Zum Hartlöten von Leichtmetallen geeignetes Flussmittel. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein zum Hartlöten von Leichtmetallen geeig netes Flussmittel. Die in der vorliegenden Beschreibung verwendete Bezeichnung Leicht metall soll sowohl handelsmässig reines Alu rninium und Magnesium als auch Legierun gen, die mindestens 50 Gewichtsprozent des einen oder andern Metalles enthalten, um fassen.
Unter Hartlöten wird allgemein ein Vor gang verstanden, bei welchem Metallteile durch Schmelzen eines Metaller von tieferem Schmelzpunkt, zwischen diesen Teilen, ver einigt werden, ohne dass dabei das zu lötende, verwendete Metall merklich schmilzt. Bei einer Hartlötoperation werden die zu vereinigenden Teile, sofern ein Flussmittel verwendet wird, gewöhnlich zuerst mit diesem überstrichen und mit einem Stück Lötmetall, welches zwi schen die aneinanderliegenden Teile zu liegen kommt, zusammengestellt. Das Hartlötmetall kann entweder in Form eines Pulvers, Drah tes, Streifens oder Blattes zugefügt werden oder die Form eines Metallbelages auf den zu vereinigenden Teilen annehmen.
Wenn viele Bestandteile zusammengelötet werden müssen, werden die zusammengestellten Bestandteile vorteilhaft in einen Ofen oder eine andere Heizvorrichtung, welche das Flussmittel und das Hartlötmetall zum Schmelzen bringt, ge stellt. Das Hartlöten ist von der gewöhnlichen Operation des Weichlötens zu unterscheiden, welch letztere bei viel tieferen Temperaturen durchgeführt wird, wobei das geschmolzene Lot zusammen mit einem Flussmittel auf die zu vereinigenden Stellen aufgetragen und die geschmolzenen Substanzen oft mittels eines ge eigneten Werkzeuges auf der Lötstelle ver arbeitet werden.
Die Festigkeit der Lötver bindung kann teilweise vom mechanischen Rühren sowohl des Fussmittels als auch des Lotes abhängen, während diese Festigkeit beim Hartlöten praktisch nur vom Verhalten des Flussmittels und des geschmolzenen Löt- metaller und nicht von einer von aussen her wirkenden Rührbewegung abhängt.
Ein zufriedenstellendes Hartlötflussmittel sollte im allgemeinen die folgenden physikali schen Eigenschaften besitzen: Es muss bei einer etwas unter dem Schmelzpunkt des Hartlötmetalles liegenden Temperatur fliessen. Es muss an den Oberflächen der zu lötenden Metalle haften oder dieselben benetzen. Es soll das Sichausbreiten und die Legierungsbil dung des geschmolzenen Lötmetaller an der Oberfläche der zu vereinigenden Metallteile erleichtern. Es sollte ferner jeglichen an den Metallteilen vorhandenen Oxydbelag oder an dere anhaftende Verunreinigungen abtragen, damit zwischen dem Lötmetall und den zu vereinigenden Teilen eine Berührung von Me tall auf Metall zustande kommt.
Es sollte jedoch das Metall nicht merklich angreifen und sollte die gereinigte Oberfläche vor erneu ter Oxydation schützen. Schliesslich sollte jeder Flussmittelrüekstand, der nach vollen- Beter Hartlötoperation zurückbleibt, mit Leich tigkeit zu entfernen sein. Wenn er nicht ent fernt wird, bewirkt dieser Rückstand bei fort gesetzter Einwirkung einer feuchten Atmo sphäre oder eines andern ähnlichen Mediums, mit welchem der gelötete Gegenstand in Be rührung kommen kann" wahrscheinlich. eine Korrosion des Metalles und der Lötstelle.
Es war bis jetzt nicht möglich, Gegen , stände aus Aluminium oder Magnesium oder Legierungen, welche diese Metalle in überwie gender Menge enthalten, hartzulöten, und zwar in der Hauptsache wegen der Schwierig keit, den festhaftenden und beständigen Oxy d- film, der sich an der Oberfläche dieser Me talle befindet, zu entfernen. Im übrigen gibt es eine Anzahl Legierungen, die, vom Stand punkt der Korrosionsbeständigkeit aus be trachtet, als Lötmaterialien geeignet wären, die jedoch zu hohe Schmelzpunkte aufweisen, um mit bekannten Flussmitteln zusammen ver wendet werden zu können.
Anderseits sind die Schmelzpunkte der Legierungen, die zum Hartlöten. geeignet wären, zu tief, als dass diese zusammen mit bekannten Flussmitteln, die zum Schweissen angewendet werden, verwendet werden könnten. Das Entfernen des Oxyd films bildet beim Hartlöten ein schwierigeres Problem als beim Weichlöten, da beim Weich löten von Leichtmetallen gewöhnlich sowohl das Flussmittel als auch das Lötmetall mit tels eines Lötwerkzeuges oder durch Verdamp fen reichlicher Mengen von flüchtigen Reak tionsprodukten in Bewegung gehalten werden. Diese Bewegung erleichtert das Durchbrechen und das Abtragen des Oxydfilms und versetzt das Lot in die Lage, mit dem vom Oxyd be freiten Leichtmetall in innige Berührung zu kommen.
Eine solche Arbeitsweise ist, beim Hartlöten nicht möglich, da das Schmelzen des Lötmetalles gewöhnlich in einem Ofen oder in einer andern Vorrichtung durchge führt wird, was die Möglichkeit der Verwen dung eines Werkzeuges zum Verrühren des Lötgemisches ausschliesst. In diesem Fall muss das Hartlötflussmittel von sich aus derart wir ken, dass der Oxydbelag vollständig entfernt wird. Wenn die Abtragung des Oxyds statt- gefunden hat, bewirkt das Flussmittel, dass sich das geschmolzene Hartlötmetall gleich mässig zwischen und über den Oberflächen der zu vereinigenden Teile verteilt.
Es hat sich gezeigt, dass Flussmittel zum Weichlöten für die Zwecke des Hartlötens ungeeignet sind. Viele dieser Flussmittel sind bei den für die Hartlötoperation verwendeten erhöhten Temperaturen unbeständig, das heisst dass sie entweder verdampfen, sich zersetzen oder wegfliessen, bevor die Hartlöttemperatur erreicht ist. Andere Weichlötflussmittel sind die sogenannten Reaktionsflussmittel, die ver hältnismässig grosse Mengen Schwermetallsalze, beispielsweise Zinkchlorid, enthalten. Diese Salze zersetzen sich unter Bildung einer Me tallablagerung, die entweder als Weichlot oder als Zwischenschicht zwischen dem Weichlot und den Oberflächen der zu lötenden Teile dient oder mit dem Weichlot eine Legierung bildet und so die Eigenschaften des Weich lotes verändert.
Beim Hartlöten von Leicht metallen ist eine derartige Ablagerung von Schwermetall unerwünscht, da diese eine Schwächung der Lötstelle bewirkt und die letztere gegen Korrosion empfindlicher macht. Das Flussmittel der vorliegenden Erfin dung vermag nun den Oxydbelag in wirk samer Weise zu entfernen, ohne dass dabei eine von aussen her wirkende Bewegung ange wendet wird. Ferner vermag es die Ausbrei tung des geschmolzenen Hartlötmetalles über die zu vereinigenden Metallteile zu fördern, wobei es ausserdem bewirkt, dass das Hartlöt metall mit der Oberfläche des zu lötenden Metalles in innige Berührung kommt. Mit dem neuen Flussmittel kann man korrosions beständige Legierungen, wie z.
B. Aluminium- oder Magnesiumlegierungen, als Lötmetall verwenden, und zwar bei Temperaturen, die unter den bei Schweissoperationen vorherr schenden Temperaturen liegen. Schliesslich eignet. sieh das neue Flussmittel für Hartlöt- operationen im Ofen.
Das erfindungsgemässe Flussmittel ist da durch gekennzeichnet, dass es 1 bis 30 Ge wichtsprozent mindestens eines Alkalimetall- fluorides, ferner mindestens ein Zinkhalo genid, dessen Molekulargewicht unter 230 liegt, wobei der Zinkgehalt 7,7 Gewichtspro zent des Flussmittels nicht übersteigt, und mindestens zwei Alkalimetallchloride, von denen jedes in einer innerhalb des Bereiches von 5 bis 80 Gewichtsprozent liegenden Menge vorhanden ist, enthält. Mit dem neuen Flussmittel lassen sich Leichtmetallgegenstände mittels eines geeig neten Lotes rasch und zweckmässig hartlöten. Das Vorhandensein von Zinkhalogenid scheint sowohl die Ausbreitung des geschmolzenen Hartlötmetalles und dessen Anhaften an der Leichtmetalloberfläche zu fördern als auch die Entfernung jedes Oxydbelages zu erleich tern.
Es hat sich gezeigt, dass dieses Fluss mittel jeden Oxydfilm und festhaftenden Fremdstoff, beispielsweise Fett, zu entfernen vermag, ohne dass dabei eine von aussen her wirkende Bewegung angewendet wird. Es hat sich gezeigt, dass mittels dieses Flussmittels Leichtmetallteile in wenigen Minuten ver einigt werden können und dass die resultieren den Lötverbindungen stark und fehlerfrei sind. Im Fall von T-förmigen Lötstellen bildet das Hartlötmetall einen gut abgerundeten Saum.
Gewünschtenfalls kann das Flussmittel ausser Zinkhalogenid noch 0,01 bis 0,5 Ge wichtsprozent, bevorzugterweise 0,05 bis 0,3 Gewichtsprozent, mindestens eines Halogenids eines Metalles enthalten, das in der elektri schen Spannungsreihe unter dem Aluminium liegt, das heisst edler als Aluminium ist, bei spielsweise Zinn- oder Bleihalogenid.
Das durch diesen Zusatz modifizierte Flussmittel weist die gleichen wirksamen Rei- nigungscharakteristika wie das Grundgemisch auf und entfernt den Oxydfilm und Verun reinigungen, wie z. B. Fett, ohne dass dabei eine von aussen her wirkende Bewegung an gewendet werden muss. Die Wirkung des Zu satzes dieser geringen Menge eines Halogenids kann, in groben Zügen, als Steigerung der Aktivität des Flussmittels umschrieben wer den. Die geringe Halogenidmenge scheint die Wirkung des Zinkhalogenids zu beschleunigen oder zu katalysieren. Diese Wirkung zeigt sich in einer Steigerung des Benetzungsver mögens des Flussmittels, welche ihrerseits die Ursache dafür ist, dass das geschmolzene Hartlötmetall leichter fliesst.
Edlere Metalle als Aluminium sind z. B. Mangan, Chrom, Eisen, Kadmium, Kobalt, Nickel, Zinn, Blei, Kupfer, Wismut, Antimon, Quecksilber, Silber, Palladium, Platin und Gold. Obwohl alle Halogenide dieser Metalle als Zu sätze den gewünschten Effekt aufweisen, ist es aus verschiedenen Gründen doch nicht mög lich, sie alle zu verwenden. Palladium, Platin und Gold beispielsweise sind zu teuer, als dass sich deren Verwendung rechtfertigen liesse. Die Verwendung von Quecksilberhalogeniden bringt eine Korrosionsgefahr mit sich, wenn Leichtmetallteile zusammengelötet werden. Die Menge des zuzusetzenden Halogenids schwankt. innerhalb den gegebenen Grenzen und hängt vom jeweiligen Metallbestandteil ab.
Ferner hängt die Wahl des Halogenids von der Art des Flussmittels, des Hartlötmetalles und der zu vereinigenden Teile ab. Die Menge dieses Zusatzes liegt vorteilhafterweise im Bereich von 0,01 bis 0,50/o, wobei jedoch als untere Grenze der Wert von 0,051/o bevorzugt wird, so dass der bevorzugte Bereich zwischen 0,05 und 0,30/o liegt. Wird ein Zinnhalogenid ver wendet, so empfiehlt es sich, die Menge nicht grösser als 0,05 0/o zu wählen, da grössere Men gen die Entstehung eines schwarzen Fleckens an der Lötstelle und den angrenzenden, durch das Flussmittel bedeckten Metallteilen bewir ken. Wenn zwei oder mehrere der oben ge nannten Halogenide verwendet werden, so sollte die Gesamtmenge den Wert von 0,50/o nicht überschreiten.
Die Wahl des speziellen Halogenids, wel ches dem Flussmittel zugesetzt werden kann, ist in starkem Mass von der Zusammensetzung der zu vereinigenden Metalle abhängig, da durch Zusatz eines gewissen dieser Halogenide ein Flussmittel erhalten wird, welches sich für das eine Metall oder die eine Legierung bes ser eignet als für ein anderes Metall oder eine andere Legierung. Wenn beispielsweise eine Leichtmetallegierung, die Mangan enthält, hartgelötet wird, so ist es zweckmässig, dem Flussmittel eine kleine Menge Zinnchlorid zu zusetzen. Werden Leichtmetallegierungen hartgelötet, die Magnesium oder Magnesium und Silicium enthalten, so kann Bleichlorid mit gutem Erfolg zugesetzt werden.
Es können sehr verschiedene Hartlöt metalle für die Erzeugung von Lötstellen ver wendet werden, vorausgesetzt, dass die Schmelzpunkte dieser Lötmetalle unter dem jenigen des zu lötenden Metalles liegen und dass die Lötmetalle ausserdem andere erfor derliche Eigenschaften besitzen, wie z. B. gutes Haftvermögen gegenüber dem zu lötenden Metall infolge Legierens, gute Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Im allgemeinen weist das Lötmetall das gleiche Grundmetall wie das zu lötende Metall auf und besitzt daher einen höheren Schmelzpunkt als Weich lote. So liegt die Temperatur, bei welcher die Lötverbindung zustande kommt, normaler weise zwischen 510 C oder auf jeden Fall zwischen dem Schmelzpunkt des Lötmetalles und der Temperatur, bei welcher das zu lötende Metall zu schmelzen beginnt.
Es ist jedoch zweckmässig, die Vereinigung bei einer Temperatur durchzuführen, bei welcher das Lötmetall den geeigneten flüssigen Zustand auf weist, ohne diese Temperatur zu nahe an den Schmelzpunkt des zu lötenden Metalles kom men zu lassen, da bei einer solchen Tem peratur dieses Metall weich und leicht defor mierbar ist. Es hat sich erwiesen, dass in den meisten Fällen befriedigende Resultate erzielt werden, wenn Aluminiumlegierungen als Lötmaterial zum Hartlöten von Teilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, und Magnesiumlegierungen zum Hartlöten von Teilen aus Magnesium oder Magnesium legierungen verwendet werden. Binäre Alu miniumlegierungen, mit welchen befriedigende Resultate erzielt werden, sind z. B. diejenigen, die 5 bis 130/o Silicium und 87 bis 951/o Aluminium mit dem gewöhnlichen Gehalt an Verunreinigungen enthalten.
Die Komponenten des erfindungsgemässen Flussmittels können in verschiedenen Mengen verhältnissen zugegen sein. Während die Menge der Alkalimetallfluoride in gewissen Fällen bis zu 300/9 betragen kann, wurde ge funden, dass ein befriedigender Bereich für die Menge der Alkalimetallfluoride zwischen 1. und 1.51/o, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flussmittels, liegt; bevorzugt wird jedoch die Verwendung von 2 bis 81/o. Man hat ge funden, dass mindestens 7.0/o dieser Alkali- metallfluoride vorhanden sein muss, damit eine richtige Reinigung der Metalloberfläche erzielt werden kann. Bei Verwendung eines normalen Alkalimetallfluorids, wie z.
B. Na- t.riumfluorid, Kaliumfluorid oder Lithium- fluorid, wird man vorzugsweise höchstens 750/o davon zusetzen, da. eine grössere Menge desselben eine Erhöhung des Schmelzpunktes über den zum Hartlöten geeigneten Bereich hinaus bewirken würde. Sowohl die normalen als auch die sauren Fluoride der Alkalimetalle können im Flussmittel verwendet werden. Die Bezeichnung Alkalimetallfluorid umfasst beide Arten. Auch wenn mehrere normale Fluoride verwendet werden, so sollte aus dem genannten Grunde die Gesamtmenge zweek- mässigerweise nicht mehr als 151/o betragen.
Falls saure Fluoride verwendet werden, so kann die Gesamtmenge an Fluoriden bis zu 300/o betragen; eine grössere Menge würde auch hier eine Erhöhung des Schmelzpunktes auf eine für das Hartlöten zu hohe Tempera tur bewirken. Werden normale und saure Fluoride kombiniert verwendet, so darf die Gesamtmenge den Betrag von 300/o niemals übersteigen. Von dieser Gesamtmenge wird jedoch das normale Fluorid aus dein genann ten Grunde zweckmässigerweise nicht mehr als 15 0/o ausmachen.
Hinsichtlich des Zinkhalogenids können die drei Zinksalze Zinkchlorid, Zinkbromid und Zinkfluorid entweder einzeln in einer Menge von 0,01 bis 16 0/o des Chlorids, 0,01 bis 26,5 0/o des Bromids oder 0,01 bis 12 0/o des Fluorids oder kombiniert verwendet werden. Die Gesamtmenge sollte jedoch in keinem Fall einen Betrag überschreiten, der einem Zinkgehalt von 7,7 0/o des Flussmittels ent- spricht. Falls das Zinkchlorid allein verwen- det wird, so wird die Verwendung von 6 bis 120/o dieses Salzes bevorzugt.
Falls das Zink bromid allein verwendet wird, so liegt der be vorzugte Bereich zwischen 8 und 140/o, und wenn Zinkfluorid allein verwendet wird, so beträgt die bevorzugte Menge 2 bis 71/o. Als Resultat der Untersuchungen wurde gefunden, dass die maximale Menge an Zink, im folgen den als verfügbares Zink bezeichnet, in Ge wichtsprozent ausgedrückt, kleiner als 7,70/o, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flussmit tels, sein sollte und dass zwecks Entstehung einer befriedigenden Vereinigung nicht das gesamte verfügbare Zink niedergeschlagen werden muss. Dieser Zinkgehalt von 7,70/o stellt den ungefähren Zinkgehalt in 16 0/o Zink chlorid, 26,50/o Zinkbromid und 120/o Zink- fluorid dar.
Falls grössere Mengen dieser Salze verwendet werden, kann der Fall ein treten, dass der dem Hartlöten unterworfene Metallteil übermässig angegriffen wird, wo durch die Lötstelle eine geringere Festigkeit und ein schlechteres Aussehen erlangt.
Zinkchlorid, -bromid und/oder -fluorid scheinen die Durchdringung und die Abtra gung des Oxydfilms von der Oberfläche des Metaller zu fördern, und in Verbindung mit dem Alkalimetallfluorid üben sie eine aus geglichene, präparierende Wirkung auf die Metalloberfläche aus und fördern die Aus breitung des geschmolzenen Hartlötmetalles. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, wenn eine grosse Zahl von Teilen oder kompliziert ge staltete Gebilde in einem Ofen zu einem ein zigen Gegenstand zusammengelötet werden, wobei eine hohe Gleichmässigkeit der Resultate verlangt wird. Bis heute wurden auf dem Ge biet des VNeichlötens grosse Mengen an Zink chlorid verwendet.
Diese Arbeitsweise wäre jedoch beim Hartlöten erfolglos, da die grosse Menge des durch Zersetzung des Chlorids ge bildeten Zinks die Entstehung einer gatten Verbindung erheblich stören würde. Es wurde gefunden, dass, obwohl eine gewisse Abschei dung von Zink im Flussmittel erfolgt, wie klein der Zusatz an Salz auch sein möge, durch Beschränkung der Menge der Zinksalze auf den oben angegebenen Bereich eine rasche Entfernung des Oxydfilms und eine befrie digende Ausbreitung des geschmolzenen Löt- metaller erzielt werden können. Wenn immer eine Zinkabscheidung stattfindet, so ist sie unmerklich klein und beeinflusst die Eigen schaften der Lötstelle, wie die Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeit, nicht wesentlich.
Das Fehlen einer Bewegung des Flussmittels während der Hartlötoperation wirkt sich der art aus, dass die Abscheidung von Zink weiter eingeschränkt wird.
Die physikalischen Eigenschaften des Flussmittels werden zum grossen Teil von der Zusammensetzung des Trägermittels bestimmt, da diese Komponente im allgemeinen minde stens 50 Gewichtsprozent des gesamten Fluss mittels darstellt. Die relativen Mengen der Bestandteile des Trägermittels werden zweck mässig derart, gewählt, dass mit dem speziellen, für die Hartlötoperation verwendeten Metall. der richtige Schmelzpunkt. eingestellt wird. Das Flussmittel sollte vor dem Lötmetall schmelzen. Es hat sich beim Hartlöten von Leichtmetallen gezeigt, dass der Schmelz punkt des Flussmittels im allgemeinen nicht höher als 638 C liegen sollte. Flussmittel mit. Schmelzpunkten von 510 bis 592 C geben beim Hartlöten der meisten Leichtmetallteile be friedigende Resultate.
Das Trägermittel dient dem Zweck, die aktiven Bestandteile mit dem zu lötenden Metall in Berührung zu bringen und ausserdem die Oxydteilchen und andere Substanzen, die das Flussmittel von der Ober fläche des Metaller losgelöst hat, wegzutragen. Für die Zwecke des Hartlötens stellen die Alkalimetallchloride wegen ihrer Beständig keit, ihrer Eigenschaft des Nichtoxydierens und des weiten Schmelzpunktbereiches ihrer Gemische die befriedigendsten Trägermittel dar.
Unter den in der vorliegenden Beschrei bung genannten Alkalimetallehloriden sind insbesondere die Chloride des Natriums, Ka liums und Lithiums zu verstehen, von denen man vorzugsweise je zwei oder alle ungefähr in Mengen der folgenden Prozentbereiche, be zogen auf das Gesamtgewicht des Flussmittels, verwenden wird
EMI0006.0000
Prozent
<tb> NaCl <SEP> 5-60
<tb> KCl <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 60
<tb> LiCl <SEP> 5-80 Die aus den Alkalimetallchloriden und den andern Bestandteilen des Flussmittels beste hende Gesamtmenge kann natürlich 100 0/o nicht überschreiten.
Das heisst, dass bei Ver wendung einer maximalen Menge des einen Bestandteils die Mengen der andern Bestand teile entsprechend herabgesetzt werden müssen.
Durch Verwendung eines Hartlötflussmit tels der oben angegebenen Zusammensetzung, zusammen mit einem geeigneten Lötmetall, wird es möglich, entweder zwischen Leicht metallteilen oder zwischen Leichtmetallen und andern Metallen, wie z. B. Eisen oder Kupfer, eine starke Lötverbindung herzustellen. Dieses Flussmittel ist für die Verwendung mit Hart lötmetallen verschiedenartiger Zusammenset zungen, insbesondere mit jenen Legierungen, die Aluminium oder Magnesium als Haupt bestandteil enthalten, geeignet. Die oben er wähnten Flussmittelgemische weisen einen Schmelzpunktbereich auf, der die Verwendung von korrosionsbeständigen Legierungen als Hartlötmetall zulässt.
Bis jetzt waren die ein zigen Flussmittel, die mit diesen korrosions beständigen Legierungen zusammen ausnahms weise verwendet werden konnten, jene, welche derart hohe Schmelzpunkte aufweisen, dass deren Verwendbarkeit praktisch auf Schweiss operationen beschränkt blieb. Durch Verwen dung der hier beschriebenen Flussmittel wird es möglich, sowohl mittels des gewöhnlichen Hartlötverfahrens unter Anwendung eines Lötofens als auch mittels anderer Hartlötver- fahren starke, korrosionsbeständige Lötstellen herzustellen.
Zur Erläuterung spezieller Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung seien die folgenden, bevorzugten Flussmittelgemische ge nannt: (1) 5 0/o NaCl, 48 0/o KCl, 37 0/o LiCl, 7 0/o LiF, 3 0/o ZnF2. (2) 260/o NaCl, 540/o KCl, 80/o LiF, 1211/o ZnCl2.
Es folgen nun Beispiele von modifizierten Flussmitteln, die zusätzlich zum Zinkhalogenid ein Halogenid oder Halogenide von Metallen, die edler als Aluminium sind, enthalten.
So sei als Beispiel, das in Verbindung mit Mangan enthaltenden Aluminiumlegierungen (beispielsweise mit 1,20/o Mn, Restgehalt: Aluminium mit den üblichen Verunreinigun gen) verwendet werden kann, angegeben (3) 260/o NaCl, 540/o KCl, 80/o LiF, 11,950/o ZnCl, 0,0511/o SnCl2.
Als weiteres Beispiel. modifizierter Fluss mittel sei das folgende bevorzugte Flussmittel gemisch, das in Verbindung mit Magnesium und Chrom enthaltenden Aluminiumlegierun gen (beispielsweise mit 2,50/o Mg, 0,250/o Chrom, Restgehalt: Aluminium mit den übli chen Verunreinigungen.) verwendet werden kann, angegeben: (4) 30 0/o NaCl, 36 0/o KC1,18 0/o LiCl, 7,90/o ZnCl2, 0,10/o PbCl2, 80/o LiF.
Die Minimal-Hartlöttemperaturen, die in Verbindung mit. den Flussmitteln der oben ge nannten Zusammensetzungen angewendet wer den können, sind etwa 510 C respektive etwa 588 C. Durch Veränderung der Mengenver hältnisse der Komponenten des Trägermittels können andere, ähnliche Flussmittel hergestellt werden, deren Minimal-Hartlöttemperaturen verschieden sind, entsprechend der Art der Hartlötlegierung und der zu vereinigenden Teile.
Die Durchführung des Hartlötens von Alu- i minium- oder Magnesiumteilen zwecks Her stellung einer T-förmigen Lötstelle kann wie folgt geschehen: Zwei Streifen eines Bleches aus handelsüblichem, reinem Aluminium wer den längs der zu vereinigenden Stelle mit dem i Flussmittel (2) in Form einer wässrigen Paste bestrichen. Sie werden in einer Klemm vorrichtung derart montiert, dass sie in der Anordnung eines umgekehrten T festgehalten werden, worauf ein Draht aus der Hartlöt- i legierung (5 0/o Si, 95 0/o Al) an der Verbin dungsstelle der beiden Streifen angebracht wird.
Das ganze Gebilde wird hierauf in einen Ofen gestellt und bei 607 C während 10 Mi nuten erhitzt. Das dem Ofen entnommene Ge bilde weist, nach der Abkühlung auf Zimmer temperatur, als Resultat der Operation, eine fehlerfreie Lötstelle und einen auf beiden Sei ten der Lötstelle gebildeten Rand von Hart lötmetall auf, ohne einen wahrnehmbaren Nie derschlag von metallischem Zink zu bilden. Der gesamte Rückstand des Flussmittels kann mit Leichtigkeit durch Waschen von der frisch erzeugten Lötstelle entfernt werden.
In ähnlicher Weise werden zwei Magne siumblechstreifen durch Hartlöten verbunden, wobei als Flussmittel 160/o NaCl, 321/o KCl, 320/o LiCl, 120/o ZnC12 und 80/o KHF@ und eine geeignete Magnesiumlegierung als Löt metall verwendet werden. Die vereinigten Streifen werden in einem Ofen bei 592 C wäh rend 1.0 Minuten erhitzt. Auf diese Weise wird eine Lötstelle mit guter Randbildung erhalten.
Im folgenden sei ein Beispiel. zum Hart löten einer Magnesium enthaltenden Alumi niumlegierung (2,50/o Mg, 0,250/o Cr, Rest Al mit üblichen Verunreinigungen) beschrieben unter Erwähnung der besonderen Hartlöt- operationen zur Erzeugung einer T-förmigen Lötstelle und unter Verwendung des oben erwähnten Flussmittels (4). Zwei Streifen eines Bleches werden mit dem Flussmittel in Form einer wässrigen Paste längs der zu ver einigenden Stelle bestrichen. Dann werden sie in einer Klemmvorrichtung derart mon tiert, dass sie in der Anordnung eines umge kehrten T festgehalten werden, worauf ein Draht aus der Hartlötlegierung (100/o Si, 40/o Cu, 860/o Al) an der Verbindungsstelle der beiden Streifen angebracht wird.
Das ganze Gebilde wird dann in einen Ofen ge stellt. und während 1.5 Minuten auf 5700C erhitzt. Das dem Ofen entnommene Gebilde weist, nach Abkühlung auf Zimmertempera tur, eine fehlerfreie Lötstelle und einen sym metrischen, aus Lötmetall bestehenden Strei fen beiderseits der Lötstelle auf. Der gesamte Rückstand des Flussmittels kann mit Leichtig keit durch Waschen von der frisch erzeugten Lötstelle entfernt werden.
In ähnlicher Weise kann man zwei Strei fen aus Magnesium unter Verwendung eines aus 16 0/o NaCl, 32 0/o KCl, 32 0/o LiCl, 11,8 0/o ZnCl2, 80/o KF und 0,20/o SbCl3 bestehenden Flussmittels und einer geeigneten Magnesium legierung hartlöten. Die vereinigten Streifen werden in einem Ofen während 10 Minuten auf 510 C erhitzt. Man erhält auf diese Weise eine fehlerfreie Lötstelle mit guter Randbildung.
Flux suitable for brazing light metals. The present invention relates to a flux suitable for brazing light metals. The term light metal used in the present description is intended to include both commercially pure aluminum and magnesium and alloys that contain at least 50 percent by weight of one or the other metal.
Brazing is generally understood to mean a process in which metal parts are united between these parts by melting a metal with a lower melting point, without the metal used to be soldered noticeably melting. In a brazing operation, the parts to be joined, if a flux is used, are usually first painted over with this and put together with a piece of solder which comes to lie between the parts that are next to one another. The braze metal can either be added in the form of a powder, wire, strip or sheet, or it can take the form of a metal coating on the parts to be joined.
When many components need to be soldered together, the assembled components are advantageously placed in a furnace or other heating device which melts the flux and braze metal. Brazing is to be distinguished from the usual operation of soft soldering, the latter being carried out at much lower temperatures, whereby the molten solder is applied to the points to be joined together with a flux and the molten substances are often processed on the soldering point using a suitable tool will.
The strength of the solder connection can partly depend on the mechanical agitation of both the foot means and the solder, while this strength in brazing practically only depends on the behavior of the flux and the molten solder and not on an external stirring movement.
A satisfactory brazing flux should generally have the following physical properties: It must flow at a temperature slightly below the melting point of the brazing metal. It must adhere to the surfaces of the metals to be soldered or wet them. It is intended to facilitate the spreading and alloying of the molten solder on the surface of the metal parts to be united. It should also remove any oxide coating present on the metal parts or other contaminants adhering to them, so that there is a contact of metal on metal between the solder and the parts to be united.
However, it should not noticeably attack the metal and should protect the cleaned surface from renewed oxidation. Ultimately, any flux residue that remains after a full brazing operation should be easy to remove. If it is not removed, this residue causes, with continued exposure to a moist atmosphere or some other similar medium with which the soldered object can come into contact, "probably" corrosion of the metal and the soldering point.
Up to now, it has not been possible to braze objects made of aluminum or magnesium or alloys which contain these metals in predominant amounts, mainly because of the difficulty in securing the firmly adhering and stable oxide film that adheres to the surface of these metals is to be removed. In addition, there are a number of alloys which, from the point of view of corrosion resistance, would be suitable as brazing materials, but which have too high melting points to be used together with known fluxes.
On the other hand, the melting points of the alloys are used for brazing. would be too deep to be used in conjunction with known fluxes used for welding. The removal of the oxide film is a more difficult problem with brazing than with soft soldering, since when soft soldering light metals, both the flux and the solder metal are usually kept in motion by means of a soldering tool or by evaporation of copious amounts of volatile reaction products. This movement makes it easier to break through and remove the oxide film and enables the solder to come into intimate contact with the light metal freed from the oxide.
Such a mode of operation is not possible with brazing, since the melting of the solder is usually carried out in an oven or in another device, which excludes the possibility of using a tool to stir the solder mixture. In this case, the brazing flux itself must act in such a way that the oxide film is completely removed. When the oxide has been removed, the flux causes the molten braze metal to be evenly distributed between and over the surfaces of the parts to be joined.
It has been found that soft soldering fluxes are unsuitable for brazing purposes. Many of these fluxes are unstable at the elevated temperatures used in the brazing operation, meaning that they either evaporate, decompose or flow away before the brazing temperature is reached. Other soft soldering fluxes are the so-called reaction fluxes, which contain relatively large amounts of heavy metal salts, for example zinc chloride. These salts decompose to form a metal deposit, which either serves as a soft solder or as an intermediate layer between the soft solder and the surfaces of the parts to be soldered or forms an alloy with the soft solder and thus changes the properties of the soft solder.
When brazing light metals, such a deposition of heavy metal is undesirable, as this weakens the solder joint and makes the latter more sensitive to corrosion. The flux of the present invention is now able to remove the oxide coating in an effective manner without an externally acting movement being applied. Furthermore, it is able to promote the expansion of the molten brazing metal over the metal parts to be united, and it also causes the brazing metal to come into intimate contact with the surface of the metal to be soldered. With the new flux you can use corrosion-resistant alloys, such as.
B. aluminum or magnesium alloys, use as solder, at temperatures below the prevailing temperatures in welding operations. Finally suitable. see the new flux for brazing operations in the oven.
The flux according to the invention is characterized in that it contains 1 to 30 percent by weight of at least one alkali metal fluoride, furthermore at least one zinc halide, the molecular weight of which is below 230, the zinc content not exceeding 7.7 percent by weight of the flux, and at least two alkali metal chlorides each of which is present in an amount within the range of 5 to 80 weight percent. With the new flux, light metal objects can be quickly and conveniently brazed using a suitable solder. The presence of zinc halide appears to promote the spread of the molten brazing metal and its adhesion to the light metal surface as well as to facilitate the removal of any oxide film.
It has been shown that this flux is able to remove any oxide film and firmly adhering foreign matter, for example fat, without using any external movement. It has been shown that by means of this flux light metal parts can be united in a few minutes and that the resulting soldered connections are strong and free of defects. In the case of T-shaped solder joints, the braze metal forms a well-rounded seam.
If desired, in addition to zinc halide, the flux can also contain 0.01 to 0.5 percent by weight, preferably 0.05 to 0.3 percent by weight, of at least one halide of a metal that is below aluminum in the electrical voltage series, that is, more noble than aluminum is, for example, tin or lead halide.
The flux modified by this additive has the same effective cleaning characteristics as the basic mixture and removes the oxide film and impurities, such as. B. fat, without an externally acting movement having to be applied. The effect of adding this small amount of a halide can be roughly described as an increase in the activity of the flux. The small amount of halide appears to accelerate or catalyze the action of the zinc halide. This effect manifests itself in an increase in the wetting capacity of the flux, which in turn is the reason why the molten brazing metal flows more easily.
More precious metals than aluminum are z. B. manganese, chromium, iron, cadmium, cobalt, nickel, tin, lead, copper, bismuth, antimony, mercury, silver, palladium, platinum and gold. Although all the halides of these metals have the desired effect as additives, it is not possible, please include all of them, for various reasons. Palladium, platinum and gold, for example, are too expensive to justify their use. The use of mercury halides entails a risk of corrosion when light metal parts are soldered together. The amount of halide to be added varies. within the given limits and depends on the respective metal component.
Furthermore, the choice of halide depends on the type of flux, braze metal and the parts to be joined. The amount of this additive is advantageously in the range from 0.01 to 0.50 / o, although the value of 0.051 / o is preferred as the lower limit, so that the preferred range is between 0.05 and 0.30 / o. If a tin halide is used, it is advisable not to choose the amount greater than 0.05%, as larger amounts cause the formation of a black spot at the soldering point and the adjacent metal parts covered by the flux. If two or more of the above-mentioned halides are used, the total amount should not exceed the value of 0.50 / o.
The choice of the specific halide that can be added to the flux depends to a large extent on the composition of the metals to be combined, since the addition of a certain of these halides results in a flux that is suitable for the one metal or alloy more suitable than for another metal or alloy. If, for example, a light metal alloy containing manganese is brazed, it is advisable to add a small amount of tin chloride to the flux. If light metal alloys containing magnesium or magnesium and silicon are brazed, then lead chloride can be added with good results.
Very different brazing metals can be used for the production of soldering points, provided that the melting points of these soldering metals are below that of the metal to be soldered and that the soldering metals also have other properties required, such as. B. good adhesion to the metal to be soldered due to alloying, good strength and corrosion resistance. In general, the solder has the same base metal as the metal to be soldered and therefore has a higher melting point than soft solder. The temperature at which the soldered connection is made is normally between 510 C or in any case between the melting point of the solder and the temperature at which the metal to be soldered begins to melt.
However, it is advisable to carry out the union at a temperature at which the solder has the appropriate liquid state, without allowing this temperature to come too close to the melting point of the metal to be soldered, since this metal is soft and at such a temperature is easily deformable. It has been found that in most cases satisfactory results are achieved when aluminum alloys are used as the brazing material for brazing parts made of aluminum or aluminum alloys, and magnesium alloys for brazing parts made of magnesium or magnesium alloys. Binary aluminum alloys with which satisfactory results are achieved are, for. B. those containing 5 to 130 / o silicon and 87 to 951 / o aluminum with the usual level of impurities.
The components of the flux according to the invention can be present in various proportions. While the amount of alkali metal fluorides can be up to 300/9 in certain cases, it has been found that a satisfactory range for the amount of alkali metal fluorides is between 1 and 1.51 / o, based on the total weight of the flux; however, the use of 2 to 81 / o is preferred. It has been found that at least 7.0 / o of these alkali metal fluorides must be present so that the metal surface can be properly cleaned. When using a normal alkali metal fluoride, such as.
B. sodium fluoride, potassium fluoride or lithium fluoride, one will preferably add a maximum of 750 / o of them, since. a greater amount of it would cause the melting point to increase beyond the brazing suitable range. Both the normal and acidic fluorides of the alkali metals can be used in the flux. The term alkali metal fluoride includes both types. Even if several normal fluorides are used, the total amount should not be more than 151 / o for the reasons mentioned.
If acidic fluorides are used, the total amount of fluorides can be up to 300 / o; a larger amount would increase the melting point to a temperature that is too high for brazing. If normal and acidic fluorides are used in combination, the total amount must never exceed 300 / o. Of this total amount, however, the normal fluoride will expediently not make up more than 15% for your reasons.
With regard to the zinc halide, the three zinc salts zinc chloride, zinc bromide and zinc fluoride can be used individually in an amount of 0.01 to 16% of the chloride, 0.01 to 26.5% of the bromide or 0.01 to 12% of fluoride or combined. However, the total amount should in no case exceed an amount corresponding to a zinc content of 7.7% of the flux. If the zinc chloride is used alone, the use of 6 to 120% of this salt is preferred.
If the zinc bromide is used alone, the preferred range is between 8 and 140 / o, and when zinc fluoride is used alone, the preferred amount is 2 to 71 / o. As a result of the investigations it was found that the maximum amount of zinc, hereinafter referred to as the available zinc, expressed in percent by weight, should be less than 7.70 / o, based on the total weight of the flux, and that for the purpose of creating a For a satisfactory association, not all of the available zinc has to be deposited. This zinc content of 7.70 / o represents the approximate zinc content in 16 0 / o zinc chloride, 26.50 / o zinc bromide and 120 / o zinc fluoride.
If larger amounts of these salts are used, the case may arise that the metal part subjected to brazing is excessively attacked, where the brazed joint has a lower strength and a poorer appearance.
Zinc chloride, bromide and / or fluoride seem to promote the penetration and removal of the oxide film from the surface of the metal, and in conjunction with the alkali metal fluoride they exert a balanced, preparatory effect on the metal surface and promote the spread of the molten brazing metal. This is of particular importance when a large number of parts or complex structures are soldered together in a furnace to form a single object, where a high degree of uniformity of the results is required. To date, large amounts of zinc chloride have been used in the field of V-calibration.
However, this procedure would be unsuccessful in brazing, since the large amount of zinc formed by decomposition of the chloride would significantly interfere with the formation of a similar connection. It has been found that, although some zinc deposition occurs in the flux, however small the addition of salt may be, by limiting the amount of zinc salts to the range given above, rapid removal of the oxide film and satisfactory expansion of the molten one has been found Solder metal can be achieved. Whenever zinc deposition occurs, it is imperceptibly small and does not significantly affect the properties of the solder joint, such as strength and corrosion resistance.
The lack of movement of the flux during the brazing operation has the effect of further limiting the deposition of zinc.
The physical properties of the flux are largely determined by the composition of the carrier, since this component generally represents at least 50 percent by weight of the total flux. The relative amounts of the constituents of the carrier are expediently chosen to be compatible with the particular metal used for the brazing operation. the right melting point. is set. The flux should melt before the solder. When brazing light metals, it has been shown that the melting point of the flux should generally not be higher than 638 C. Flux with. Melting points of 510 to 592 C give satisfactory results when brazing most light metal parts.
The purpose of the carrier means is to bring the active components into contact with the metal to be soldered and also to carry away the oxide particles and other substances that the flux has detached from the surface of the metalworker. For the purposes of brazing, the alkali metal chlorides are the most satisfactory carriers because of their resistance, their non-oxidizing property and the wide melting point range of their mixtures.
The alkali metal chlorides mentioned in the present description are to be understood in particular as the chlorides of sodium, potassium and lithium, of which two or all of which are preferably used in amounts of the following percentage ranges, based on the total weight of the flux
EMI0006.0000
percent
<tb> NaCl <SEP> 5-60
<tb> KCl <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 60
<tb> LiCl <SEP> 5-80 The total amount consisting of the alkali metal chlorides and the other components of the flux cannot of course exceed 100%.
This means that if a maximum amount of one component is used, the amounts of the other components must be reduced accordingly.
By using a Hartlötflussmit means of the above composition, together with a suitable solder, it is possible either between light metal parts or between light metals and other metals, such as. B. iron or copper to make a strong solder joint. This flux is suitable for use with brazing metals of various compositions, particularly with those alloys that contain aluminum or magnesium as the main component. The flux mixtures mentioned above have a melting point range that allows the use of corrosion-resistant alloys as brazing metal.
Up until now, the only fluxes that could exceptionally be used with these corrosion-resistant alloys were those with such high melting points that their use was practically limited to welding operations. By using the flux described here, it is possible to produce strong, corrosion-resistant soldering points both by means of the usual brazing process using a brazing furnace and by means of other brazing processes.
To explain specific embodiments of the present invention, the following preferred flux mixtures may be mentioned: (1) 50 / o NaCl, 48 0 / o KCl, 37 0 / o LiCl, 7 0 / o LiF, 3 0 / o ZnF2. (2) 260 / o NaCl, 540 / o KCl, 80 / o LiF, 1211 / o ZnCl2.
The following are examples of modified fluxes which, in addition to zinc halide, contain a halide or halides of metals that are more noble than aluminum.
As an example, which can be used in connection with aluminum alloys containing manganese (for example with 1.20 / o Mn, residual content: aluminum with the usual impurities), is given (3) 260 / o NaCl, 540 / o KCl, 80 / o LiF, 11.950 / o ZnCl, 0.0511 / o SnCl2.
As another example. Modified flux is the following preferred flux mixture that can be used in conjunction with aluminum alloys containing magnesium and chromium (for example with 2.50 / o Mg, 0.250 / o chromium, residual content: aluminum with the usual impurities.) : (4) 30% NaCl, 36% KCl, 18% LiCl, 7.90 / o ZnCl2, 0.10 / o PbCl2, 80 / o LiF.
The minimum brazing temperatures associated with. The fluxes of the above-mentioned compositions are about 510 C and about 588 C. By changing the proportions of the components of the carrier, other, similar fluxes can be produced whose minimum brazing temperatures are different, depending on the type of brazing alloy and the parts to be united.
Carrying out the brazing of aluminum or magnesium parts for the purpose of producing a T-shaped soldering point can be done as follows: Two strips of a sheet of commercially available pure aluminum are shaped along the point to be united with the flux (2) coated with an aqueous paste. They are mounted in a clamping device in such a way that they are held in an inverted T arrangement, after which a wire made of the brazing alloy (50 / o Si, 95 0 / o Al) is attached to the junction of the two strips becomes.
The whole structure is then placed in an oven and heated at 607 C for 10 minutes. After cooling to room temperature, the result of the operation was that the structure removed from the furnace had a defect-free solder joint and an edge of hard solder formed on both sides of the solder joint without forming a perceptible precipitate of metallic zinc. All of the flux residue can be easily removed from the freshly created solder joint by washing.
In a similar way, two magnesium sheet strips are connected by brazing, with 160 / o NaCl, 321 / o KCl, 320 / o LiCl, 120 / o ZnC12 and 80 / o KHF @ and a suitable magnesium alloy being used as soldering metal. The combined strips are heated in an oven at 592 C for 1.0 minutes. In this way, a solder joint with good edge formation is obtained.
The following is an example. for brazing an aluminum alloy containing magnesium (2.50 / o Mg, 0.250 / o Cr, remainder Al with usual impurities) described with mention of the special brazing operations for creating a T-shaped soldering point and using the above-mentioned flux ( 4). Two strips of sheet metal are coated with the flux in the form of an aqueous paste along the point to be united. Then they are mounted in a clamping device in such a way that they are held in the arrangement of an inverted T, whereupon a wire made of the brazing alloy (100 / o Si, 40 / o Cu, 860 / o Al) at the junction of the two strips is attached.
The whole structure is then placed in an oven. and heated to 5700C for 1.5 minutes. The structure removed from the furnace shows, after cooling to room temperature, a flawless solder joint and a symmetrical strip made of solder on both sides of the solder joint. The entire residue of the flux can easily be removed from the freshly created solder joint by washing.
Similarly, two strips of magnesium can be obtained using one made of 16% NaCl, 32% KCl, 32% LiCl, 11.8% ZnCl2, 80% KF, and 0.20% Braze the existing SbCl3 flux and a suitable magnesium alloy. The combined strips are heated to 510 ° C. in an oven for 10 minutes. In this way, a flawless solder joint with good edge formation is obtained.