DE2813166C3

DE2813166C3 - Verfahren zum Hartlöten von einem schnelloxydierenden Metall mit einem anderen Metall

Info

Publication number: DE2813166C3
Application number: DE2813166A
Authority: DE
Inventors: Max Dr. 8023 Pullach Königer
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1978-03-25
Filing date: 1978-03-25
Publication date: 1981-04-09
Also published as: DE2813166B2; GB2016985A; FR2420390B3; DE2813166A1; FR2420390A1; GB2016985B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hartlötverbindungen von schnelloxydierenden Metallen, wie z. B. Titan, Chrom oder Zirkon oder deren Legierungen sind problematisch sowohl hinsichtlich der anzuwendenden Lötverfahren als auch einer Versprödung der Lötstelle. Beispielsweise sind für Lötungen von Titan eine Vielzahl von Hartloten mit und ohne Flußmittel bekannt, wobei die erforderlichen Löttemperaturen bis zu 900°C betragen. Einwandfreie Lötungen an Titan konnten in der Regel nur im Hochvakuum ausgeführt werden, weil auf Titan und seinen Legierungen eine sehr stabile Titanoxydschicht vorhanden ist, die sich auch nach Abbeizen, Abstrahlen oder Abätzen in der üblichen Sauerstoff-Atmosphäre sofort wieder bildet. Diese Titanoxydschicht verhindert beim Lötvofgang das vollständige Benetzen der Titanoberfläche und damit eine gute Lötverbindung.

Ein durch die DE-OS 23 29 613 bereits bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art betrifft die Hersttilung besonders haftfester Lötverbindungen von Metallen der IV. bis VIl. Nebengruppe des periodischen Systems, insbesondere zum Löten von Titan, Zirkon und deren Legierungen, wobei die Lötstellen der zu verbindenden Teile mit zur Mischkristallbildung mit dem Unterlagemetall befähigten Metallen beschichtet werden. Bei diesem Verfahren erfolgt der Lötvorgang in üblicher Art mit Hartlöten, Weichlöten oder Flußmitteln. wobei in bekannter Weise die Lötverbindungen im Hochvakuum erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren zum Hartlöten von schnelloxyd'erenden Metallen mit anderen Metallen zu schaffen, mit dem einwandfreie, haftfeste Hartlötungen zuverlässig und leicht reproduzierbar durchzuführen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens enthalten die Ansprüche 2 bis 7.

Der Vorteil des Verfahrens besteht insbesondere darin, daß auch mit üblichen Hartlötungen, also z. B. ohne Vakuum, infolge des ständigen Schutzes des Metalls A durch die aufgebrachte Metallschicht fest haftende, duktile Verbindungen erzielt werden. Das Aufbringen der die flüssige Lotphase mit dem Metall B bildenden Metallschicht in einer Vakuumkammer durch Aufdampfen sowie das vorhergehende restlose Entfernen der Oxydschicht mit dem Ionenätzen sind bekannte Verfahren. Dabei wird vorteilhaft zum Ionenätzen ein Inertgas, z. B. Argongas, verwendet.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren diffundiert die auf das Metall A aufgetragene dünne Metallschicht weitgehend in das Metall B und bildet mit letzterem die flüssige Lotphase. Es ist somit ein weiterer Vorteil des Verfahren? gegenüber dem bekannten Verfahren nach der DE-OS 23 29 613, daß kein gesondertes Lot und Flußmittel erforderlich sind. Die Metallschicht kann in ihrer Stärke so gewählt werden, daß sie fast völlig in das Metall B eindiffundiert und nur ein geringer Rest aus dem Metall A zum Schutz bei der Lötung verbleibt. Diesen Schutz erfüllt die Metallschicht bei dem Verfahren besonders gut, weil sie durch das Aufdampfen in der Vakuumkammer eine feste kristalline Verbindung mit der Oberfläche des Metalls A eingegangen ist.

Mit Hilfe des Verfahrens wird somit erreicht, daß die Anreicherung intermetallischer Phasen in der Grenzfläche zwischen dem Metall A und dem Metall B wesentlich gesenkt wird. Dieser Vorgang erhöht noch die Verbindungsfestigkeit und Duktilität der Lötverbindung.

Bei der Erfindung werden zweckmäßig Werkstoffe für die Metallschicht und das Metall B verwendet, die bei üblichen Löttemperaturen ein Eutektikum bilden. Bekanntlich ist ein Eutektikum von Metallen ein feinkristallines Gemenge, welches diese Metalle in dem Verhältnis enthält, das den niedrigsten Schmelzpunkt aller denkbaren Mischungen dieser Stoffe hat. Wenn die Hartlötung erfindungsgemäß bei der eutektischen Temperatur der für die Metallschicht und das Metall B verwendeten Werkstoffe durchgeführt wird, erstarrt die Lötschmelze einheitlich. Bei höheren Temperaturen herrscht hingegen ein solches Mischverhältnis der kristallinen Bestandteile der Schmelze, daß beim Abkühlen zuerst einer der beiden Werkstoffe rein ausscheidet, bis das Eutektikum erreicht ist. Durch diese Anreicherung eines der Metalle in der Grenzfläche der

Lötung würde diese an Festigkeit verlieren und die Sprödigkeit ansteigen.

Als Werkstoffe für die Metallschicht käme bei einer Verbindung von Titan mit Aluminium z. B. Kupfer in Betracht, welches mit Aluminium bei 548° C eine eutektische Flüssigkeitsphase bildet. Wenn also diese angeführten Werkstoffe bei einer Temperatur von etwa 548°C hartgelötet werden, bildet sich eine ideale Lotphase und nach dem Erstarren eine in jeder Hinsicht einwandfreie Verbindung. Bei einer Verwendung von Aluminium als Metall B kommen noch weitere Metalle als auf das Metall A aufzubringende Metallschicht in Betracht. Bei der nachfolgenden beispielsweisen Auf-

zählung sind die Temperaturen für das jeweilige Eutektikum in Klammern gesetzt:

Magnesium (451°), Zink (424°), Germanium (382°), Silber (566°) und Silizium (575°).

Es ist mit dem erfindungsgemsßen Verfahren auch möglich, zwei schnelloxydierende Metalle (Metalle A) miteinander zu verbinden. Dazu wird auf beide Metalle A die dünne Metallschicht aufgetragen und beim Löten zwischen die Metalle A eine Folie vom Metall S eingelegt Beim Löten bildet die Folie aus Metall S, die z. B. 0,04 mm Stärke aufweist, mit den beiden Metallschichten die flüssige Lotphase, welche eine innige Verbindung der zu verbindenden Metalle A ermöglicht.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Hartloten von einem schnelloxydierenden, eine stabile Oxydschicht bildenden Metall (Metall A% insbesondere von Titan und seinen Legierungen, mit einem anderen Metall (Metall B), insbesondere Aluminium und seinen Legierungen, bei dem vor dem Lötvorgang auf das Metall A nach vollständiger Entfernung der Oxydschicht eine dünne Metallschicht aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Hartlötens die dünne Metallschicht sowohl das Metall A vor erneuter Oxydation schützt als auch durch ihre Diffusion in das Metall B zusammen mit diesem eine flüssige Lotphase bildet, durch welche das Metall A mit dem Metall B verlötet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Metall A in einer Hochvakuum-Kammer die nach einem Beizvorgang verbleibende Oxydschicht durch Ionenätzung abgetragen und die Metallschicht in etwa 1 μηι Stärke aufgedampft oder aufgestäubt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ionenätzen ein Inertgas, insbesondere Argongas, verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötverbindung einem nachträglichen Diffusionsglühen unterzogen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallschicht und das Metal! B Werkstoffe verwendet werden, die bei üblichen Löttemperaturen eine eutektische Flüssigphase bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartlöten im Bereich der Schmelztemperatur des Eutektikums der für die Metallschicht und das Metall B verwendeten Werkstoffe durchgeführt wird.

7. Verfahren zum Hartlöten von zwei schnell oxydierenden Metallen (Metalle A) miteinander nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf beide Metalle A die dünne Metallschicht aufgetragen und beim Löten zwischen die Metalle A eine FoHp von Metall Seingelegt wird.