DE3783489T2

DE3783489T2 - Titanium-kupfer-nickel-hartlotzusatzmittel.

Info

Publication number: DE3783489T2
Application number: DE8787630021T
Authority: DE
Inventors: Edward Joseph Ryan
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1987-02-17
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2007-02-18
Also published as: ZA87953B; CA1284898C; IL81597A0; JPS62192296A; DE3783489D1; DK78187D0; KR870007751A; EP0238433B1; NO870505D0; CN1006614B; NO169759B; BR8700723A; HK51693A; CN87100797A; JPH0418955B2; NO169759C; KR910004024B1; MX166506B; AU6882287A; DK78187A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zusatzmetall zum Hartlöten sowie ein Verfahren zum Hartlöten. Insbesondere bezieht sie sich auf Hartlötzusatzmetalle, die Titan, Kupfer und Nickel enthalten und beim Hartlöten von Gegenständen auf Titanbasis brauchbar sind.
Neben rein mechanischen Verfahren zeigt der Stand der Technik drei Verfahren zum Verbinden von Titangegenständen: Schweißen, Hartlöten und Diffusionsverbinden. Ein viertes Verfahren, Diffusionsverbinden mit flüssiger Grenzfläche (LID-Verbinden) kann als ein Hybrid von Hartlöten und Diffusionsverbinden bezeichnet werden. Beim Schweißen, Hartlöten und LID-Verbinden wird jeweils ein Zusatzmetall benutzt, um die Fuge zwischen den Gegenständen zu überbrücken.
Eine Hartlötzusatzmetallzusammensetzung zum Hartlöten von Titangegenständen ist in der US-A-3 652 237 beschrieben. Das Zusatzmetall wird als eine Folie hergestellt und hat eine nominelle Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) von Ti- 15Ni-15Cu. Das Zusatzmetall hat ein Verbundgefüge, das durch eine oder mehrere Schichten gekennzeichnet ist, die jeweils aus Kupfer und Nickel bestehen und von einer äußeren Titanschicht umgeben sind. Bei der Folie treten zwei bedeutsame Probleme auf: erstens, wenn das Zusatzmetall schmilzt, muß die Flüssigkeit unvermeidlich Schichten von Titanoxid auf den Folienoberflächen und auf der Zusammenfügungsfläche jedes Gegenstands durchdringen. Solche Oxidsperrschichten sind ein Hindernis für die Bildung einer optimalen Verbindungsstelle. Zweitens, es hat sich gezeigt, daß die Distanz zwischen den Zusammenfügungsflächen klein sein muß, um die Bildung von Hohlräumen oder Rissen in der Hartlötverbindung zu vermeiden. Solche Diskontinuitäten werden offenbar durch eine unzureichende Zufuhr von flüssigem Zusatzmetall in den Spalt zwischen den Gegenständen, die verbunden werden, verursacht.
Andere Hartlötfolien sind in den US-A-4 026 677, 4 034 454 und 4 034 906 beschrieben. Diese Zusatzmetalle sind im allgemeinen Ti-50Zr-Folien, die eine Schicht von Cu oder Schichten von Cu und Be haben. Aufgrund der Toxizität von Be ist dessen Verwendung fragwürdig. Der niedrige Schmelzpunkt der Ti-Zr-Cu-Folien schließt deren Verwendung in einigen Fällen aus.
Verschiedene Hartlötlegierungen zum Verbinden von Wabenmaterial mit einer Deckplatte sind in der US-A-3 683 488 beschrieben. Schichten von Metall wie Au, Ni, Ag und Cu werden auf die Zellwände des Wabenmaterials als galvanischer Überzug aufgebracht. Das galvanische Aufbringen auf Wabenmaterial ist jedoch schwierig, und Ingenieure haben nach verbesserten Verfahren zum Hartlöten gesucht.
Zusatzmetalle zur Verwendung bei dem LID-Verbinden von Titan sind der Gegenstand von zahlreichen Patenten, vgl. z.B. US-A-3 768 985, 3 769 101, 3 854 194 3 981 429, 4 029 479 und 4 318 965. Jedes dieser Patente beschreibt ein Ni-Ag- Cu-Zusatzmetallsystem, bei dem Kupfer und Nickel in gleichen Mengen vorliegen. Schichten der drei Elemente werden auf die Zusammenfügungsfläche eines der zu verbindenden Teile aufgebracht, oder Schichten werden auf eine sehr dünne Titanfolie aufgebracht, die dann zwischen den Teilen angeordnet wird. Die Gesamtdicke der galvanisch überzogenen Folie beträgt etwa 15 um (Mikrometer). Das dünne Zusatzmetall ist in der Lage, nur eine kleine Menge an Flüssigkeit der Verbindungsstelle zuzuführen, und wegen der schnellen Diffusion, die während des Verbindungsvorganges auftritt, ist das Zusatzmetall für nur eine kurze Zeitspanne flüssig (vgl. US-A-3 854 194 in Spalte 5, Zeile 37). Diese schnelle Diffusion kann die Bildung einer akzeptablen Verbindung ausschließen. Darüber hinaus beträgt die favorisierte LID- Verbindungstemperatur für diese Zusatzmetallsysteme etwa 970ºC (vgl. US-A-3 981 429 in Spalte 3, Zeile 7), die deren Verwendung beim Verbinden von einigen Titanlegierungen ausschließen kann. Weiter ist beobachtet worden, daß Titangegenstände, die mit Zusatzmetallen verbunden sind, welche Silber enthalten, im Einsatz vorzeitig brechen; diese Brüche scheinen an intermetallischen Ag-Verbindungen zu beginnen, die während des Verbindungsvorganges gebildet werden.
Schichten von Kupfer, Nickel und Kupfer werden sequentiell auf die Zellwände von Titanwabenmaterial zur LID-Verbindung gemäß der US-A-3 957 194 galvanisch aufgebracht. Dieses galvanische Aufbringen auf Wabenmaterial ist, wie oben erwähnt, unerwünscht.
Die Druckschrift The Welding Journal, Bd. 33, Nr. 11, November 1954, Seiten 1087-1097, beschreibt eine Hartlötlegierung zum Hartlöten von Titan und Titanlegierungen. Die Hartlötlegierung entält Titan, Nickel, Kupfer und Kobalt.
Die US-A-2 822 269 beschreibt ein Verbindungsmetall, das aus 65% bis 95% einer binären Legierung besteht, die 20-36% Ni und 64-80% Ti, Rest Cu, Ag und Gemische derselben, enthält.
Die GB-A-809 125 beschreibt einen Hartlötwerkstoff, der Ti, Ni und Cu enthält, zum Hartlöten von Titan oder Titanlegierungen.
Trotz der Verfügbarkeit der Hartlöt- und LID-Verbindungs- Zusatzmetalle, die zum Verbinden von oben beschriebenen Titansubstraten benutzt werden, hat jedes von ihnen eine oder mehrere Nachteile, welche ihren Gebrauch beschränken. Infolgedessen sind Forscher ständig bestrebt, den gegenwärtigen Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere trachten sie danach, ein verbessertes Zusatzmetall zur Verwendung beim Hartlöten von Titangegenständen zu schaffen, wobei die Schmelz- und Erstarrungseigenschaften des Zusatzmetalls so sind, daß breite Spalte zwischen den Zusammenfügungsflächen toleriert werden, während gleichzeitig die Hartlötverbindung Zugfestigkeitseigenschaften hat, die mit denjenigen des Grundwerkstoffes vergleichbar sind.
Das Zusatzmetall zum Hartlöten nach der vorliegenden Erfindung ist im Anspruch 1 beansprucht, und das Verfahren zum Hartlöten von wenigstens zwei Metallgegenständen nach der Erfindung ist im Anspruch 4 beansprucht.
Gemäß der Erfindung besteht ein Hartlötzusatzmetall im wesentlichen aus Titan (oder einer Legierung desselben), Nickel und Kupfer, wobei das Gewichtsprozentverhältnis von Nickel zu Kupfer 3:2 beträgt und der kombinierte Gehalt von Ni + Cu zwischen 39-51 Gewichtsprozent liegt. Das Zusatzmetall hat einen zentralen Titanbasisteil und benachbarte Schichten von Kupfer und Nickel darauf. Die Kupferschicht ist dem zentralen Titanbasisteil benachbart, und die Nickelschicht ist der Kupferschicht benachbart. Eine bevorzugte Zusatzmetallzusammensetzung beträgt, in Gewichtsprozent, etwa 28 Ni, 17 Cu, wobei der Rest Ti ist. Das Zusatzmetall ist besonders brauchbar beim Hartlöten von metallischen Gegenständen, die Titan oder Titanlegierungen sind. Es ist außerdem brauchbar beim Hartverlöten von Titanlegierungen mit Nickel-, Eisen- oder Kobaltlegierungen.
Die erfindungsgemäßen Zusatzmetallzusammensetzungen, die ungleiche Mengen an Nickel und Kupfer aufweisen, haben beträchtlich bessere Hartlöteigenschaften als die bekannten Hartlöt- und LID-Verbindungs-Zusatzmetalle, bei denen Nickel und Kupfer in gleichen Mengen benutzt werden. Insbesondere, wenn die erfindungsgemäßen Zusatzmetalle schmelzen, haben sie bessere Fließeigenschaften als die bekannten Zusatzmetalle. Das heißt, sie füllen den Spalt zwischen den Zusammenfügungsflächen besser aus und ermöglichen, daß Baugruppen, die relativ breite Spalte haben, erfolgreich und sicher hartgelötet werden können.
Die vorstehenden und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungs formen und den beigefügten Zeichnungen deutlicher werden.
Fig. 1α ist eine schematische Querschnittansicht des Zusatzmetalls in Folienform;
Fig. 1b ist eine schematische Querschnittansicht des Zusatzmetalls in Draht- und Pulverform; und
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die verschiedenen Zusammensetzungen von Zusatzmetallen zeigt, welche bei Hartlöttests ausgewertet worden sind.
Das Zusatzmetall nach der Erfindung ist zum Hartlöten von reinem Titan oder von Titanlegierungen besonders geeignet. Tests haben außerdem gezeigt, daß das Zusatzmetall benutzt werden kann, um einen Titangegenstand mit einem Nickel-, Eisen- oder Kobaltbasisgegenstand zu verbinden. Das Zusatzmetall hat eine ungefähre Solidustemperatur von 925ºC (1700ºF) und eine ungefähre Liquidustemperatur von 945ºC (1735ºF). Verbindungsstellen, die durch das Zusatzmetall hergestellt worden sind, haben Zugfestigkeiten, die mit denen des Grundmetalls vergleichbar sind. Das Zusatzmetall kann in verschiedenen Formen, zu denen Folie, Draht und Pulver gehören, hergestellt werden. Es kann als eine homogene Legierung oder, was bevorzugt wird, als ein heterogenes Verbundgefüge, das z.B. diskrete Schichten von jedem der Bestandteile Titan, Nickel und Kupfer hat, hergestellt werden. Daher sind in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen unter dem Begriff "Zusatzmetall" heterogene Werkstoffe zu verstehen. Das Titan kann entweder elementares (kommerziell reines) Titan sein oder es kann sich um eine Titanlegierung wie Ti-6Al-4V handeln.
Zum Herstellen des Zusatzmetalls in Folienform kann kommerziell reine (CP) Folie benutzt werden, wie sie in der Aerospace Materials Specification (AMS) 4900, 4901, 4902 beschrieben ist. Zum Herstellen des Zusatzmetalls in Drahtform kann kommerziell reiner Draht, wie er in AMS 4951 beschrieben ist, benutzt werden. Zum Herstellen des Zusatzmetalls in Pulverform kann unlegiertes Titanpulver oder legiertes Pulver wie Ti-6Al-4V (AMS 4998) benutzt werden. Der Fachmann erkennt, daß die Wahl des besonderen Zusatzmetalls von der Entwurfskonfiguration der Verbindungsstelle, die hartgelötet wird, abhängt. In Fällen, in denen Hartlötfolie benutzt wird, beträgt die nominelle Dicke der Folie etwa 0,005-0,010 cm. In Fällen, in denen Hartlötdraht benutzt wird, beträgt die nominelle Dicke des Drahtes etwa 0,050- 0,125 cm. In Fällen, in denen Hartlötpulver benutzt wird, beträgt die nominelle Pulvermaschengröße (Tyler-Siebreihe), in Gewichtsprozent, 90% (Minimum) -0,177 mm (-80 mesh), 5% (Maximum) -0,074 mm (-200 mesh). Wenn das Pulver in Form eines Bandes, eines flexiblen Seils oder einer Paste hergestellt wird, wie es z.B. in den US-A-3 293 072 und 4 546 047 beschrieben ist, sollte das Vehikel oder Bindemittel frei von Flußmittel sein und verdampft werden können, ohne die Verbindungsstelle nachteilig zu beeinflussen (z.B. verdampfen, ohne irgendeinen Rest zurückzulassen). Das Pulver kann auch auf das Werkstück thermisch gespritzt oder mittels Klebebindung aufgebracht werden.
Wenn Folienzusatzmetall zum Hartlöten der Werkstücke benutzt wird, wird es zwischen den Zusammenfügungsflächen der Werkstücke angeordnet. Drahtzusatzmetall wird üblicherweise benachbart zu den Zusammenfügungsflächen angeordnet. Pulver kann entweder zwischen oder benachbart zu den Zusammenfügungsflächen aufgebracht werden. Für die Zwecke dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche soll die Verwendung des Wortes "zwischen" in diesem Zusammenhang zwischen oder benachbart zu den Zusammenfügungsflächen bedeuten.
Querschnittansichten des heterogenen (geschichteten) Zusatzmetalls sind in den Fig. 1a-1b gezeigt. Aus Fig. 1a ist zu erkennen, daß das Zusatzmetall 10 in Folienform eine zentrale Titanbasisfolie 12, eine Kupferschicht 14 benachbart zu der Titanfolie 12 und eine Nickelschicht 16 benachbart zu der Kupferschicht 14 aufweist. In Fig. 1b ist das Zusatzmetall 18 in Draht- und Pulverform gezeigt. Das Zusatzmetall 18 weist einen zentralen Titanbasisdraht oder -pulverpartikel (je nach Lage des Falles) 20 auf, der von einer Kupferschicht 22 umgeben ist, und eine Nickelschicht 24, welche die Kupferschicht 22 umgibt. (Der Einfachheit halber ist in der Figur der Draht oder das Pulverpartikel so gezeigt, als hätte es einen kreisförmigen Querschnitt. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf eine solche Form, sondern kann ebenso gut andere Formen umfassen.) In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Nickel als die "äußere" Schicht bevorzugt, weil es eine Oberfläche ergibt, die leicht gehandhabt und sauber gehalten werden kann, wodurch die Lagerzeit des Zusatzmetalls verlängert wird.
Die Schichten aus Nickel und Kupfer können aufgebracht werden, indem entweder eine galvanische Überzugs- oder eine stromlose Auftragstechnik, die dem Fachmann bekannt sind, benutzt wird. Die letztgenannte Technik kann benutzt werden, um Nickel auf mit Kupfer überzogene Titanpulverpartikel aufzubringen. Bei diesem stromlosen Auftragen dürfte die Zusammensetzung der Nickelschicht wahrscheinlich etwas Phosphor enthalten, der üblicherweise in dem Bad zum stromlosen Vernickeln enthalten ist. Der Phosphor scheint jedoch die Hartlöteigenschaften des Pulvers nicht nachteilig zu beeinflussen. Physikalisches oder chemisches Auftragen der Nickel- und Kupferschichten, z.B. durch Zerstäuben oder chemische Aufdampfung, kann ebenfalls benutzt werden.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umgeben mehrere Schichten aus Kupfer und Nickel, nicht notwendigerweise in gleicher Anzahl, den zentralen Titanteil.
Selbstverständlich ist klar, daß zwar die geschichtete Struktur, die auf oben beschriebene Weise erzeugt wird, bevorzugt wird, daß jedoch das Zusatzmetall nach der Erfindung durch andere Techniken hergestellt werden kann.
Andere potentielle Methoden zum Herstellen des Zusatzmetalls beinhalten das Walzen von Titan-, Kupfer- und Nickelfolien, um eine Verbundfolie herzustellen, oder das Extrudieren von Kupfer- und Nickel schichten auf einen Titandraht. Die Dicken der Folien, Schichten, usw. müssen so gewählt werden, daß die erfindungsgemäße Zusammensetzung erzielt wird.
Die bevorzugte geschichtete Struktur des Hartlötzusatzmetalls nach der Erfindung ist von der Ti-Cu-Ag-Ni-LID-Verbindungszwischenschicht (US-A-3 981 429) und von der Ti-Cu- Ni-Hartlötzwischenschicht (US-A-4 652 237), die in der Beschreibungseinleitung erläutert sind, unterscheidbar. Die Ti-Cu-Ag-Ni-Zwischenschicht ist extrem dünn (15 um (Mikrometer)) und ergibt beim Schmelzen nur eine kleine Menge an Flüssigkeit in dem Spalt zwischen den zu verbindenen Teilen. Infolgedessen muß der Spalt sehr klein sein, was im allgemeinen die Verwendung eines solchen Zusatzmetalls beim Verbinden von Bauteilen ausschließt, bei denen enge Passungen nicht ohne weiteres erzielt werden können. Darüber hinaus lehrt dieses Patent ebenso wie das Ti-Cu-Ni- Zwischenschichtpatent nur die Verwendung von gleichen Mengen von Kupfer und Nickel in der Zwischenschicht. Es werden jedoch, wie unten erläutert, beträchtliche Verbesserungen der Hartlötverbindungsqualität erzielt, wenn die Menge an Nickel die Menge an Kupfer übersteigt.
Fig. 2 zeigt die Zusammensetzung von verschiedenen Zusatzmetallen, die beim Hartlöten von AMS-4911-T-Verbindungsproben benutzt wurden. Alle Zusatzmetalle waren in Folienform und, mit Ausnahme des "Stand der Technik"-Werkstoffes (Ti- 15Cu-15Ni-Zusammensetzung mit Ti-Cu-Ni-Ti-Schichtenfolge, US-A-3 652 237), waren alle durch einen inneren Teil aus Titan und benachbarte Schichten aus Kupfer und Nickel gekennzeichnet, d.h. Ni-Cu-Ti-Cu-Ni-Schichtengefüge. Der Werkstoff gemäß dem Stand der Technik war 0,005 cm dick, wogegen die anderen Materialien 0,009 cm dick waren. Bei diesen anderen Materialien war der zentrale Titanteil 0,005 cm dick, und die einzelne Dicke der Kupfer- und Nickelschichten betrug etwa 0,001 cm auf jeder Seite. Nach Hartlöten im Vakuum bei 955ºC für 1 Stunde, Abkühlen auf 925ºC und Halten dabei für 1 Stunde, zeigte eine visuelle und metallographische Überprüfung, daß nur die Zusammensetzungen innerhalb des schraffierten Bereiches in Fig. 2, der mit "erfindungsgemäße Zusammensetzung" bezeichnet ist, Hartlötverbindungen ergaben, die durch keine Hohlräume oder Risse gekennzeichnet sind. Außerdem, nur diese Zusatzmetallzusammensetzungen flossen und füllten die Diskontinuitäten zwischen den einzelnen Werkstücken vollständig aus. Darüber hinaus, es wurde kein restliches (d.h. unlegiertes) Kupfer in diesen Verbindungen beobachtet. Zum Vergleich, die Zusammensetzungen außerhalb des schraffierten Gebietes erzeugten unvollständige Verbindungen, die durch das Vorhandensein von Rissen und Hohlräumen gekennzeichnet waren. Restliches Kupfer, das die Eigenschaften verschlechtern könnte, wurde bei diesen Zusammensetzungen ebenfalls beobachtet. Die Zusammensetzungen im unteren linken Teil in der Figur (und außerhalb der "erfindungsgemäßen Zusammensetzung") diffundierten beim Schmelzen in die Teile, die verbunden wurden, und demgemäß stand wenig flüssiges Metall zur Verfügung, um zwischen die fluchtenden Oberflächen zu fließen und eine durchgehende Verbindungsstelle zu bilden. Infolgedessen werden diese Zusammensetzungen wahrscheinlich nicht zum Hartlöten von Teilen brauchbar sein, bei denen enge Passungen nicht ohne weiteres erzielt werden können. Zusammensetzungen in dem oberen linken und unteren rechten Teil der Figur lieferten mehr Flüssigkeit zwischen den fluchtenden Oberflächen (im Vergleich zu den unteren linken Zusammensetzungen), aber noch nicht genug, um eine durchgehende Verbindungsstelle zu bilden. Die Zusammensetzungen in dem oberen rechten Teil der Figur erzeugten zu viel Flüssigkeit, was sich durch einen übermäßigen Grad der Auflösung der Teile der Verbindung zeigt. Das zeigt außerdem, daß die Diffusion des flüssigen Hartlötmetalls in die Teile zu langsam war. Demgemäß sind diese Zusammensetzungen zum Hartlöten von dünnen Querschnitten wie Wabenmaterial unerwünscht.
In der Figur ist zu erkennen, daß der Zusammensetzungsbereich für das erfindungsgemäße Zusatzmetall, in Gewichtsprozent, etwa 15-21 Cu, 24-30 Ni, Rest Ti oder Titanlegierung beträgt. Das Gewichtsprozentverhältnis von Ni:Cu sollte etwa zwischen 1,2:1 und 1,85:1 liegen. Mit anderen Worten, der Nickelgehalt (in Gewichtsprozent) sollte zwischen etwa dem 1,2-1,85-fachen des Kupfergehalts (in Gewichtsprozent) betragen. Die bevorzugteste Zusammensetzung ist 18 Cu, 27 Ni, Rest Ti oder Ti-Legierung; in einer solchen Zusammensetzung beträgt das Ni:Cu-Verhältnis 3:2. Bei einer solchen Zusammensetzung ist der bevorzugteste Hartlötzyklus zum Hartlöten von Titanlegierungen wie Ti-6Al-4V 1 Stunde bei 955ºC, gefolgt von 4 Stunden bei 925ºC. Es können jedoch andere Zyklen beim Hartlöten dieser Legierungen sowie beim Hartlöten von anderen Legierungen benutzt werden.
Als ein Beispiel von 0,0075 cm dicker Folie, die die bevorzugte Ti-18Cu-27Ni-Zusammensetzung hat, ist der zentrale Titanbasisteil 0,0050 cm dick, wogegen die Kupfer- und Nickelschichten jeweils 0,0006 cm dick sind, pro Seite. Für 0,100 cm dicken Draht mit kreisförmigem Querschnitt hat der zentrale Titanbasisteil einen Durchmesser von 0,080 cm, wogegen die kombinierte Dicke der Kupfer- und Nickelschichten 0,020 cm beträgt. Bei galvanisch überzogenem Pulver von 0,177 mm (-80 mesh Tyler-Siebreihe) beträgt das blanke (nicht galvanisch überzogene) Titanpulver nominell 0,015 cm im Durchmesser, wogegen die kombinierte Dicke der Kupfer- und Nickelschichten 0,002 cm beträgt.
Selbstverständlich dürfte klar sein, daß eine gewisse Variation in der Dicke der Kupfer- und Nickelschichten zulässig ist. Diese Schichten müssen jedoch in den richtigen Dickenverhältnissen aufgebracht werden, die der Abmessung des zentralen Titanbasisteils entsprechen, damit sich die erfindungsgemäße Zusammensetzung ergibt.
Die bevorzugte geschichtete Struktur nach der Erfindung, d.h. Nickel- und Kupferschichten auf einem Titansubstrat, unterscheidet sich weiter von der Ti-Cu-Ni-Zwischenschicht, die in der US-A-3 652 237 beschrieben ist. Dieses Patent beschreibt eine Hartlötfolie, bei der Schichten aus Titan ein Nickel- und Kupfersubstrat umgeben und hermetisch verschließen. Wie in der Beschreibungseinleitung angegeben, es bildet sich ein zäher, feuerfester Oxidfilm auf seiner äußeren Titanoberfläche, der die Bildung einer optimalen Hartlötverbindung verhindert. Das Zusatzmetall nach der Erfindung ist durch Schichten aus Kupfer und Nickel oder aus einer Kupfer-Nickel-Legierung gekennzeichnet, die auf den zentralen Titanbasisteil aufgebracht sind. Da der meiste, wenn nicht der gesamte Titanbasisteil von der Atmosphäre isoliert sein wird, wird die Bildung dieses feuerfesten Oxids ausgeschlossen.
Die Daten in Fig. 2 sind durch Hartlöten von AMS-4911-Proben erzeugt worden. Zusätzliches Testen hat jedoch gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Hartlötzusammensetzungen nicht nur brauchbar sind, um Titanbauteile miteinander hartzuverlöten, sondern auch beim Hartverlöten von Titanlegierungen mit Nichttitanlegierungen wie Nickel-, Kobalt- oder Eisenlegierungen. Zum Beispiel, die bevorzugte erfindungsgemäße Zusammensetzung hat sich als brauchbar erwiesen beim Hartlöten von AMS 4975 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo) mit der INCONEL - Legierung 718 (Ni-19Cr-0,10C-18Fe-0,9Ti-0,6Al-3Mo-5,2Nb + Ta). Eine metallographische Überprüfung der Hartlötverbindungen, die bei diesen Tests erzeugt worden sind, zeigte eine ausreichende Diffusion des Zusatzmetalls auf die Grundwerkstoffe sowie keine Risse oder Hohlräume in der Hartlötverbindung.
Es wird zwar nicht gewünscht, durch irgendeine Theorie festgelegt zu werden, angenommen wird jedoch, daß der Grund dafür, daß das erfindungsgemäße Zusatzmetall überlegene Ergebnisse erzeugt, darin besteht, daß offenbar wenig isothermische Erstarrung des verflüssigten Zusatzmetalls stattfindet, während das Hartlötsystem auf Temperatur ist, was der Flüssigkeit gestattet, seitlich in den Spalt zwischen den Werkstücken zu fließen. Erst wenn die Temperatur verringert wird, erstarrt das schmelzflüssige Zusatzmetall.
Selbstverständlich ist es immer vorteilhaft, die Lücke zwischen den Zusammenfügungsflächen, die verbunden werden, zu begrenzen. Im allgemeinen ist es jedoch wirtschaftlich vorteilhaft, die Bearbeitungstoleranzen der Teile, die verbunden werden, zu vergrößern, was dazu führt, daß der Spalt zwischen den Zusamnenfügungsflächen vergrößert wird. Tests haben gezeigt, daß Spalte von bis zu 0,038 cm mit der bevorzugten Zusammensetzung erfolgreich gefüllt wurden. Darüber hinaus werden aufgrund der größeren Fließfähigkeit, die diese Zusammensetzung mit sich bringt, lokale Diskontinuitäten von bis zu etwa 0,05 cm Tiefe (z.B. rauhe Bearbeitungsmarkierungen, Handhabungsdefekte) wirksam ausgefüllt, im Vergleich zu bekannten Zusatzmetallen.
Bei Zugtests, die an AMS-4911-Proben ausgeführt wurden, welche mit dem erfindungsgemäßen Zusatzmetall hartverlötet waren, trat der Bruch in dem Grundwerkstoff statt in der Hartlötverbindung auf, was zeigt, daß die Zugfestigkeit der Verbindungsstelle größer als die des Grundwerkstoffes ist.

Claims

1. Zusatzmetall zum Hartlöten von Titangegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem zentralen Titanbasisteil und benachbarten Schichten besteht, wobei eine Kupferschicht an jede Seite des zentralen Titanbasisteils angrenzt und eine Nickelschicht an die Kupferschichten angrenzt, und daß das Zusatzmetall aus, in Gewichtsprozent, 24-30 Ni, 15-21 Cu, Rest Ti oder Ti-Legierung besteht

2. Zusatzmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsprozentsatz an Nickel zwischen dem 1,2- 1,85-fachen des Gewichtsprozentsatzes an Kupfer liegt.

3. Hartlötzusatzmetall bestehend aus Nickel, Kupfer und Titan, dadurch gekennzeichnet, daß der kombinierte Nickel- und Kupfergehalt zwischen 39-51 Gewichtsprozent beträgt und daß der Gewichtsprozentsatz an Nickel größer ist als der Gewichtsprozentsatz an Kupfer und daß das Zusatzmetall aus einem zentralen Titanbasisteil und daran angrenzenden Kupfer- und Nickelschichten besteht.

4. Verfahren zum Hartlöten von wenigstens zwei metallischen Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte beinhaltet: Bereitstellen eines Zusatzmetalls, das aus, in Gewichtsprozent, Ti, 24-30 Ni, 15-21 Cu zwischen oder benachbart zu den hartzulötenden Gegenständen besteht, um ein Hartlötsystem zu bilden; Erhitzen des Systems auf eine Temperatur, um das Schmelzen des Zusatzmetalls zu bewirken; und Abkühlen des Systems, wobei das Zusatzmetall im wesentlichen aus einem zentralen Titanbasisteil und benachbarten Schichten besteht, wobei eine Kupferschicht an jede Seite des zentralen Titanteils und eine Nickelschicht an die Kupferschichten angrenzt.

5. Hartgelöteter Gegenstand, gebildet durch das Verfahren nach Anspruch 4.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gegenstände Titanbasisgegenstände sind.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Titan-, Nickel-, Kobalt- und Eisenlegierungen besteht.