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Verfahren zum Löten von aus oxydationsbeständigen Legierungen bestehenden
Gegenständen Beim Löten von Gegenständen, die aus einer Legierung bestehen, die
infolge eines Gehaltes an einem auf der Oberfläche des Gegenstandes eine Oxydschutzschicht
bildenden Legierungselements oxydationsbeständig ist, ist das Vorhandensein dieser
Oxydschicht nachteilig für die Herstellung einer festen Verbindung.
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Die gleichen Schwierigkeiten treten selbstverständlich bei Gegenständen
auf, die nur an der Oberfläche aus einer solchen oxydationsbeständigen Legierung
bestehen. Wenn somit nachstehend auf aus einer oxydationsbeständigen Legierung bestehende
Gegenstände Bezug genommen wird, sollen darunter auch Gegenstände verstanden werden,
die eine oxydationsbeständige Oberflächenschicht aufweisen. Wenn ein Flußmittel
zum Lösen der vor Oxydation schützenden Oxydhaut verwendet wird, tritt häufig die
Schwierigkeit auf, daß sich infolge der Lösung des Oxyds während des Lötvorgangs
ein oxydationsbeständig machender Bestandteil an die Oberfläche des Gegenstands
diffundiert, der wieder Oxyd bildet und im Flußmittel gelöst wird. Infolgedessen
tritt an der Oberfläche eine Verarmung an oxydationsbeständig machendem Bestandteil
ein, die besonders bei dünnwandigem Material zu unzulässiger dauernder Verringerung
der Oxydationsbeständigkeit des Gegenstands führen kann. Bei der Verwendung eines
Flußmittels läßt sich außerdem das Zurückbleiben von Rückständen desselben in der
Verbindungsschicht schwer vermeiden, was in mechanischer Hinsicht nachteilig ist
und außerdem
fortschreitende Diffusion und Oxydation des Oxydationsbeständigkeit
erteilenden Metalls und Lösung de; gebildeten Oxyds zur Folge hat.
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Mit Rücksicht darauf ist es häufig erforderlich, die Verwendung eines
Flußmittels zu unterlassen. Zti diesem Zweck kann in bekannter Weise der 1_ötvorgatng
in einer reduzierenden Gasatmosphäre Vorgenommen werden. Wird nun jedoch als Lötmaterial
eine infolge eines Gehalts an A1 oder Be oxydationsbeständige Kupfer-, Nickel- oder
Silberzur Herstellung einer oxydationsbeständigen Verbindung verwendet, so steht
(lein die Schwierigkeit entgegen, daß die reduzierende Gasatinoslihüre nicht in
ausreichendem Maße von Sauerstoa befreit @verden kann, tim Oxydation des Al oder
13e zti verhüten bzw. zunichte zu machen. Zu diesem "Zweck würden bei den in Frage
kommenden Lö tteinperattiren von etwa iooo° C relative Wasserdampfdrücke pH= O von
etwa io `" bzw. pHz i o-1 i erforderlich sein.
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Die Erfindung, die sich auf das Löten von Gegenständen bezieht, die
aus zufolge eines Gehalts an .XI oder 13e oxydationsbeständigen Legierungen auf
1>asis von Cu, Ni oder Ag bestehen, beruht auf der Erkenntnis, daß mit einem nichtoxydationsbeständigen
Lötmaterial dennoch eine Verbindung mit leinreichender Oxydationsbeständigkeit liergestellt
werden kann, wenn dafür gesorgt wird, daß die Verbindungsschicht beim Löten in genügendem
Maße oxwdationsl>eständig machenden Bestandteil aufnehmen kann.
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Die auf vorstehender Erkenntnis beruhende Erfindting besteht in einem
Verfahren zum Anbringen einer oxydationsbeständigen Verbindung an einem Gegenstand,
der aus einer zufolge eines Gehalts an _11 oder Be oxydationsbeständigen Legierung
auf 1>asis von Cti, \i oder .,%,g besteht, wobei ohne Ver-Nvendung eines Flußmittels
in einer reduzierenden Gasatinospliä re unter Zuhilfenahme eines nichtoxvdationsbeständigen
Lots, gleichfalls auf Basis Von Cu, \ i oder Ag, gelötet und die Temperatur so hoch
gesteigert wird, z.13. bei Gegenständen aus Kupferlegierungen mit 8 % Al bis etwa
iooo° C, daß sich durch Diffusion und oberflächliches Lösen e ine =Aufnahme von
oxydationsbeständig machendem Hestandteil aus dem Gegenstand vollzieht, welche die
Verbindungsschicht oxydationsbeständig macht.
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Hei dein erfindungsgemäß durchgeführten Verfahren wird zur Begünstigung
der leichten Aufnahme eines oxydationsbeständig machenden Eleinents in die Lötschicht
die Löttemperaturen vorztigs\weise um weniger als etwa 6o°, insbesondere tun etwa
30°, niedriger als der Anfang der Schmelzstrecke der Legierung gewählt, aus der
der Gegenstand besteht. Zum Unterschied hiervon ist nian gerade bei der üblichen
Löttechnik bestrebt, die Löttemperatur möglichst niedrig zu wählen, und nur die
Temperatur zu verwenden, welcher der gelötete Gegenstand in Betrieb ausgesetzt wird.
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Wird an einem Gegenstand aus einer Legierung gelötet, die zufolge
eines Gehalts an A1 oder Be oxydationsbeständig ist und die, bevor eine Berührung
mit dem geschmolzenen Lötmetall stattgefunden hat, noch überall in festem Zustand
ist, so ist es erforderlich, daß die auf ihm oberflächlich stets vorhandene Oxydhaut
zuvor, z. B. auf mechanischem oder chemischem Wege, entfernt wird, weil A1- und
Be-Oxyde in technisch verwirklichbaren Gasatmosphären @nicht reduziert werden.
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Gemäß einer besonderen Atisführungsforin der Erfindung ergibt sich
jedoch noch eine wesentliche Qualitätsverbesserung, twenn nach Entfernung der Oxydhaut
von der Oberfläche der Gegenstand mit einer Schicht aus Metall versehet< <wird,
das, soweit es Oxyde bilden sollte, von der Gasatmosphäre, in der gelötet wird,
reduziert werden kann; dieses Metall kann weiter Bestandteil der Legierung bilden,
mit der die Verbindung hergestellt werden soll.
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Eine solche @letallscliiclit, die z. 13. aus Cu, \ i oder Ag bestehen
kann, kann auf galvanischem Wege oder aber durch Aufbrenne, Aufschmelzen o. dgl.
aufgebracht werden.
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Wird auf diese Weise ein Gegenstand aus einer zufolge eines Gehalts
an :11 oder Be oxydationsfesten Legierung auf Basis von Cu, \ i oder A- an einen
Gegenstand gelötet, der seine Oxydationsbeständigkeit dem Vorhandensein von Cr verdankt
und der z. B. aus rostfreiem Stahl besteht, so ergeben sich bei letzterem in bezug
auf die Reduktion vorhandenen Oxvcls keine weiteren Schwierigkeiten, wenn in besonders
reinem Wasserstoff gearbeitet wird, so daß sich eine Schutzschicht auf dem rostfreien
Stahl erübrigt. lies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß das oxydationsbeständig
machende Chromoxyd bei den in Frage kommenden Löttemperaturen von etwa t ooo° C
reduzierbar ist, \venn der relative Wasserdampfdruck der Gasatmosphäre unterhalb
annähernd io-t gehalten wird.
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Das außer der Schutzschicht ferner noch zum Löten erforderliche Metall
kann in Form weiterer Überzugsschichten oder in Folien oder Pulverform angebracht
werden. Gegebenenfalls kann auch die Folie oder das Pulver eine Vberzugsschicht
besitzen.
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Die Ver-,vendung eines Überzugs auf den oxwdationsfesten Gegenständen
und gegebenenfalls auf dem Lötmetall hat den zusätzlichen Vorteil, daß durch Wahl
der Stärke und Zusammensetzung dieses Überzugs die Aufnahme von Bestandteilen aus
den Gegenständen in die Lötschicht und umgekehrt geregelt -,werden kann.
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Der Vollständigkeit halber ist zu bemerken, daß aus der britischen
Patentschrift 540 961 bereits ein Verfahren zum Löten von Kupferlegierungen ohne
Verwendung eines 17luliniittels bekannt ist, bei dem die Gegenstände an der Stelle
der herzustellenden Lötverbindung mit einer Silberschicht versehen und sodann auf
eine Temperatur über 780° C, z. B. 8oo° C, geheizt werden. Dabei wird für die Verbindung
die Bildung des Kupfersilbereutektikunis angestrebt. Ferner ist aus der britischen
Patentschrift 578364 ein ähnliches Lötverfahren auch unter Anwendung einer
Silberschicht bekannt für
Gegenstände, die ganz oder oberflächlich
aus einer Kupferzinklegierting bestehen. Da dabei das ternäre Kupferzinksill>ereutektikum
gebildet werden kann, wird in diesen Fällen nur Heizung auf Temperaturen zwischen
68o und 78o° C benötigt.
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Aus diesen Patentschriften ergibt sich jedoch nicht, daß solche Lötverfahren,
die zufolge der Verwendung von Metallschichten Ähnlichkeit mit demjenigen gemäß
der besonderen Ausführungsform der Erfindung aufweisen, vorteilhafte Verwendung
bei der Herstellung einer an sich oxydationsfesten Lötverbindung hei Gegenständen
finden können, die ganz oder oberflächlich aus oxydationsfesten Legierungen bestehen,
wenn die auf ihnen stets vorhandene Oxydhaut zuvor sorgfältig beseitigt und erneute
Oxydation durch Verwendung eines aus einem nichtoxydationsfesten Metall bestehenden
Überzugs verhütet wird.
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Bei den Verfahren gemäß den erwähnten britischen Patentschriften reicht
auch die Temperatur bei der Heizung, wenn diese bei Gegenständen aus oxydationsfesten
Legierungen angewendet werden sollte, nicht aus, um dieAufnahme eines oxydationsbeständig
machenden Bestandteils in die Lötverbindung zu gewährleisten. Zum Unterschied hiervon
werden gemäß der Erfindung höhere Temperaturen angewendet, d. h. annähernd iooo°
C bei einer Legierung aus Kupfer mit 8 % Al.
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Für die Herstellung der Verbindung kommen an sich bekannten Legierungen
auf Basis von Cu-Zn, Cu-Ag u. dgl. in Betracht. Soll jedoch eine Verbindung zwischen
einem Bauteil aus einer zufolge des Vorhandenseins von Al oder Be oxydationsfesten
Legierung auf Basis von Cu, Ni oder :X-und einem Gegenstand aus rostfreiem Stahl
hergestellt werden, wobei die Verbindung während längerer Zeit Temperaturen bis
etwa 75o° C ausgesetzt wird, so können die Eigenschaften des Stahls durch Aufnahme
von Elementen wie Zn aus der Kupferlegierung schädlich beeinflußt werden, während
Legierungen mit großem Silbergehalt häufig nicht empfehlenswert sind, weil Sauerstoff
leicht durch Silber hin@durchdiffundiert, sogar wenn in die Legierung noch Al oder
Be aufgenommen wird. In solchen Fällen ist es vorteilhaft, zum Löten Legierungen
zu verwenden, die solche schädlichen Metalle nicht oder nur in geringer Menge enthalten.
Besonders gut eignen sich in diesem Fall Cu- oder Ni-Legierungen, die io bis 15
% Mn als schmelzpunkterniedrigenden Bestandteil enthalten.
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Bei der Verwendung manganhaltigen Lötmaterials ist es noch vorteilhaft,
das Lötmaterial, das in diesem Fall vorzugsweise in Folienform verwendet wird, unter
Zuhilfenahme eines Metallüberzugs, wie vorstehend für die Gegenstände angegeben,
vor zu starker Sauerstoffaufnahme des Mangans zti schützen. Beispiel i Zwei Gegenstände
aus Aluminium-Kupfer mit 8 % Al (Anfangspunkt der Schmelzstrecke j i033° C) werden
an der Stelle, an der sie miteinander verbunden werden sollen, von ihrer, Oxydhaut
befreit und mit einer Nickelschicht von versehen.
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Darauf wird eine Messingfolie (63 % Cu, 37010 Zn) von der Stärke von
t oo ,te zwischengefügt und das Ganze zusammengedrückt. Wird in reinere \-Vasserstofi
die Temperatur in 3 Minuten auf etwa 10o0° C gesteigert und darauf noch etwa 2 11inuteii
gehalten, so entsteht eine oxydationsfeste Verbindung, die hei einer Betriebstemperatur
von 7,5o' C homogenisiert und gut haltbar ist. Beispiel 2 Ein Gegenstand aus Aluminium-Kupfer
mit 8 % Al wird örtlich, nachdem die Oberfläche oxvdfrei gemacht worden ist, mit
einer Nickelschicht von 5 y versehen. Ein Gegenstand aus rostfreiem Stahl (i8 %
Cr, 8 % Ni, Spuren Nil, Rest Fe) wird nun unter Zwischenfügung einer Folie aus einer
Kupferlegierung niit 20 % -In in der Stärke von ioole gegen denGegenstand ausAluminiuni-Kupfer
gedrückt. Darauf wird die Temperatur in einigen -Minuten auf looo° C gebracht und
während 2 -Minuten auf ihr gehalten. Die so entstandene, durch die Aufnahme von
Al oxydationsfest ge-\vordene Verbindung ist widerstandsfähig gegen eine Betriebstemperatur
von 75o° C. Auch kann der rostfreie Stahl gewünschtenfalls vor dein Lötvorgang mit
einer nichtoxvdationsfesten -Metallschicht, z. 13. einer Kupferschicht von 5 ,1c,
versehen sein, und die Lötfolie kann beiderseits finit einer dünnen Kupferschicht
überzogen werden.