Hartlötpaste und Verfahren zu ihrer Herstellung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hartlötpaste für Aluminium und Aluminiumlegierungen und auf ein Verfahren zur Herstellung dieser Paste. Als Aluminium legierungen, die sich mittels dieser Paste hart löten lassen, können solche mit einem Alumi niumgehalt von etwa 70 1/o und darüber ver wendet werden.
Das Hartlöten von Aluminium wird heute in grossem Umfang betrieben und nach zahl reichen Verfahren ausgeführt. Bei den mei sten Hartlötderfahren, für welche auch die erfindnngsgemässe Hartlötpaste verwendet werden kann, werden die zu vereinigenden Teile in der durch die Lötoperation herzustel lenden Anordnung zusammengestellt.
Dann wird eine ein Lötmetall, ein Flussmittel und ein oranisches Trägermittel enthaltende Paste an oder in der Nähe der vorgesehenen Ver bindungsstelle oder längs der Verbindungs linie aufgetragen und das Ganze erhitzt, um das Lötmetall zum Schmelzen zu bringen, so dass es in geschmolzenem Zustand auf der genannten Verbindungsstelle oder längs der Verbindungslinie liegt und, nachdem es er starrt ist, die gewünschte Verbindung zwi schen den vereinigten Teilen bildet. Die zu vereinigenden Teile können insgesamt Alu- niiniumteile sein oder der eine oder mehrere dieser Teile können aus andern Metallen sein.
Sofern Aluminium mit Aluminium oder einem andern Metall vereinigt werden soll, lässt sieh die erfindungsgemässe Hartlötpaste mit Erfolg anwenden. Die Löttemperatur muss natürlieh unter dem Schmelzpunkt der zu vereinigen den Metallgegenstände liegen.
Bei einer derartigen Hartlötoperation sol len die Metallteilchen in der Lötpaste unter Bildung einer oxydfreien -Tasse aus ge schmolzenem Metall zusammenschmelzen, und diese Masse soll während des Lötvorganges mit sauberen Oberflächen des zu vereinigen den Metalles in Berührung kommen.
Das Trägermittel der Paste sollte derart beschaf fen sein, dass es mit den Teilchen des Löt- nietalles und des Flussmittels eine Paste ge wünschter Konsistenz bildet, und dass die Metall- und Flussmittelbestandteile in ihrer Wirkung durch das Vorhandensein dieses Trägermittels oder durch Rückstände des in folge Anwendung von Hitze entweichenden oder zersetzten Trägermittels nicht beein- träehtint werden.
Das Trägermittel kann des- 13 im weiteren Sinn als Hilfsmittel mit phvsikalischer Wirkung aufgefasst werden, welches dazu bestimmt ist, dem Lötvorgang die die Vereinigung herbeiführenden Bestand teile der Paste zuzuführen und diese Bestand teile an der Lötstelle zusammenzuhalten. Es kann naehträglieh, \wenn Wärme zugeführt wird, entweichen, ohne schädliche Substanzen, wie z. B. grosse Mengen Kohlenstoff, zurück zulassen.
Das Flussmittel der Paste soll nicht nur automatisch reinigend auf .die zu vereinigen den Metallflächen und die Oberflächen der Teilehen .des Lötmetalles wirken, sondern es soll an fänglich auch das Zusammenfliessen der zahlreichen Teilchen des Lötmetalles in der Paste fördern, wenn diese Teilchen bei An wendung von Hitze sehnielzen.
Es soll nun eine verbesserte Hartlötpaste geschaffen werden, die insbesondere den An forderungen für das Hartlöten von Alumi nium angepasst ist.
Die erfindungsgemässe Hartlötpaste, die ein Alkaliinetallchlorid enthaltendes Flossmit tel, Teilehen eines Lötmetalles und ein or ganisches Trägermittel enthält, ist. dadurch gekennzeiehnet, dass das organische Träger mittel ein Glykolätlier ist, der bei \?0 C flüssig ist und, ohne zu verkohlen, verdampft. Die ,-genannten Lötmetallteilchen sind bevorzugter weise mit dem genannten Alkalimetallchlorid flussmittel mindestens teilweise überzogen.
Zum Hartlöten von Aluminium wird als Lötmetall gewöhnlich eine Aluminiumlegie- rung benötigt. Diese Legierung muss bekannt lich bei einer Temperatur schmelzen, die unter der Schmelztemperatur des zu lötenden Alu miniumkörpers liegt, damit während der Hart lötoperat.ion nur das Lötmetall schmilzt. und die zu vereinigenden Bestandteile bei dein zwecks Erzielung dieses Resultates benötigten Hitzegrad fest bleiben.
Die als Lötmetall ver-- wendete Aluminiumlegierung kann demnach ans der Gruppe von Legierungen, die einen tieferen Sehinelzpunkt als die zu vereinigen den Aluminiumkörper aufweisen, ausgewählt werden. Die Auswahl ist infolgedessen etwas eingeschränkt, da sie davon abhängt, ob der zu lötenden Aluminiumkörper einen hohen Schmelzpunkt (beispielsweise reines Alumi nium) oder einen tieferen Schmelzpunkt, wie ihn z. B. Aluminiumlegierungen aufweisen, besitzt. Als Lötmetalle werden z.
B. verwen det: Aluminium-Siliciumlegierungren mit oder ohne geringen Zusätzen anderer Legierungs elemente, die den Schmelzpunkt der Legie rung noch weiter herunterdrücken, wie z. B. Zink, Kadmium oder Zinn usw., Alumi nium-Kupferlegierungen, Aluminium-Kupfer- Zinklegierungen, Aluminium-Zinklegierungen, alle mit oder ohne Zusatz von andern Ele- menten = die eine Herabsetzung' des Schmelz punktes bewirken oder andere Wirkungen hervorrufen. In gewissen Fällen kann es zweekinässig sein, die Bestandteile der vorge sehenen Legierung einfach dein Lötgemiseli zuzusetzen und so die Bildung der gewünseli- ten Legierung während der Hartlötoperation eintreten zu lassen.
Man kann beispielsweise dem Lötgemisch statt Teilehen einer Alumi- nium-Zinklegierun- Aluminiumteilchen und Zinkteilchen in -geeigneten Mengen zusetzen. Die Wahl der Lötlegierung kann auch nach andern Gesichtspunkten als demjenigen des Schmelzpunktes, so z. B. auf (rund der Korro- dierbarkeit, der Festigkeit usw. erfolgen. Diese Erwägungen werden alle von der Ver wendungsart des gelöteten Gegenstandes be stimmt.
Es ist jedoch zu beachten, dass solche Legierunggen, die meistens beträelitlielie Men gen, und, zwar mindestens<B>50</B> Gewichtsprozent, Aluminium enthalten, dein reinen Aluminium insofern ähnlich sind,- als sie an ihrer Ober- fl'äelie, im geschmolzenen wie im festen Zu stand, einen hartnäckig haftenden Oxydfilm aufweisen, der, wenn er nietet entfernt wird, eine vollkommene Vereinigung- der Ober- fläehen und ein richtiges Zusammenfliessen der Metallteilchen in -der Lötpaste,
wenn diese Teilehen bei Anwenden . der Löthitze in den geselimolzenen Zustand übergeben, verhindert.
Das Vorhandensein dieses Oxydfilms auf Alumminiumoberflächen ist der Grund, weshalb zur Erzielung befriedigender Resultate beim Hartlöten von Aluminium im allgemeinen solche Flossmittel versendet werden, die in der Hauptsache Alkalimetallchloride und klei nere Mengen Alkalimetallfluoride enthalten. Diese Flossmittel können, was oft- der Fall ist, kleine Mengen an Erdalkallnietallverbin- dungen und Verbindungen der Schwermetalle enthalten.
Ihr wichtigstes Charakteristikuin ist jedoch ihr Gehalt von beispielsweise >0 % oder mehr Alkalimetallehlorid. Ein derarti ges Flossmittel ist auf dem Gebiet des Alu- niiiiiunilötens in Form von zahlreichen spezi fischen Gemi.sehen bekannt, von denen die einen sieh für Lötoperationen bekanntlich besser eignen als andere. Das Alkalimetall- chlorid enthaltende Flussmittel sollte bei der Löttemperatur natürlich geschmolzen sein.
Das für die Lötoperation am besten geeig nete Verhältnis von Alkalimetallehlorid ent haltendem Flussmittel zu Lötmetall schwankt ,je nach den Erfordernissen und hängt auch von den besonderen Absichten des Verbrau chers ab. Es hat. sieh gezeigt, dass Gemische mit einem Verhältnis von 3 Gewichtsteilen Flussmittel pro 1 Gewichtsteil Lötmetall die besten Resultate geben. Gemisehe mit -Misch verhältnissen von 5 zu 1 bis 1 zu 1 sind jedoch ebenso verwenderbar. Das Flussmittel wird vor- znlsweise in Pulverform verwendet, um eine gleichmässige Durchmisehung züi erzielen und die Pastenbildung zu erleichtern.
Das Löt inetall sollte die Form von kleinen Teilchen aufweisen. Bevorzugt werden Teilchen mit einer Teilchengrösse von mindestens 0,071 mm. Die besten Resultate werden erzielt, wenn nicht mehr als 1.0 bis 20 % des Metallpulvers durch ein Sieb der Maschenweite von 0,071 mm hindurchgehen. Die maximale Teilchengrösse sollte normalerweise 0,30 mm nicht überstei- Zwecks Herstellung des Lötgemisches können die Flussmittel- und Lötmetallteilchen gründlich miteinander vermischt werden.
Das Trägermittel, welches verwendet wird, uni dem Alkalimetallehlorid enthaltenden Flussmittel und Lötmetall Pastenform zu ver leihen, sollte zweekmässigerweise wasserfrei sein Lind sich bei der Löttemperatur verflüch tigen oder sonstwie aus der Paste entweichen.
Als Beispiele von Glylzoläthern, die in der erfindungsgemässen Hartlötpaste als organi- sebes Trägermittel verwendet. werden können, sind zu nennen: Monomethyl-, Monoäthyl-, Diäthyl-, Monoisopropyl-, Monobuty 1-, Mono- phenvl- und Monobenzyläther des Äthylen- glykols sowie Monomethyl-, Monoätlivl-,
Di- . 1 und Monobutyläther des Diäthylen- äthyl glykols. Die dem Gemisch aus Flussmittel und Löt- inetall zwecks Herstellung der Paste zuge setzte Menge an Trägermittel hängt davon ab, welchen genauen physikalischen Zustand, das heisst welchen Viskositätsgrad die Paste auf weisen soll. Gewöhnlich sind Mengen von 10 bis<B>20</B> Gewichtsprozenten, bezogen auf das Ge samtgewicht der Paste, die günstigsten.
Während, wie dies oben erwähnt wurde, das Gemisch aus Flussmittel und Lötmetall durch mechanisches Mischen der Bestandteile hergestellt werden kann, wurde anderseits festgestellt., dass eine Paste mit besseren Eigen schaften erhalten wird, wenn die Teilchen der Lötlegierung, die einen Teil der Paste bilden, mit einem Film aus Flussmittel mehr oder weniger umgeben oder überzogen sind. Wenn eine solche Paste beim Hartlötvorgang schmilzt, fliesst das Lötmetall schneller und in wirksamerer Weise zur Vereinigungsstelle als dies der Fall ist, wenn die Teilchen der Lötlegierung, wie bis jetzt, nicht mit. einem Film ans Flussmittel überzogen, sondern ein fach mit dem Flussmittel gemischt werden.
Diese Eigenschaft des schnellen Fliessens be wirkt nicht, nur eine Beschleunigung der Hartlötoperation, sondern auch die Bildung einer besseren und fehlerfreieren Lötstelle zwischen den Bestandteilen, die zusammen gelötet werden. Diese Vorteile werden aller dings nur dann erzielt, wenn das verwendete Alkalimetallehlorid enthaltende Flussmittel frei von SchwermetallverbindLingen ist.
Es können verschiedene Verfahren zur Herstellung der verbesserten Paste angewen det werden. Das folgende Verfahren, welches entwickelt wurde, wird jedoch bevorzugt. Ein Alkalimetallehlorid enthaltendes Flussmittel, welches von Schwermetallverbindungen frei ist und einen Schmelzpunkt aufweist, der un ter demjenigen des Lötmetalles liegt., wird in geeignet gewählter Menge erhitzt, bis es ge schmolzen ist. Das so erhaltene Flussmittelbad wird hierauf bei einer Temperatur gehalten, die unter dem Schmelzpunkt des Lötmetalles liegt. Eine Menge der Teilehen des Lötmetal- les wird in das Bad eingetragen und damit gründlich vermischt.
Das resultierende Ge inisch wird hierauf abgekühlt und zum Er starren gebracht und die so gebildete erstarrte Masse auf irgendeine geeignete Art, wie z. B. durch lblahlen in einer Kugelmühle, pulveri siert, bis Teilchen der gewünschten Grösse ent standen sind. Die pulverisierte Masse wird hierauf zwecks Oberführung derselben in eine Paste mit einem der obengenannten Glykol äther angefeuchtet. Zusätze von Wasser über die normalerweise in den Salzen vorhandene Wassermenge hinaus sollten bevorzugterweise vermieden werden. Während der Mischopera tion muss man natürlich das Schmelzen der Teilchen des Lötmetalles verhüten. Das für die Hartlötpaste gewählte Flussmittel soll des halb einen tieferen Schmelzpunkt besitzen als das Lötmetall.
Der Schmelzpunkt der meisten Alkalimetallchlorid enthaltenden Flussmittel kann durch Zusatz von Lithiumchlorid herab gesetzt werden, sofern der ursprüngliche Schmelzpunkt dieser Flussmittel zu hoch oder vom Standpunkt der praktischen Anwendung ans betrachtet, zu nahe beim Schmelzpunkt des Lötmetaller liegt.
Es folgt ein Beispiel einer nach den. Prin zipien der vorliegenden Erfindung hergestell ten Hartlötpaste, die im Gebrauch aasgezeich nete Resultate liefert: 22,5 Gewiehtsprozent Aluminiumlegierung mit 5,0 /o Silicium, auf eine Teilchengrösse von 0,074 mm gemahlen, 67,5 Gewichtsprozent Flussmittel der folgen den Zusammensetzung
EMI0004.0005
NaCI <SEP> 25 <SEP> Gewichtsprozent
<tb> KCl <SEP> 36
<tb> LiCl <SEP> 20 <SEP> "
<tb> SrCL <SEP> 6 <SEP> "
<tb> FF <SEP> 1 <SEP> "
<tb> Na3AIF6 <SEP> 12 <SEP> ;, 10 Gewiehtsprozent Monoisopropyläther des Äthylenglykols.
Brazing paste and process for making it. The present invention relates to a brazing paste for aluminum and aluminum alloys and to a method for producing this paste. The aluminum alloys that can be hard-soldered with this paste are those with an aluminum content of around 70 1 / o and above.
The brazing of aluminum is practiced today on a large scale and carried out according to numerous processes. In most of the brazing processes, for which the brazing paste according to the invention can also be used, the parts to be combined are put together in the arrangement to be produced by the brazing operation.
Then a paste containing solder, a flux and an orange carrier is applied to or near the intended connection point or along the connection line and the whole is heated to melt the solder so that it is in a molten state on the called junction or lies along the connecting line and, after it is staring, forms the desired connection between the united parts. The parts to be combined can all be aluminum parts or one or more of these parts can be made of other metals.
If aluminum is to be combined with aluminum or another metal, the brazing paste according to the invention can be used successfully. The soldering temperature must of course be below the melting point of the metal objects to be united.
In such a brazing operation, the metal particles in the solder paste should melt together to form an oxide-free cup of molten metal, and this mass should come into contact with clean surfaces of the metal to be united during the soldering process.
The carrier of the paste should be such that it forms a paste of the desired consistency with the particles of the soldering rivet and the flux, and that the effect of the metal and flux components is caused by the presence of this carrier or by residues of the resulting Application of heat escaping or decomposed carrier medium are not affected.
The carrier means can therefore be understood in the broader sense as an aid with a physical effect, which is intended to supply the components of the paste that bring about the union to the soldering process and to hold these components together at the soldering point. It can subsequently escape, \ if heat is supplied, without harmful substances such as B. large amounts of carbon, allow back.
The flux of the paste should not only have an automatic cleaning effect on the metal surfaces to be united and the surfaces of the parts of the solder, but it should also initially promote the confluence of the numerous particles of solder in the paste when these particles are used to feel the heat.
An improved brazing paste is now to be created which is particularly adapted to the requirements for brazing aluminum.
The brazing paste according to the invention, which contains an alkali metal chloride containing Flossmit tel, parts of a soldering metal and an organic carrier means is. characterized by the fact that the organic carrier is a glycol oil which is liquid at 0 C and evaporates without charring. The above-mentioned soldering metal particles are preferably at least partially coated with the mentioned alkali metal chloride flux.
An aluminum alloy is usually required as the brazing metal for brazing aluminum. As is well known, this alloy must melt at a temperature below the melting temperature of the aluminum body to be soldered so that only the soldering metal melts during the hard soldering operation. and the ingredients to be combined remain firm at the heat level required to achieve this result.
The aluminum alloy used as solder can therefore be selected from the group of alloys that have a lower visual point than the aluminum body to be united. As a result, the choice is somewhat limited, as it depends on whether the aluminum body to be soldered has a high melting point (for example pure aluminum) or a lower melting point, such as that found in e.g. B. have aluminum alloys. As soldering metals z.
B. used: aluminum-silicon alloys with or without small additions of other alloy elements that lower the melting point of the alloy even further, such as. B. zinc, cadmium or tin etc., aluminum-copper alloys, aluminum-copper-zinc alloys, aluminum-zinc alloys, all with or without the addition of other elements = which cause a reduction in the melting point or other effects. In certain cases it can be two-minute to simply add the constituents of the intended alloy to your soldering chisel and thus allow the desired alloy to form during the brazing operation.
For example, instead of including an aluminum-zinc alloy, aluminum particles and zinc particles can be added in suitable amounts to the soldering mixture. The choice of soldering alloy can also be made according to aspects other than that of the melting point, e.g. B. on (corrodability, strength, etc. These considerations are all determined by the type of use of the item being soldered.
It should be noted, however, that such alloys, which mostly contain significant amounts, namely at least <B> 50 </B> percent by weight of aluminum, are similar to pure aluminum insofar as they are on their surface in the molten as well as in the solid state, have a stubbornly adhering oxide film, which, when it is removed by riveting, a perfect union of the surfaces and a correct merging of the metal particles in the solder paste,
when these parts are applied. the soldering heat in the melted state prevents.
The presence of this oxide film on aluminum surfaces is the reason why, in order to achieve satisfactory results when brazing aluminum, generally those fluxes are dispatched which contain mainly alkali metal chlorides and smaller amounts of alkali metal fluorides. These fluxes can, which is often the case, contain small amounts of alkaline earth metal compounds and compounds of heavy metals.
Their most important characteristic, however, is their content of, for example,> 0% or more alkali metal chloride. Such a floss is known in the field of aluminum soldering in the form of numerous specific vegetables, some of which are known to be better suited than others for soldering operations. The flux containing alkali metal chloride should of course be melted at the soldering temperature.
The most suitable ratio of alkali metal chloride containing flux to solder metal for the soldering operation will vary depending on requirements and also depends on the particular intentions of the consumer. It has. see that blends with a ratio of 3 parts by weight of flux to 1 part by weight of solder give the best results. Gemisehe with -Mix ratios from 5 to 1 to 1 to 1 can also be used. The flux is mainly used in powder form in order to achieve even mixing and to facilitate paste formation.
The solder metal should be in the form of small particles. Particles with a particle size of at least 0.071 mm are preferred. The best results are achieved when no more than 1.0 to 20% of the metal powder passes through a sieve with a mesh size of 0.071 mm. The maximum particle size should normally not exceed 0.30 mm. For the purpose of preparing the solder mixture, the flux and solder particles can be mixed together thoroughly.
The carrier, which is used to lend the alkali metal chloride-containing flux and soldering metal paste form, should be water-free and evaporate at the soldering temperature or otherwise escape from the paste.
As examples of glycol ethers which are used as an organic carrier in the brazing paste according to the invention. are to be mentioned: Monomethyl, monoethyl, diethyl, monoisopropyl, monobutyl, monophenyl and monobenzyl ethers of ethylene glycol as well as monomethyl, monoethyl,
Di-. 1 and monobutyl ether of diethylene ethyl glycol. The amount of carrier agent added to the mixture of flux and soldering metal for the purpose of producing the paste depends on the exact physical state, that is to say the viscosity grade, the paste should have. Quantities of 10 to 20 percent by weight, based on the total weight of the paste, are usually the most favorable.
While, as mentioned above, the mixture of flux and solder can be made by mechanically mixing the ingredients, it has been found, on the other hand, that a paste with better properties is obtained when the particles of solder alloy which form part of the paste , are more or less surrounded or covered with a film of flux. If such a paste melts during the brazing process, the solder will flow to the junction faster and more efficiently than it would if the particles of the solder alloy were not entrained, as has been the case up to now. coated with a film on the flux, but simply mixed with the flux.
This property of rapid flow be not only an acceleration of the brazing operation, but also the formation of a better and more error-free solder joint between the components that are soldered together. However, these advantages are only achieved if the flux used, which contains alkali metal chloride, is free of heavy metal compounds.
Various methods can be used to make the improved paste. However, the following method which has been developed is preferred. A flux containing alkali metal chloride which is free of heavy metal compounds and has a melting point which is below that of the solder is heated in a suitably selected amount until it is melted. The flux bath thus obtained is then kept at a temperature which is below the melting point of the solder. A lot of the parts of the solder are brought into the bath and mixed with it thoroughly.
The resulting Ge inisch is then cooled and made to freeze and the solidified mass thus formed in any suitable way, such as. B. by lblahlen in a ball mill, pulverized until particles of the desired size were ent. The pulverized mass is then moistened with one of the above-mentioned glycol ethers to convert it into a paste. Additions of water beyond the amount of water normally present in the salts should preferably be avoided. During the mixing operation it is of course necessary to prevent the particles of the solder from melting. The flux chosen for the brazing paste should therefore have a lower melting point than the solder.
The melting point of most alkali metal chloride-containing fluxes can be lowered by adding lithium chloride if the original melting point of these fluxes is too high or too close to the melting point of the solder from a practical point of view.
Following is an example one at a time. Brazing paste prepared according to the principles of the present invention, which provides results drawn in use: 22.5 percent by weight aluminum alloy with 5.0 / o silicon, ground to a particle size of 0.074 mm, 67.5 percent by weight flux of the following composition
EMI0004.0005
NaCI <SEP> 25 <SEP> percent by weight
<tb> KCl <SEP> 36
<tb> LiCl <SEP> 20 <SEP> "
<tb> SrCL <SEP> 6 <SEP> "
<tb> FF <SEP> 1 <SEP> "
<tb> Na3AIF6 <SEP> 12 <SEP>;, 10% by weight of monoisopropyl ether of ethylene glycol.