Zum Hartlöten von Leichtmetallen geeignetes Flussmittel. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf' ein neues zum hartlöten von Leichtmetal len geeignetes Flussmittel. Die Bezeichnung < < Leichtmetall soll im nachstehenden ins besondere handelsreines Aluminium und Magnesium sowie Legierungen, die min destens 500/o eines dieser Metalle enthalten, umfassen.
Die Technik des Hartlötens besteht im allgemeinen darin, zwei Metallteile dadurch miteinander zu verbinden, dass man zwischen denselben ein Metall mit niedrigerem Schmelz punkt zum Schmelzen bringt, ohne dass ein nesentliches Schmelzen der zu verbindenden Metalle eintritt. Sie unterscheidet sich einer seits vom Schweissen dadurch, dass kein wesentliches Schmelzen der zu verbindenden Metalle stattfindet, anderseits vom Weich löten dadurch, dass sie bei höheren Tempera turen und mit andern Verbindungsmetallen durchgeführt wird. Beim Hartlöten werden bei Verwendung eines Flussmittels die zu ver bindenden Teile im allgemeinen zuerst mit dem Flussmittel überzogen und dann, unter Zwischenschaltung eines Stückes des Ver bindungsmetalles, zusammengebracht.
Das Verbindungsmetall kann auch an einer Fugen kante der Verbindungsstelle angeordnet wer den. Man kann es auch in Form eines Pulvers, Drahtes, Streifens oder Blattes verwenden, oder es kann die Form eines auf den zu ver einigenden Teilen aufgebrachten Überzugs aufweisen. y4 o grosse Mengen von Artikeln der Hartlötung unterworfen werden sollen, werden die zu vereinigenden Teile in einen Ofen oder sonst ein geeignetes Heizmittel ein gebracht, das ein Schmelzen des Flussmittels und des Verbindungs- oder Hartlötmetalls bewirkt.
Das Hartlöten muss von dem üblichem Weichlöten, das bei viel niedrigeren Tem peraturen durchgeführt wird, und wo die flüs sigen Substanzen oft mit einem geeigneten Werkzeug auf der Verbindungsfläche ver teilt werden, unterschieden werden. Die Festigkeit und Fehlerfreiheit von weichgelöte ten Verbindungsstellen wird deshalb teilweise von der mechanischen Bewegung des Fluss- und Lötmittels abhängig sein, während man sich beim Hartlöten einzig auf das Verhalten des Flussmittels und des geschmolzenen Lotes verlassen muss, ohne auf die äussere Verteilung durch mechanische Einwirkung achten zu müssen.
Ein geeignetes Flussmittel zum Hartlöten sollte im allgemeinen folgende physikalischen Eigenschaften aufweisen: Es muss bei einer Temperatur fliessen, die etwas unter dem Schmelzpunkt des Hartlotes liegt. Es muss an der Oberfläche der zu verbindenden Metalle haften oder diese benetzen. Es muss die Aus breitung und Legierfähigkeit des geschmolze nen Hartlots über die Oberfläche der zu ver bindenden Metallteile erleichtern.
Es sollte vorhandene Oxydüberzüge und andere den Metallteilen anhaftende Fremdstoffe ent fernen, damit zwischen dem Hartlot einerseits und den zu verbindenden Metallteilen ander seits ein metallischer Kontakt entsteht, sollte aber das Metall nicht merklich angreifen. Ferner sollte es die gereinigte Oberfläche ge gen Wiederoxydation schützen. Schliesslich sollten etwaige Rückstände des Flussmittels, nach erfolgter Lötung, leicht wieder entfern bar sein. Dieser Flussmittelrückstand kann, wenn er nicht beseitigt wird, Korrosionen des Metalls und der hartgelöteten Verbindung zur Folge haben, wenn das Werkstück andauernd einer feuchten Atmosphäre oder einem andern ähnlichen Medium ausgesetzt ist.
Es war bisher nicht möglich, Gegenstände aus Aluminium oder Magnesium bzw. Legie rungen, in denen diese Metalle vorherrschen, hartzulöten, hauptsächlich infolge der Schwie rigkeiten, die sich bei der Entfernung des festhaftenden, beständigen Oxydfilms auf der Oberfläche dieser Metalle ergeben. Zudem sind verschiedene Legierungen, die vom Stand punkt der Korrosionsfestigkeit aus als Lot sehr befriedigend wären, zu hoch schmelzend, als dass man sie mit Weichlotflussmitteln ver wenden könnte, während anderseits in vielen Fällen die Schmelzpunkte der für das Hart löten geeigneten Legierungen zu niedrig sind, als dass man sie mit den bekannten Fluss mitteln für Schweissungen verwenden könnte.
Dem Problem der Entfernung des Oxydfilms kommt beim Hartlöten eine grössere Bedeu tung zu als beim Weichlöten, da beim Weich löten von Leichtmetallen in der Regel sowohl das Flussmittel als auch das Lot durch das Lötwerkzeug oder aber durch die Ver dampfung von überschüssigen Mengen flüch tiger Reaktionsprodukte in Bewegung gehal ten werden. Diese Bewegung unterstützt die Sprengung und Entfernung des Oxydfilms und gestattet dem Lot, an den Stellen, wo das Oxyd entfernt ist, mit dem Leichtmetall in Berührung zu kommen. Ein solches Vorgehen ist beim Hartlöten meist nicht möglich, da das Schmelzen des Verbindungsmetalles übli cherweise in einem Ofen oder einem andern Medium erfolgt, wodurch eine Bewegung mit tels Werkzeug ausgeschlossen wird.
Hier muss das Flussmittel von sich aus wirken, um die Oxydschicht vollständig zu entfernen. Wenn diese Entfernung bewerkstelligt ist, bewirkt ; das Flussmittel eine gleichmässige Ausbreitung des Hartlots auf und zwischen den zu ver bindenden Flächen. Es wurde gefunden, dass sich Weichlotflussmittel für die Hartlötung nicht eignen. Manche von ihnen sind unbe ständig gegen die beim Hartlöten benutzten höheren Temperaturen, das heisst sie ver dampfen entweder, oder zersetzen sich, oder sie fliessen weg, bevor die für die Hartlötung erforderliche Temperatur erreicht ist. Andere bekannte Weichlotflussmittel sind die soge nannten Reaktionsflussmittel. Sie enthalten verhältnismässig grosse Mengen Schwermetall salze, zum Beispiel Zinkchlorid.
Die Schwer metallsalze zersetzen sich unter Abscheidung, des Schwermetalls, das entweder als Lot oder als Zwischenschicht zwischen Lot und Metall flächen dient, oder sieh mit dem Lot legieren kann und so die Eigenschaften desselben ver ändert. Beim Hartlöten von Leichtmetallen ist eine derartige Schwermetallabscheidung un erwünscht, da sie die Verbindung schwächt. und gegen Korrosionsangriff empfindlicher macht.
Das erfindungsgemässe, zum Hartlöten von Leichtmetallen geeignete Flussmittel ist da durch gekennzeichnet, dass es 1 bis 30 Gew.- Proz. mindestens eines Alkalifluorids, min destens zwei Chloride von Alkalimetallen mit einer Ordnungszahl zwischen 2 und 20, wobei das einzelne Chlorid in einer Menge von 5 bis 80 Gew.% vorhanden ist, und mindestens ein Halogenid eines Metalles enthält, das bezüg lich seines Normalpotentials edler als Cad mium ist, wobei die Gesamtmenge dieser Metallhalogenide 0,01 bis 0,50/o beträgt, und dass es die Fähigkeit besitzt, auf den zu ver bindenden Leichtmetallen den Oxydfilm zu entfernen, ohne eine sichtbare Abscheidung von Metallen der zuletzt genannten Haloge- nide zu hinterlassen.
Dieses Flussmittel, welches 5 bis 601/o KCl, 5 bis 800/o LiCl oder 5 bis 601/o NaCl ent halten kann, besitzt die Fähigkeit, den Oxyd film von den zu verbindenden Teilen zu ent fernen, wobei praktisch keine Abscheidung der Metalle aus den Halogeniden von Me tallen, die edler als Cadmium sind, erfolgt. Dieses Flussmittel übt eine starke Reinigungs wirkung auf die durch Hartlötung zu ver bindenden Flächen aus und entfernt voll ständig den Oxydfilm und anhaftende Fremd substanzen, wie Fett, ohne dass eine Bewegung durch äussere Mittel erforderlich wäre.
Es wurde festgestellt., dass es möglich ist, unter Anwendung dieses Flussmittels Leichtmetall teile in wenigen Minuten zu verbinden, wo bei die erhaltenen Lötstellen fest und fehler frei sind. Ferner gestattet das Flussmittel, korrosionsfeste Legierungen, beispielsweise Legierungen, die als Grundmetall Aluminium oder Magnesium enthalten, bei niedrigeren Temperaturen als denjenigen, die beim Schweissen vorherrschen, als Lötmetalle zu erwenden. Das neue Flussmittel eignet sich auch für das Hartlöten im Ofen.
Als Halogenide von Elementen, die be züglich ihres Normalpotentials edler als Cadmium sind, kommen diejenigen von Kobalt, Nickel, Zinn, Blei, Kupfer, Arsen, Wismut, Antimon, Quecksilber, Silber, Palla dium, Platin und Gold in Frage. Palladium-. Platin- und Goldsalze sind in der Regel zu teuer, um deren industrielle Anwendung zu rechtfertigen. Quecksilbersalze bringen die Gefahr der Korrosion mit sieh, wenn Leicht metallteile zusammengelötet werden. Bei Ver wendung von Arsensalzen besteht ernstliche Vergiftungsgefahr .
Die Menge an edleren Metallen als Cad mium, die mit Erfolg in Hartlötflussmitteln verwendet werden kann, sollte nicht grösser sein als diejenige, die in 0,50/o des Halogenids vorbanden ist. Die Menge der Halogenide die ser Metalle, die verwendet werden kann, liegt zwischen 0,01 und 0,51/o, des Gesamtgewichtes des Flussmittels, doch wird als untere Grenze 0,050/o bevorzugt, während 0,050/o bis 0,30/o der vorteilhafteste Bereich ist. Wenn man zwei oder mehr dieser Halogenide verwendet, so sollte ihre Gesamtmenge nicht grösser als 0,50/o sein. Die Verwendung derart geringer Mengen dieser Metallhalogenide ist, soviel bis jetzt bekannt ist, in der Technik des Hart- Tötens von Leichtmetallen neu.
Die verwende ten Mengen sind derart gering, dass praktisch keine Abscheidung des Metalls des Halogenids auf der Leichtmetalloberfläche stattfindet. Es wurde gefunden, dass mindestens 0,010/o des Halogenids erforderlich ist, um den ge wünschten Effekt. zu erzielen, dass aber mehr als 0,50/o hierfür nicht erforderlich sind.
Trotzdem sie nur in verhältnismässig klei nen Mengen zugesetzt werden, scheinen diese Halogensalze die Durchdringung und Ent fernung des Oxydfilms von der Metallober fläche zu begünstigen. In Verbindung mit dem Alkalifluorid ergeben sie eine ausgeglichene Wirkung bei der Vorbereitung der Metall fläche und der Förderung der Ausbreitung des geschmolzenen Hartlötmetalls. Dies ist besonders wichtig, wenn eine grosse Zahl von Gegenständen in einem Ofen hartgelötet wird und man eine grosse Gleichmässigkeit der Lötung wünscht.
Die andern Komponenten des Flussmittels können in wechselnden Anteilen zugegen sein. Ein günstiger Bereich für die Alkalifluorid- menge ist 1 bis 150/o des Totalgewichtes des Flussmittels, doch verwendet man vorzugs weise \? bis 80/o dieser Komponente. Es wurde gefunden, dass mindestens 10/o eines Alkali- fluorides anwesend sein muss, um eine gute Reinigung der Metallfläche zu erzielen. Mit einer Menge von mehr als 301/o des Fluorids würde der Schmelzpunkt über die für Hart- lötzwecke zulässige Temperatur erhöht. Man.
kann sowohl die normalen als auch die sauren Fluoride der Alkalimetalle verwenden. Die Bezeichnung Alkalifluorid soll somit. beide Arten von Fluoriden einschliessen. Verwendet man aber eines oder mehrere der normalen Alkalifluoride, so wird deren Gesamtmenge zweckmässigerweise 150/o nicht. übersteigen. Verwendet man die sauren Fluoride, so kann die Gesamtmenge bis zu 301/o betragen. Csrössere Mengen als 30 0/o an sauren Fluoriden bzw. 150/o an normalen Fluoriden kommen nicht in Betracht, da der Schmelzpunkt des Flussmittels sonst auf eine für die Hartlötung zii hohe Temperatur erhöht. würde.
Wenn die normalen und sauren Fluoride gemeinsam verwendet werden, soll die Gesamtmenge 30 0/o nicht überschreiten, wobei die normalen Fluoride zweckmässigerweise nicht mehr als 151/o ausmachen werden.
Die physikalischen Eigenschaften des Flussmittels werden weitgehend durch die Zusammensetzung des die eine Komponente des Flussmittels bildenden Alkalimetall chloridgemisches bestimmt, da diese Kompo nente meistens mindestens 50 Gew.-Proz. des gesamten Flussmittels ausmachen wird. Das Mengenverhältnis der Bestandteile dieser Komponente sollte zweckmässigerweise der art eingestellt werden, dass der zu einem ge gebenen, zur Erzeugung der Lötstelle ver wendeten Metall passende Schmelzpunkt er zielt wird. Der Schmelzpunkt sollte beispiels- weise 63811 C nicht übersteigen, wenn der Schmelzpunkt des Lotes bei 64911 C oder höher liegt.
Hat anderseits das Lot einen nied rigeren Schmelzpunkt, so sollte die Zusam mensetzung des Flussmittels so eingestellt werden, dass sein Schmelzpunkt entsprechend niedriger liegt. Der Schmelzpunkt des Fluss mittels sollte also stets niedriger sein als der Schmelzpunkt des Lotes, um die gewünschte Wirkung des Flussmittels zu sichern. Im all gemeinen werden Flussmittel mit einem Im Schmelzpunktbereich von 510 bis 571 C bei Hartlöten der meisten Leichtmetalle befriedi gende Resultate ergeben. Das Alkalimetall chloridgemisch dient dazu, die aktiven Kom ponenten mit dem zu lötenden Metall in Be rührung zu bringen und die Oxydteilchen sowie andere Stoffe, die vom Flussmittel von der Metalloberfläche abgelöst werden, wegzu schaffen.
Für diesen Zweck eignen sieh die Alkalichloride am besten, da sie beständig sind und nicht oxydierend wirken und ihre Gemische innerhalb eines grossen Temperatur bereiches schmelzen. Als Alkalimetallchloride eignen sich die Chloride des Natriums, Kaliums und Lithiums. Es ist zweckmässig, zwei oder alle dieser Chloride in Mengen, bezogen auf das Gewicht des gesamten Fluss- mittels, zu verwenden, die innerhalb der nach stehend angegebenen Bereiche liegen.
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Die Gesamtmenge der Chloride und die Menge der andern Komponenten des Fluss mittels können natürlich zusammen 100 0 nicht übersteigen. Das heisst, dass bei der Maximalmenge der einen Komponente die Anteile der andern Kompo nenten entsprechend herabgesetzt werden müssen.
Bei der Anwendung der erfindungsge mässen Flussmittel kann man eine grosse Zahl von Lötmetallen verwenden, sofern sie Schmelzpunkte aufweisen, die niedriger sind als diejenigen der zu verbindenden etalle, und ausserdem die erforderlichen Eigenschaf ten, wie Haftvermögen am zu lötenden etall infolge Legierung mit letzterem, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit besitzen. Im all gemeinen enthält das Lot. das gleiche Grund metall wie das zu lötende Metall und besitzt infolgedessen einen höheren Schmelzpunkt als als: ein Weichlot.
So liegt die Temperatur, bei welcher der Lötvorgang stattfindet, zwischen etwa 510 oder jedenfalls der Schmelztempe ratur, des Lotes und der Temperatur, bei welcher das zu lötende Metall zu schmelzen beginnt. In der Regel ist es zweck mässig, die Lötstelle hei einer Temperatur her zustellen, bei der das Lot genügend fliessbar ist, die jedoch der Schmelztemperatur des zu lötenden Metalls nicht zu nahe kommt, an- das weich und leicht deformier bar wird.
Es wurde gefunden, dass man in den meisten Fällen befriedigende Ergebnisse erhält, wenn man beim Hartlöten von Teilen ans Aluminium oder als Lötmetall Aluminiumlegierungen mit über Aluminiumgehalt und beim Hart löten von Teilen ans oder Magnesiumlegierungen mit vorwiegendem Magnesiumgehalt als Lötmetall Magnesium- legierungen mit vorwiegendem 1Tagnesinm- gehalt verwendet. Gewisse binäre Aluminium- legierungen, die 5 his 130/o Silizium und bis 9501o Aluminium sowie die üblichen Ver unreinigungen enthalten, zeitigten sehr be friedigende Ergebnisse.
Durch die Verwendung eines Hartlotfluss mittels der vorbeschriebenen Zusammen setzung in Verbindung mit. einem geeigneten Lötmetall ist es also möglich, eine starke Hart lötstelle zu erzeugen, und zwar entweder zwi schen Leichtmetallteilen oder zwischen einem Leichmetallteil und andern Metallteilen wie zum Beispiel aus Eisen oder Kupfer. Dieses Flussmittel eignet sich auch geit für .die Ver wendung mit Hartlötmetallen variierender Zusammensetzung, insbesondere solchen, die Aluminium oder Magnesium in überwiegen der Menge enthalten. Die im Vorstehenden erwähnten Flussmittelmischungen besitzen einen Schmelzpunktbereich, der die Anwen dung von korrosionsfesten Legierungen als Hartlotmetall gestattet.
Bis jetzt waren die Flussmittel, die zusammen mit korrosions beständigen Legierungen verwendet werden konnten, alle derart hoch schmelzend, dass ihre Anwendung sich. auf Schweissverfahren beschränken musste. Durch Verwendung des hier beschriebenen Flussmittels wird es nun möglich, feste, korrosionsbeständige Löt stellen im gewöhnlichen Ofen-Hartlötverfah- ren oder nach andern Hartlötverfahren her zustellen.
Als Beispiele der Erfindung werden zwei bevorzugte Flussmittelmischungen angeführt. 1.. 560/o KCl, 360/o LiCl, 80/o NaF, 0,10/o AgCl.
2. 55,71/o KCl, 360/o LiCl, 8 0/o NaF, 0,3 0/q SbCl ;.
Die Mindestlöttemperatur, die mit, diesen Flussmitteln angewendet werden kann, liegt bei etwa 51.01) C, doch kann man durch Ände- ringen des Mengenverhältnisses der Kompo nenten des Alkalimetallchloridgemisches an dere ähnliche Flussmittel herstellen, die andere Mindestlöttemperaturen ermöglichen, die der Art des Lötmetalls und der zu vereinigenden Metalle entsprechen.
Nachstehend werden zwei Beispiele ge bracht, die zeigen, wie Aluminium- und Magnesiumteile in Form. von T-förmigen Ver- bindungen durch Hartlötung vereinigt wur den. Im einen Fall wurden zwei Streifen aus technisch reinem Aluminiumblech mit den: oben unter 1 angeführten Flussmittel, in Form einer wässrigen Paste, an den zu ver bindenden Stellen versehen, mittels einer ge eigneten Haltevorrichtung in Form eines um gekehrten<B>T</B> zusammengebracht und an der Verbindungsstelle der beiden Streifen ein Draht aus Hartlotlegierung angebracht. Das ganze Gefüge wurde dann in einem Ofen 10 Minuten auf<B>6071</B> C erhitzt. Nach dem Her ausnehmen des Gebildes aus dem Ofen und Abkühlen auf Zimmertemperatur konnte man feststellen, dass eine feste Verbindung entstan den war.
Beidseitig der Verbindungsstelle hatte sich ein symmetrischer Wulst des Hart-, lots ausgebildet, und es war keine Abscheidung von Schwermetall sichtbar. Der ganze Rück stand des Flussmittels konnte leicht von der frisch gebildeten Verbindung weggewaschen werden.
In analoger Weise wurden zwei Magne siumstreifen unter Verwendung des Fluss mittels 2 und eines geeigneten Lots aus einer vorwiegend Magnesium enthaltenden Legie rung verlötet. Die beiden Metallstücke wur den mit einer dünnen wässrigen Aufschläm- mung des Flussmittels an den zu verbindenden Stellen bepinselt und dann in einem Halter in Form eines umgekehrten<B>T</B> vereinigt und ein Draht aus einer geeigneten Hartlotlegie- , rang an die Verbindungsstelle gebracht. Das Gebilde wurde dann 10 Minuten im Ofen auf 593 C erhitzt. Nach Herausnahme aus dem Ofen konnte man feststellen, dass eine feste Verbindung mit guten Rändern entstanden , war.