Legierung
desgl
desgl
desgl
Metall
schmelz bad nach Tabelle 9 |
Nr. 4
Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 |
Einwirkungsdauer
(Tage)
20
A A A A A A A A
3 | 5 | 1Ω |
A | A | A |
B | C | C |
B | C | C |
A | A | A |
A | A | A |
B | C | C |
B | B | C |
A | A | A |
A
C
C
A
A
C
C
A
C
C
A
A
C
C
A
A
C
C
A
A
C
C
A
C
C
A
A
C
C
A
6t)
A C C A A C C A
A C C A A C C A
Im Beispiel 5 war bestätigt worden, daß die Zerstörung der Zinnbeschichtung durch Zusatz von
Antimon verhindert wird. Weitere Versuche wurden durchgeführt, um die Funktionsweise dieser vorbeugenden
Wirkungen klarzustellen. Der Querschnitt der im Beispiel 5 beschichteten Proben wurde mittels
eines X-Strahlen-Mikro-Analysators auf die Verteilung
der Elemente beobachtet, wobei festgestellt wurde, daß das Aluminium gleichmäßig in der
Beschichtung verteilt ist, wenn die Beschichtung in einem Zinn-Schmelzbad ohne Antimon vorgenommen
wurde. Wird die Beschichtung in einem Antimon enthaltenden Bad durchgeführt, so gehen Antimon
und Aluminium Verbindungen ein und bilden eine unabhängige Struktur.
Wurde die in einem Zinn-Schmelzbad ohne Antimon beschichtete Probe der Luft ausgesetzt und wurden
die Veränderungen innerhalb der Beschichtung beobachtet, wurde festgestellt, daß Korngrenzen an
der Oberfläche der Probe, die auf Grund der Zerstörung seiner Beschichtung vollkommen lötunfähig ist,
örtlich korrodieren. Demgegenüber wurde bei jenen Proben, die in einem Antimon enthaltenden Bad
beschichtet worden waren, keinerlei Veränderungen in den Korngrenzen der Beschichtung festgestellt,
auch nicht nach einer langen Einwirkungszeit von mehr als 80 Tagen.
Proben aus Aluminiumdrahl wurden in Sn-Sb-Bädern Nr. 8, 9 und 10, die, wie Tabelle 11 zeigt, auch
noch andere Legicrungselemente, wie Zn. Cd und Bi enthielten, beschichtet, und dann wurde die Veränderung
ihrer Lötbarkeit an Luft geprüft. Es wurde festgestellt, daß durch die zusätzlichen Elemente
keine Zerstörungen der Beschichtung hervorgerufen und die Wirkungen des Antimons nicht aufgehoben
wurden.
McIaII-
Schmclz-
bad
Nr. 8
Nr. 9
Nr. 10
Chemische | Sn | Sb | Zusammensetzung (% | Cd |
92 | 6 | Zn | ||
92 | 6 | — | ||
85 | 5 | ._. | ||
10 |
Bi
Proben aus Aluminiumblech, welche anodisch behandelt
und in den Zinn-Schmelzbädern Nr. 1, 2, 3 und 4 der Tabelle 3 beschichtet worden waren, wurden
der Luft ausgesetzt, um deren Wirkung auf ihre Lötbarkeit festzustellen. Das Ergebnis zeigte, daß lediglich
die in dem Antimon enthaltenden Schmelzbad Nr. 4 beschichtete Probe sogar nach 90 Tagen keinerlei
Veränderungen in ihrer Lötbarkeil erfuhr, während
die in den Schmelzbädern Nr. 1,2 und 3 beschichteten Proben ihre Lötbarkeit schon nach 3 bis 7 Tagen
Aussetzung an Luft vollkommen verloren hatten.
Ein reines Aluminiumband von 15 mm Breite und 0,5 mm Dicke wurde in einem Zinn-Schmelzbad
Nr. 4 nach Tabelle 3 kontinuierlich tauchverzinnt. Die Vorbehandlung war in dem in Tabelle 6 angerührten,
bei 2700C gehaltenen Salz-Schmelzbad h
durchgeführt worden. Die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes betrug 7 m/min. Das auf diese Weise
beschichtete Aluminiumband wurde dann über 1 Stunde in kochendes Wasser getaucht. Als Ergebnis
traten in der Beschichtung Bläschen in einer Durchschnittsanzahl von 16/dm2auf.
Wurde das beschichtete Aluminiumband aber mit einer 15%igen Verringerung gewalzt, so wies es ausgezeichneten
Oberflächenglanz auf, und die Anzahl der nach einstündigem Tauchen in kochendes Wasser
entstandenen Bläschen ging auf durchschnittlich 7/dm2 zurück.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zum Feuerverzinnen von Werkstücken, insbesondere Drähten oder Bändern, aus
Aluminium oder Aluminium-Legierungen, gemäß dem die Werkstücke vor ihrem Einbringen in das
Verzinnungsbad durch Eintauchen in ein Salzschmelzbad aus einem Zinnchlorid und aus einem
Aluminiumchlorid vorbehandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem schmelzflüssigen
Zinn des Verzinnungsbades in bekannter Weise Antimon zugesetzt wird und daß der Zusatz
zwischen 0,5 und 30 Gewichtsprozent Antimon beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke vor ihrem Einbringen
in das Verzinnungsbad auf eine Temperatur oberhalb 3000C erhitzt werden.
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