DE69509299T2

DE69509299T2 - Hartlotlegierungspaste

Info

Publication number: DE69509299T2
Application number: DE69509299T
Authority: DE
Inventors: Frank John Hermanek
Original assignee: Praxair ST Technology Inc; Praxair Technology Inc
Current assignee: Praxair ST Technology Inc; Praxair Technology Inc
Priority date: 1994-06-08
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2015-06-08
Also published as: CA2151165A1; KR100259480B1; TW264415B; CA2151165C; EP0686456B1; EP0686456A1; JPH07328794A; US5443658A; DE69509299D1; JP3228849B2; BR9502695A; KR960000394A

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hartlotmetall-Legierungspaste, die Hartmetall-Legierungspulver aufweist, welche in einer ein Bindemittel und ein Dispersionsmittel enthaltenden wäßrigen Gellösung dispergiert sind.

Hintergrund der Erfindung

Das Hartlöten ist eine Gruppe von Schweißverfahren, bei denen der Zusatzwerkstoff im allgemeinen ein(e) Nichteisen-Metall oder -Legierung ist, dessen/deren Schmelzpunkt höher als 449ºC (840º F), aber niedriger als der der zu verbindenden Metalle oder Legierungen ausfällt. Das Hartlöten weist Ähnlichkeiten mit dem Weichlöten auf und wird manchmal als Löten mit Hartloten bezeichnet. Weichzulötende Verbindungsstellen sind üblicherweise so ausgelegt, daß sie einen dünnen Film aus Zusatzwerkstoff erfordern, welcher durch den kapillaren Vorgang beim Schmelzen des Lots in die Verbindungsstelle hineingezogen wird. Dieses Prinzip wird auch beim Hartlöten angewendet, insofern ein Verfahren mit hoher Temperatur einen Hartlotwerkstoff zum Verbinden von Teilen mit hoher Paßgenauigkeit, z. B. Stahlteile, verwendet. Die meisten Hartlötformen hängen von der Erwärmung vor Ort mit einem Schweißbrenner oder anderen Anordnungen ab, während einige Hartlötformen im allgemeinen in einem Ofen durchgeführt werden, wobei die Teile auf eine hohe Temperatur wie z. B. 871ºC (1600ºF) erwärmt werden.
Eine weitere Form des Hartlötens ist in vieler Hinsicht ähnlich wie das Schweißen beschaffen und wird manchmal als Bronzeschweißen bezeichnet. Die Verbindungsstellen sind hier im allgemeinen V-förmig, wobei eine Raupe aus Zusatzwerkstoff aufgebracht wird. Diese Technik unterschiedet sich vom Schweißen insofern, als daß der Grundwerkstoff nicht geschmolzen, sondern nur auf eine "Verzinnungstemperatur" gebracht wird, bei welcher das Verbinden zwischen dem Grundwerkstoff und dem Zusatzwerkstoff mittels leichter Interdiffusion oder Legieren stattfindet.
Die Hartlotmetallpasten sind im allgemeinen Mischungen auf Kundenwunsch aus Zusatzwerkstoff mit einem chemisch neutralen Gel. Eine Mehrzahl der in Hartlotmetallpasten verwendeten Gele benutzt Bindemittel auf der Basis organischer Lösungsmittel, wobei das Lösungsmittel Toluen, Methylethylketon, Aceton, Alkohole, Trichlorethan und ähnliches sein könnte. Viele dieser organischen Lösungsmittel sind sowohl für die Gesundheit des Bedienungspersonals wie für die Umgebung abträglich.
Hartlötzemente zur Verwendung mit pulverisierten Harlotmetallen sind kommerziell in vielen verschiedenen Viskositäten erhältlich. Der Hartlötzement könnte ein flüssiger Kunststoff sein, der ein Mittel zum Auftragen der pulverisierten Harlotmetalle in einem einfach zu verwendenden flüssigen Pulvergemisch bereitstellt. Der Hartlötzement fingiert sowohl als Träger wie als Bindemittel, so daß, wenn er mit einem pulverisierten Harlotmetall vermischt ist, das Gemisch durch eine Bürste, ein Augentropfer, eine Spritze, Spritzpistole oder ähnliches auf die jeweiligen zu verbindenden Flächen aufgetragen werden kann. Die Viskosität des zu verwendenden Zements hängt von der des für die jeweilige Fläche der Verbindungsstelle notwendigen Menge des Zusatzwerkstoffes ab. Eine um so höhere Viskosität der Zement aufweist, um so mehr Zusatzwerkstoff kann aufgenommen werden. Wie oben angeführt, verwendet die Mehrzahl dieser Zemente organische Lösungsmittel, die sowohl schädlich für die Gesundheit des Bedienungspersonals wie für die Umgebung sind.
US-A-5 120 374 offenbart eine Hartlotmetall- oder -metall-Legierungspaste, die mindestens ein homogen in einem wäßrigen Gel dispergiertes Hartlotmetall- oder -metall-Legierungspulver aufweist, wobei das Hartlotmetall-Legierungspulver, basierend auf dem Gewicht der Paste, in einer Menge von 86 bis 92 Gewichtsprozent vorliegt und der Rest das wäßrige Gel ist; und wobei das wäßrige Gel, basierend auf dem Gelgewicht, von 26 bis 76 Gewichtsprozent Wasser aufweist, sowie, basierend auf dem Gelgewicht, 20 bis 70 Gewichtsprozent an 1,2-Propandiol, und, basierend auf dem Gelgewicht, 1 bis 4 Gewichtsprozent mindestens eines Bindemittels.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Hartlotmetallpaste, die Harlotmetallpulver aufweist, welches in einem wäßrigen Gel dispergiert ist, wobei das Gel aus einem für Bindemittel und einem Dispersionsmittel zusammengesetzt ist, das für die Umgebung bzw. die Gesundheit des Personals unschädlich ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Hartlotmetallpaste mit einer geeigneten Viskosität, so daß die Paste in einen konventionellen Tubenbehälter verpackt und nach Bedarf dispergiert werden kann.
Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Hartlotmetallpaste, die kosteneffizent herzustellen und leicht aufzutragen ist.
Anhand der folgenden Beschreibung werden diese obigen und weitere Aufgaben deutlich werden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hartlotmetall- oder -metall-Legierungspaste, die mindestens ein, in einem wäßrigen Gel homogen dispergiertes Hartlotmetall- oder -metall-Legierungspulver aufweist, wobei das Hartlotmetall- oder -metall-Legierungspulver, basierend auf dem Gewicht der Paste, in einer Menge von 83 bis 90 Gewichtsprozent vorliegt und der Rest das wäßrige Gel ist; und wobei das Gel, basierend auf dem Gelgewicht, 78 bis 80 Gewichtsprozent Wasser, und als Dispersionsmittel, basierend auf dem Gelgewicht, 18 bis 22 Gewichtsprozent an Glyzerin und Mineralöl, und, basierend auf dem Gelgewicht, 1,5 bis 2,0 Gewichtsprozent an mindestens einem Bindemittel aufweist.
Wie im folgenden verwendet, ist das Bindemittel ein zum Zusammenhalten von Feststoffteilchen verwendeter Werkstoff. Geeignete Bindemittel zur Verwendung in dieser Erfindung sind verschiedene Cellulosewerkstoffe wie z. B. Hydroxypropylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose und Hydroxyethylcellulose.
Wie im folgenden verwendet, ist ein Dispersionsmittel ein Werkstoff, der zur Erleichterung bzw. Unterstützung der Dispersion von Teilchen wie z. B. Pulver in einer viskosen Lösung beiträgt. Das in dieser Erfindung verwendete Dispersionsmittel besteht aus Mineralöl und Glyzerin.
Geeignete Hartlotmetall-Legierungen zur Verwendung in dieser Erfindung beinhalten Hartlotmetalle auf Nickel-Basis, Hartlotmetalle auf Kobalt-Basis und Hartlotedelmetalle auf Metallbasis, z. B. Silber, Gold und Palladium. Geeignete Beispiele von Hartlotmetallen auf sowohl Nickel- wie auf Kobalt-Basis sind in der Tabelle angegeben.
Das Beispiel A ist eine siliciumfreie Lotmetall-Legierung, die für Diffusionshartlöt-Anwendungen und für Betriebsbedingungen geeignet ist, wo ein Vorhandensein von Silicium nicht tolerabel ist. Diese Legierung weist eine ausgezeichnete Festigkeit und eine Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur auf.
Das Beispiel B ist eine ausgezeichnete Lotmetall-Legierung zur Verwendung in Anwendungen mit strengen Betriebstoleranzen und dünnen Abschnitten. Das Hinzufügen von Kobalt unterstützt die Benetzung des Grundwerkstoffs und das Lösen der Hartlotlegierung im festen Zustand. Die sich ergebenden Verbindungen weisen eine ausgezeichnete Dauerfestigkeit auf.
Die Lotmetall-Legierung des Beispiels C erbringt Verbindungen mit hoher Festigkeit, die für Anwendungen bei höheren Temperaturen geeignet sind. Diese Legierung wird für das Verbinden von Gasturbinenbauteilen empfohlen.
Die Lotmetall-Legierung des Beispiels D ist chemisch ähnlich wie diejenige des Beispiels C mit Ausnahme eines geringen Kohlenstoffgehalts beschaffen. Diese Legierung reduziert Tendenzen zur Ausbildung von Karbiden, und sie ist aufgrund ihrer trägen Beschaffenheit für Anwendungen empfohlen, in welchen große Spalte auftreten und die eine Festigkeit gegenüber chemischen Einflüssen erfordern. Obwohl die Lotmetall-Legierung des Beispiels E ähnliche Eigenschaften wie das Beispiel C aufweist, ermöglicht sie ein Hartlöten bei viel niedrigeren Temperaturen als das Beispiel C. Diese Legierung weist ausgezeichnete Flußeigenschaften auf, gleichzeitig trägt sie nicht zu einem interkristallinen Anhaften oder zu anderen Grundwerkstoffverdünnungen bei, und sie ist zum Verbinden dünner Abschnitte, die im Zusammenhang mit Wärmetauscher- und Wabenelement-Komponenten auftreten, geeignet.
Die Viskosität der Hartlotmetall-Legierungspaste kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung, bei der die Paste verwendet wird, variieren. Wenn die Paste in eine konventionelle Quetschtube verpackt werden soll, kann sie von der Tube steuerbar abgegeben und genau an ihrem Verwendungsort angeordnet werden. Für die meisten Anwendungen kann die Größe der Hartlotmetall-Legierungspulver zwischen 175 und 5 um, vorzugsweise zwischen 75 und 11 um, und am stärksten bevorzugt zwischen 45 und 11 um betragen. Die Menge an Hartlotmetall-Legierungspulver in der Paste sollte, basierend auf dem Gewicht der Paste, zwischen 83 und 90 Gewichtsprozent und vorzugsweise zwischen 86 und 90 Gewichtsprozent betragen. Die Menge an Hartlotmetall-Legierungspulver in der Paste wird für eine feinere Pulvergröße im allgemeinen größer ausfallen. Beispielsweise würde für eine grobe Pulvergröße von 44 bis 125 um (-120 bis 325 Tyler mesh) die bevorzugte Menge an Pulver in der Paste etwa 88 Gew.-% betragen, während für eine feine Pulvergröße von 11 um bis 074 um (-200 Tyler mesh) die bevorzugte Menge des Pulvers in der Paste etwa 90 Gew.-% betragen würde. Die Gelkomponente dieser Paste sollte zwischen 10 und 14 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt zwischen 10 und 12 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gewicht der Paste, betragen. Die Gelkomponente der Paste enthält Wasser und vorzugsweise di-ionisiertes Wasser in einer Menge zwischen 78 und 80 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gelgewicht; sowie Glyzerin und Mineralöl als Dispersionsmittel in einer Menge zwischen 18 und 22 Gewichtsprozent und vorzugsweise etwa 20 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gelgewicht; und ein Bindemittel in einer Menge zwischen 1,5 und 2,0 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gelgewicht.

Beispiel

Es wurde eine Hartlotmetall-Legierungspaste hergestellt, indem zunächst ein Gel mit einem Gehalt von 78 Gewichtsprozent Wasser, 10 Gewichtsprozent Mineralöl, 10 Gewichtsprozent Glyzerin und einem Rest von Natriumcarboxymethylcellulose erzeugt wurde. Die Hartlotmetallpulver auf Nickel-Basis wiesen eine Größe von 11 bis 75 um auf und wurden in das Gel gemischt, um, basierend auf dem Gewicht der Paste, eine Paste mit 90 Gewichtsprozent an Metallpulvern auszubilden. Die Paste wurde in eine flexible Tube mit einer durch eine entfernbare Kappe verschlossenen Öffnung eingespeist. Zum Ausgeben der Paste wurde die Kappe an dieser Tube entfernt, und die Tube wurde zusammengedrückt. Die Paste wurde anschließend von der Öffnung mit einer gesteuerten Rate abgegeben, so daß sie auf einer ausgewählten Stelle zum Hartlöten von Teilen abgeschieden werden konnte.
Die Hartlotmetall-Legierungspaste dieser Erfindung ist umweltunschädlich und kann in Anwendungen verwendet werden, in denen eine Harlotlegierung zum Festhalten von Bauteilen aneinander notwendig ist. Obgleich die Erfindung mit Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, fallen viele weitere Abänderungen und Modifizierungen, die sich für den Fachmann verstehen, ebenfalls in den Rahmen der beiliegenden Ansprüche.

Claims

1. Hartlotmetall- oder -metalllegierungspaste mit mindestens einem Hartlotmetall- oder -metalllegierungspulver, welches homogen in einem wäßrigen Gel dispergiert ist, wobei das Hartlotmetall- oder -metalllegierungspulver in einer Menge von 83 bis 90 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht der Paste vorhanden ist und es sich bei dem Rest um das wäßrige Gel handelt, und wobei das wäßrige Gel 78 bis 80 Gewichtsprozent - basierend auf dem Gewicht des Gels - Wasser, 18 bis 22 Gewichtsprozent - basierend auf dem Gewicht des Gels - Glyzerin und Mineralöl als Dispersionsmittel, und 1,5 bis 2,0 Gewichtsprozent - basierend auf dem Gewicht des Gels - mindestens eines Bindemittels aufweist.

2. Hartlotmetalllegierungspaste nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Bindemittel aus der aus Hydroxypropylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose und Hydroxyethylcellulose bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

3. Hartlotmetalllegierungspaste nach Anspruch 1, wobei das Hartlotmetalllegierungspulver ein Hartlotmetall auf Nickelbasis ist, welches in einer Menge von 83 bis 90 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht der Paste vorhanden ist.

4. Hartlotmetalllegierungspaste nach Anspruch 1, wobei das Hartlotmetalllegierungspulver ein Hartlotmetall auf Kobaltbasis ist, welches in einer Menge von 86 bis 90 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht der Paste vorhanden ist.

5. Hartlotmetalllegierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Hartlotmetalllegierungspulver in einer Menge von 86 bis 90 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht der Paste vorgesehen ist, das Dispersionsmittel in einer Menge von etwa 20 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht des Gels vorgesehen ist, das Bindemittel in einer Menge von etwa 2 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht des Gels vorgesehen ist, und Wasser in einer Menge zwischen 78 und 80 Gewichtsprozent basierend auf dem Gewicht des Gels vorgesehen ist.

6. Hartlotmetalllegierungspaste nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Paste in einem flexiblen Tubenbehälter enthalten ist, der eine mittels einer Kappe verschlossene Öffnung aufweist.