Zum Hartlöten von Leichtmetallen geeignetes Flussmittel. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein zum Hartlöten von Leichtmetallen geeig netes Flussmittel. Die in der vorliegenden Be schreibung verwendete Bezeichnung Leicht metall soll sowohl handelsmässig reines Alu minium 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 Metalles von tieferem Schmelzpunkt, zwischen diesen Teilen, verei nigt 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 Be standteile vorteilhaft in einen Ofen oder eine andere Heizvorrichtung, welche das Flussmit tel und das Hartlötmetall zum Schmelzen bringt, gestellt. Das Hartlöten ist von der ge wöhnlichen Operation des Weichlötens zu un terscheiden, welch letztere bei viel tieferen Temperaturen durchgeführt wird, wobei das geschmolzene Lot zusammen mit einem Fluss mittel. auf die zu vereinigenden Stellen aufge tragen und die geschmolzenen Substanzen oft mittels eines geeigneten Werkzeuges auf der Lötstelle verarbeitet werden.
Die Festigkeit der Lötverbindung kann teilweise vom mecha nischen Rühren sowohl des Flussmittels als auch des Lotes abhängen, während diese Festigkeit beim Hartlöten praktisch nur vom Verhalten des Flussmittels und des geschmol zenen Lötmetalles 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 dein Schmelzpunkt des Hart lötmet.alles liegenden Temperatur fliessen. Es muss an den Oberflächen der zu lötenden Me talle haften oder dieselben benetzen. Es soll das Sichausbreiten und die Legierungsbildung des geschmolzenen Lötmetalles an der Ober fläche der zu vereinigenden Metallteile erleich tern. Es sollte ferner jeglichen an den Metall teilen vorhandenen OYCdbelag oder andere an haftende Verunreinigungen abtragen, damit zwischen, dein Lötmetall und den zu vereini genden Teilen eine Berührung von Metall auf Metall zustande kommt.
Es sollte jedoch das Metall nicht merklich angreifen und sollte die gereinigte Oberfläche vor erneuter Oxy dation schützen. Schliesslich sollte jeder Fluss- mittelrückstand, der nach vollendeter Hart- lötoperation zurückbleibt, mit Leichtigkeit zu entfernen sein. Wenn er nicht entfernt wird, bewirkt dieser Rückstand bei fortgesetzter Einwirkung einer feuchten Atmosphäre oder eines andern ähnlichen Mediums, mit welchem der gelötete Gegenstand in Berührung kom men 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 Schwierigkeit, den festhaftenden und beständigen Oxydfilm, der sich an der Oberfläche dieser Metalle be findet, zu entfernen. Im übrigen gibt es eine Anzahl Legierungen, die, vom Standpunkt der Korrosionsbeständigkeit aus betrachtet, als Lötmaterialien geeignet wären, die jedoch zu hohe Schmelzpunkte aufweisen, um mit be kannten Flussmitteln zusammen verwendet 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, ver wendet werden könnten.
Das Entfernen des Oxydfilms bildet beim Hartlöten ein schwie rigeres Problem als beim Weichlöten, da beim Weichlöten von Leichtmetallen ge wöhnlich sowohl das Flussmittel als auch das Lötmetall mittels eines Lötwerkzeu- ges oder durch Verdampfen reichlicher Mengen von flüchtigen Reaktionsprodukten in Bewegung gehalten werden. Diese Bewegung erleichtert das Durchbrechen und das Abtra gen des Oxydfilms und versetzt das Lot in die Lage, mit dem vom Oxyd befreiten Leicht metall in innige Berührung zu kommen.
Eine solche Arbeitsweise ist beim Hartlöten nicht möglich, da das Schmelzen des Lötmetalles ge wöhnlich in einem Ofen oder in einer andern Vorrichtung durchgeführt wird, was die Mög lichkeit der Verwendung eines Werkzeuges zum Verrühren des Lötgemisches ausschliesst. In diesem Fall muss das Hartlötflussmittel von sich aus derart wirken, dass der Oxyd belag vollständig entfernt wird. Wenn die Ab- tragung des Oxyds stattgefunden hat, bewirkt das Flussmittel, dass sich das geschmolzene Hartlötmetall gleichmässig 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 Schwermetall salze, beispielsweise Zinkchlorid, enthalten. Diese Salze zersetzen sich unter Bildung einer Metallablagerung, die entweder als Weichlot oder als Zwischenschicht zwischen dem Weich lot und den Oberflächen der zu lötenden Teile dient, oder mit dem Weichlot eine Legierung bildet und so die Eigenschaften des Weichlotes verändert.
Beim Hartlöten von Leichtmetallen ist eine derartige Ablagerung von Schwer metall 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 Hart lötmetall mit der Oberfläche des zu lötenden Metalles in innige Berührung kommt. Mit. dem neuen Flussmittel kann man korrosionsbestän dige Legierungen, wie zum Beispiel Alumi nium- oder Magnesiumlegierungen, als Löt metall verwenden, und zwar bei Tempera turen, die unter den bei Schweissoperationen vorherrschenden Temperaturen liegen.
Schliess lich eignet sieh das neue Flussmittel für Hart- lötoperationen im Ofen.
Das erfindungsgemässe Flussmittel ist da durch gekennzeichnet, dass es 1 bis 30 Ge wichtsprozent mindestens eines Alkalimetall- fluorids, zweckmässig jedoch höchstens 15 % normales Alkalimetallfluorid, ferner minde stens ein Kadmiumhalogenid, dessen Moleku largewicht unter 275 liegt, wobei der Kad miumgehalt 9,8 Gewichtsprozent des Flussmit tels nicht übersteigt, und mindestens zwei Alkalimetallchloride, von denen jedes in einer innerhalb des Bereiches von 5 bis 80 Gewichts prozent liegenden Menge vorhanden ist, ent hält.
Mit dem neuen Flussmittel lassen sich Leichtmetallgegenstände mittels eines geeig neten Lotes rasch und zweckmässig hartlöten. Das Vorhandensein von Kadmiumhalogenid scheint sowohl die Ausbreitung des geschmol zenen Hartlötmetalles und dessen Anhaften an der Leichtmetalloberfläche zu fördern als auch die Entfernung jedes Oxydbelages zu erleichtern. Es hat sich gezeigt, dass dieses Flussmittel 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 vereinigt werden können und dass die resultierenden Lötverbindungen stark und fehlerfrei sind. Im Fall von T-förmigen Lötstellen bildet das Hartlötmetall einen gut abgerundeten Saum.
Gewünschtenfalls kann das Flussmittel ausser Kadmiumhalogenid noch 0,01 bis 0,5 Ge wichtsprozent, bevorzugterweise 0,05 bis 0,3 %, mindestens eines Halogenids eines Metalles enthalten, das in der elektrischen Spannungs reihe unter dem Aluminium liegt, das heisst edler als Aluminium ist, beispielsweise Zinn- oder Bleihalogenid. Die Wirkung des Zusatzes dieser geringen Menge eines Halogenids kann, in groben Zügen, als Steigerung der Aktivität des Flossmittels umschrieben werden. Diese Wirkung zeigt sich in einer Steigerung des Benetzungsvermögens des Flossmittels, welche ihrerseits die Ursache dafür ist, dass das ge schmolzene Hartlötmetall leichter fliesst.
Edlere Metalle als Aluminium sind zum Beispiel Mangan, Zink, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel, Zinn, Blei, Kupfer, Wismuth, Anti mon, Quecksilber, Silber, Palladium, Platin und Gold. Obwohl alle Halogenide dieser Me talle die gewünschte Wirkung erzeugen, ist es nicht zweckmässig, sie alle zu verwenden. Die Halogenide von Palladium, Platin und Gold sind zu teuer, als dass sich deren technische Verwendung rechtfertigen liesse. Die Verwendung von Quecksilberhalogeniden bringt eine Korrosionsgefahr mit sich, wenn Leichtmetallteile zusammengelötet werden. Die Menge des zuzusetzenden Halogenids schwankt. innerhalb der angegebenen Grenzen, und zwar je nach dem jeweiligen Metall des Halo genids. In ähnlicher Weise hängt die Wahl des zuzusetzenden 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 0,5 0/0, wobei jedoch als untere Grenze der Wert von 0,05 0/0 bevorzugt wird, so dass der bevorzugte Bereich zwischen 0,05 und 0,3 % liegt. Wird ein Zinnhalogenid ver wendet, so empfiehlt es sich, die Menge nicht grösser als 0,05 0/a zu wählen, da grössere Men gen die Entstehung eines schwarzen Fleckens an der Lötstelle und den angrenzende, durch das Flussmittel bedeckten Metallteilen bewir ken. Wenn zwei oder mehrere der obgenann- ten Halogenide verwendet werden, so sollte die Gesamtmenge den Wert von 0,5 0/o nicht überschreiten.
Die Wahl des zuzusetzenden Halogenids ist weitgehend von der Zusammensetzung der zu vereinigenden Metalle abhängig, da durch Zugabe von gewissen dieser Halogenide ein Flossmittel erhalten wird, welches sich für das eine Metall oder die eine Legierung besser eignet als für ein anderes Metall oder eine andere Legierung. Wenn beispielsweise eine Leichtmetallegierung, die Mangan enthält, hartgelötet wird, so ist es zweckmässig, dem Flossmittel eine kleine Menge Zinnchlorid zuzusetzen. Werden Leichtmetallegierungen hartgelötet, die Magnesium oder Magnesium und Silicium enthalten, so kann Bleichlorid mit gutem Erfolg zugesetzt werden.
Es können sehr verschiedene Hartlötmetalle für die Erzeugung von Lötstellen verwendet werden, vorausgesetzt, dass die Schmelzpunkte dieser Lötmetalle unter demjenigen des zu lö tenden Metalles liegen, und dass diese Löt metalle ausserdem andere erforderliche Eigen seliaften besitzen, wie zum Beispiel gutes Haft vermögen gegenüber dem zu lötenden Metall, 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 Weichlote.
So liegt die Temperatur, bei welcher die Lötverbindung zustande kommt, normalerweise zwischen 500 C, oder auf jeden Fall zwischen dein Schmelzpunkt des Löt metalles und der Temperatur, bei welcher das zu lötende Metall zu schmelzen beginnt. Es ist jedoch zweckmässig, die Lötung bei einer Temperatur vorzunehmen, bei welcher das Lötmetall die geeignete Beweglichkeit auf weist, wobei diese Temperatur nicht zu nahe beim Schmelzpunkt des zu lötenden Metalles liegen soll, da bei einer solchen Temperatur das letztere Metall weich und leicht deformier bar ist.
Es hat sich gezeigt, dass in den mei sten Fällen befriedigende Resultate erzielt werden, wenn Aluminiumlegierungen als Löt metall zum Hartlöten von Teilen aus Alumi nium oder Aluminiumlegierungen, und Ma gnesiumlegierungen zum Hartlöten von Teilen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen verwendet werden. Binäre Aluminiumlegierun gen, mit welchen befriedigende Resultate er zielt wurden, sind zum Beispiel diejenigen, die 5 bis 13 0/o Silicium und 87 bis 95 0/o Alu minium mit dem gewöhnlichen Gehalt an Ver unreinigungen enthalten.
Ein befriedigender Bereich für die Menge des Alkalimetallfluorids liegt zwischen 1 und 150/o, bezogen auf das Gesamtgewicht des Flussmittels. Vorzugsweise werden jedoch 2 bis 81/o dieser Komponente verwendet. Man hat festgestellt, dass mindestens 10/o dieses Fluorids vorhanden-sein muss, um eine rich tige Reinigung der Metalloberfläche erzielen zu können. Eine Menge von mehr als 1511/o des normalen Alkalimetallfluorids, wie zum Beispiel Natriumfluorid, Kaliumfluorid oder Lithiumfluorid, kann jedoch eine Erhöhung des Schmelzpunktes über den zum Hartlöten geeigneten Bereich hinaus bewirken.
Sowohl die normalen als auch die sauren Fluoride der Alkalimetalle können im Flussmittel verwen det werden. Die Bezeichnung Alkalimetall- fluorid soll somit beide Arten umfassen. Wenn ein oder mehrere normale Fluoride ver wendet werden, so sollte ihre Gesamtmenge zweckmässigerweise nicht mehr als 15 % be tragen. Falls saure Fluoride verwendet wer den, so kann. die Gesamtmenge bis zu 30 0/0 betraten. Eine grössere Menge würde auch hier eine Erhöhung des Schmelzpunktes des Flussmittels auf eine für das Hartlöten zu hohe Temperatur bewirken. Werden normale und saure Fluoride zusammen verwendet, so darf die Gesamtmenge den Betrag von 30 0/o niemals übersteigen.
Von dieser Gesamtmenge wird die Menge des normalen Fluorids aus dem genannten Grunde zweckmässigerweise nicht mehr als 15 0/o ausmachen.
Die drei Kadmiumsalze: Kadmiumchlorid, Kadmiumbromid und Kadmiumfluorid kön nen entweder einzeln in einer Menge von 0,01 bis 15,9 0/o des Chlorids, 0,01 bis 23,7 0/o des Bromids oder 0,01 bis 13 % des Fluorids oder kombiniert verwendet werden. Die Gesamt menge sollte jedoch keinesfalls einen Betrag überschreiten, der einem Kadiniumgehalt von 9,8 0/o des Flussmittel.s entspricht. Bei alleini ger Verwendung des Chlorids ist es zweck mässig, 6 bis 1.2 0/o dieses Salzes zu verwenden. Für das Bromid beträgt die entsprechende Menge 8 bis 14 0l0 und für das Fluorid 2 bis 7 0/0.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die maximale Menge an Kadmium, im folgenden als verfügbares Kadmium bezeichnet, in Ge wichtsprozent ausgedrückt, kleiner als 9,8 % des Gesamtgewichtes des Flussmittels sein sollte und dass zwecks Erzielung einer befrie digenden Lötstelle nicht die gesamte Menge des verfügbaren Kadmiums niedergeschlagen werden muss. Der angeführte Wert von 9,8<B>1/01</B> stellt den ungefähren Kadmiumgehalt von 16 % Kadmiumchlorid, 23,7 % Kadmiumbro mid und 13 % Kadmiumfluorid dar. Falls grössere Mengen dieser Salze verwendet wer den, so kann der Fall eintreten, dass die dem < . Hartlöten unterworfenen Metallteile über- mässig angegriffen werden und die Lötstelle eine geringe Festigkeit und ein schlechtes Aus sehen erlangt..
Kadmiumchlorid, Kadmiumbromid und Kadmiumfluorid scheinen die Durchdringung und die Abtragung des Oxydfilms von der Oberfläche des Metalles zu fördern und in Verbindung mit dem Alkalimetallfluorid eine ausgeglichene, vorbehandelnde Wirkung auf die Metalloberfläche auszuüben und die Aus breitung des geschmolzenen Hartlötmetalles zu beschleunigen. Dies ist von besonderer Wichtigkeit, wenn eine grosse Zahl von Teilen oder kompliziert gestalteter Gebilde in einem Ofen zu einem einzigen Gegenstand zusam mengelötet und gleichmässige Resultate ver langt werden. Bisher wurden beim Weich löten grosse Mengen an Kadmiumchlorid ver wendet.
Diese Arbeitsweise wäre jedoch beim Hartlöten erfolglos, da die grosse Menge des durch Zersetzung des Chlorids gebildeten Kadmiums die Entstehung einer guten Ver bindung erheblich stören würde. Es hat sich gezeigt, dass, obwohl eine gewisse Abscheidung von Kadmium im Flossmittel erfolgt, wie klein die Zugabe an Salz auch sein möge, durch Beschränkung der Menge der Kadmiumsalze auf den oben angegebenen Bereich eine rasche Entfernung des Oxydfilms und eine befriedi gende Ausbreitung des geschmolzenen Löt metalles erzielt werden können. Nenn immer eine Kadmiumabscheidung stattfindet, so ist sie beinahe unmessbar klein und beeinflusst die Eigenschaften der Lötstelle, wie die Fe stigkeit und die Korrosionsbeständigkeit, nicht wesentlich.
Das Fehlen einer Bewegung des Flossmittels während der Hartlötoperation wirkt sich dahin aus, dass die Abscheidung von Kadmium noch mehr eingeschränkt wird.
Die physikalischen Eigenschaften des Floss mittels werden weitgehend von der Zusam mensetzung des Trägermittels bestimmt, da. diese Komponente im allgemeinen mindestens 50 Gewichtsprozent des gesamten Flossmittels bildet. Die relativen Mengen der Bestandteile des Trägermittels werden zweckmässig derart. gewählt, dass mit dem besonderen, für die Hartlötoperation verwendeten :Metall der rieh- tige Schmelzpunkt erhalten wird. Das Fluss mittel sollte vor dem Lötmetall schmelzen. Es hat sieh beim. Hartlöten von Leichtmetallen gezeigt, dass der Schmelzpunkt des Flossmit tels im allgemeinen nicht höher als 638 C liegen sollte.
Flossmittel mit Schmelzpunkten von :500 bis 592 C geben beim Hartlöten der meisten Leichtmetallteile befriedigende Resul tate. Das Trägermittel dient dazu, .die aktiven Bestandteile mit dein zu lötenden Metall in Berührung zu bringen und ausserdem die 0xydteilchen und andere Substanzen, die das Flossmittel von der Oberfläche des Metalles losgelöst hat, wegzutragen. Für die Zwecke des Hartlötens stellen die Alkalimetallchloride wegen ihrer Beständigkeit, ihrer Nichtoxydier- barkeit und des weiten Schmelzpunktbereiches ihrer Gemische die befriedigendsten Träger mittel dar. Unter den in der vorliegenden.
Be schreibung genannten Alkalimetallchloriden sind insbesondere die Chloride des Natriums, Kaliums und Lithiums zu verstehen, von denen man vorzugsweise je zwei oder alle ungefähr in Mengen der folgenden Prozentbereiche, be zogen auf das Gesamtgewicht des Flossmittels, verwenden wird
EMI0005.0010
NaCl <SEP> 5-60%
<tb> KCl <SEP> 5-60%
<tb> LiCl <SEP> 5-80% Die aus den Alkalimetallchloriden und den andern Bestandteilen des Flossmittels beste hende Gesamtmenge kann natürlich 100 0l0 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 Leieht- inetallteilen oder zwischen Leichtmetallen und andern Metallen, wie zum Beispiel Eisen oder Kupfer, eine starke Lötver- bindung herzustellen. Dieses Flossmittel ist für die Verwendung mit Hartlötmetallen ver- sehiedener Zusammensetzungen, insbesondere mit jenen Legierungen, die Aluminium oder Magnesium als Hauptbestandteil enthalten, geeignet.
Die oben erwähnten Flussmittel gemische weisen einen Schmelzpunktsbereich auf, der die Verwendung von korrosions beständigen Legierungen als Hartlötmetall zu- Iässt. Bis jetzt waren die einzigen Flussmittel, die mit diesen korrosionsbeständigen Legie rungen zusammen ausnahmsweise verwendet werden konnten, jene, welche derart hohe Schmelzpunkte aufweisen, dass deren Ver- (1) 5% NaCl, 49% KCl, 37% LiCl, 7% LiF, 3% CdF2. (2) 26% NaCl, 54% KCl, 8% LiF, 12% CdCl2. Als Beispiel eines Flussmittels, welches zu sätzlich zum Kadmiumhalogenid noch eine kleine Menge eines Halogenids eines andern (3) 24% NaCl, 52% KCl, 8% LiF, 15,95% CdCl2, 0,05% SnCl2.
Dieses Flussmittel eignet sieh insbesondere zum Hartlöten von Metallteilen. aus Mangan enthaltenden Aluminiumlegierungen (beispiels weise Aluminiumlegierungen mit 1,2 0/0 Man gan und den üblichen Verunreinigungen).
Ein Flussmittel, das sich zum Hartlöten (4) 29% NaCl, 50% KCl, 8% LiF, 12,9% CdCl2, 0,1% PbCl2. Die minimalen Hartlöttemperaturen, die in Verbindung mit den Flussmitteln der oben genannten Zusammensetzungen angewendet werden können, sind 538 bzw. 592 C. Durch Veränderung der Mengenverhältnisse der Komponenten des Trägermittels können an dere, ähnliche Flussmittel mit andern Minimal- Hartlöttemperaturen hergestellt werden.
Es seien zwei Beispiele für die Ar beitsweise, nach welcher Metallteile aus Aluminium und Magnesium in Form von T-förmigen Stücken zusammengelötet wur den, ausgeführt. In einem Fall wurden zwei Streifen aus technisch reinem Alu minium auf den zu vereinigenden Flächen teilen mit dem Flussmittel (1) in Form einer wässerigen Paste bestrichen. Die Streifen wur den hierauf in einer Klemmvorrichtung derart montiert, dass sie in der Anordnung eines um gekehrten<B>T</B> festgehalten wurden, worauf ein Draht aus der Hartlötlegierung (10 % Si, wendbarkeit praktisch auf Schweissoperationen beschränkt blieb.
Durch Verwendung der hier beschriebenen Flussmittel wird es möglich, so wohl mittels des gewöhnlichen Hartlötverfah- rens unter Anwendung eines Lötofens als auch mittels anderer Hartlötverfahren starke, kor rosionsbeständige Lötstellen herzustellen.
Im folgenden sind einige Ausführungsbei spiele des erfindungsgemässen Flussmittels be schrieben. Metalles, das edler als Aluminium ist, enthält, sei dasjenige der folgenden Zusammensetzung angeführt von Metallteilen aus Magnesium und Chrom enthaltenden Aluminiumlegiertangen (beispiels weise Legierungen mit 2,5 0/0 Mg, 0,25 1/o, Chrom und Aluminium als Restgehalt mit den üblichen Verunreinigungen) eignet, ist dasjenige der folgenden Zusammensetzung: 901/o Al) an der Verbindungsstelle der bei den Streifen aufgebracht wurde. Das ganze Gebilde wurde dann in einen Ofen gestellt und während 1.0 Minuten bei 607 C erhitzt. Das dem.
Ofen entnommene Gebilde wies nach Abkühlung auf Zimmertemperatur eine feh lerlose Lötstelle auf. Auf beiden Seiten der Lötstelle hatte sich ein symmetrischer Rand gebildet. Es war keine sichtbare Abscheidung von metallischem Kadmium feststellbar. Alle Rückstände des Flussmittels konnten mit Leichtigkeit durch Waschen von der frisch gebildeten Lötstelle entfernt. werden.
In ähnlicher Weise wurden zwei Magne- siumstreifen unter Verwendung des Flussmit- tels (2) und einer Magnesiumlegierung als Lot und durch Erhitzen der vereinigten Strei fen in einem Ofen während 10 Minuten bei 607 C hartgelötet. Auf diese Weise wurde eine fehlerfreie Lötstelle mit gutem Lötrand erhalten.
Als Beispiel der Arbeitsweise, nach wel cher eine Magnesium enthaltende Aluminium legierung (2,5 % Mg, 0,25 % Cr, Rest Alumi nium mit den üblichen Verunreinigungen) hartgelötet werden kann, sei eine unter Ver wendung des Flussmittels (4) durchgeführte Hartlötoperation zur Herstellung einer T-för- migen Lötstelle beschrieben. Zwei Streifen eines Bleches wurden längs der zu vereinigen den Stelle mit dem Flussmittel in Form einer wässerigen Paste bestrichen. Sie wurden in einer Klemmvorrichtung derart montiert, dass sie in der Anordnung eines umgekehrten <B>T</B> festgehalten wurden, worauf ein Draht aus einer Hartlötlegierung (10 % Si, 90 % Al) an der Verbindungsstelle der beiden Streifen angebracht wurde.
Das ganze Gebilde wurde hierauf in einen Ofen gestellt und bei 610 C während 15 Minuten erhitzt. Das dem Ofen entnommene Gebilde wies nach Abkühlung auf Raumtemperatur eine fehlerfreie Lötstelle und einen auf beiden Seiten der Lötstelle ge bildeten symmetrischen Rand von Hartlöt metall auf. Der gesamte Rückstand des Fluss mittels konnte mit Leichtigkeit durch Waschen von der frisch erzeugten Lötstelle entfernt werden.
In ähnlicher Weise wurden unter Verwen dung des Flussmittels (1) und einer Magne siumlegierung als Lötmetall zwei Magnesium streifen verbunden. Die vereinigten Streifen wurden in einem Ofen bei 604 C während 10 Minuten erhitzt. Auf diese Weise wurde eine Lötstelle mit guter Randbildung erhalten.
Flux suitable for brazing light metals. The present invention relates to a flux suitable for brazing light metals. The designation light metal used in the present description should 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 are used if a flux is used. is usually first painted over with this and put together with a piece of solder, which comes to rest between the parts that are in contact with 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 are soldered together; must be, the assembled Be components are advantageously placed in an oven or other heating device which melts the flux and the brazing metal. Brazing is to be distinguished from the usual operation of soft soldering, the latter being carried out at much lower temperatures, the molten solder being used together with a flux. wear on the areas to be united and the molten substances are often processed using a suitable tool on the solder joint.
The strength of the soldered connection can partly depend on the mechanical stirring of both the flux and the solder, while this strength in hard soldering depends practically only on the behavior of the flux and the molten solder and not on an external stirring movement.
In general, a satisfactory brazing flux should 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 OYCd coating present on the metal parts or other adhering impurities so that metal-to-metal contact occurs between your soldering metal and the parts to be joined.
However, it should not noticeably attack the metal and should protect the cleaned surface from renewed oxidation. Finally, any flux residue that remains after a brazing operation is complete should be easy to remove. If not removed, continued exposure to a humid atmosphere or other similar medium with which the item being soldered may come into contact will likely corrode the metal and the solder joint.
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 finding the adherent and permanent oxide film that is on the surface of these metals finds to remove. In addition, there are a number of alloys which, from the standpoint of corrosion resistance, would be suitable as brazing materials, but which have too high melting points to be able to be used together with known fluxes. On the other hand, the melting points of the alloys that would be suitable for brazing are too low to be used together with known fluxes that are used for welding.
The removal of the oxide film is a more difficult problem with brazing than with soft soldering, since during soft soldering of light metals both the flux and the solder 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 that has been freed from the oxide.
Such a procedure is not possible with brazing, since the melting of the solder is usually carried out in a furnace 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 deposit is completely removed. When the oxide has been removed, the flux causes the molten brazing 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 for the brazing operation, that is; 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, such as 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, it also causing the brazing metal to come into intimate contact with the surface of the metal to be soldered. With. With the new flux, corrosion-resistant alloys, such as aluminum or magnesium alloys, can be used as soldering metal, at temperatures below the temperatures prevailing during welding operations.
After all, the new flux is suitable for brazing operations in the furnace.
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, but expediently a maximum of 15% normal alkali metal fluoride, furthermore at least one cadmium halide whose molecular weight is below 275, the cadmium content being 9.8 percent by weight of the flux does not exceed and contains at least two alkali metal chlorides, each of which is present in an amount within the range of 5 to 80 percent by weight.
With the new flux, light metal objects can be quickly and conveniently brazed using a suitable solder. The presence of cadmium halide appears to promote the spread of the molten braze metal and its adhesion to the light metal surface as well as 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 light metal parts can be combined in a few minutes using this flux 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, the flux can contain, in addition to cadmium halide, 0.01 to 0.5 percent by weight, preferably 0.05 to 0.3%, of at least one halide of a metal which is below aluminum in the electrical voltage series, that is, more noble than aluminum is, for example tin or lead halide. The effect of adding this small amount of a halide can be roughly described as an increase in the activity of the raft. This effect is shown 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 noble metals than aluminum are, for example, manganese, zinc, chromium, iron, cobalt, nickel, tin, lead, copper, bismuth, antimony, mercury, silver, palladium, platinum and gold. Although all the halides of these metals produce the desired effect, it is not practical to use all of them. The halides of palladium, platinum and gold are too expensive to justify their technical 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 specified limits, depending on the particular metal of the halide. Similarly, the choice of halide to add will depend on the type of flux, braze metal, and parts to be joined.
The amount of this additive is advantageously in the range from 0.01 to 0.5%, although the value of 0.05% is preferred as the lower limit, so that the preferred range is between 0.05 and 0.3 % lies. If a tin halide is used, it is advisable not to choose the amount greater than 0.05% / a, since 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 abovementioned halides are used, the total amount should not exceed the value of 0.5%.
The choice of the halide to be added depends largely on the composition of the metals to be combined, since the addition of certain of these halides results in a flux which is more suitable for one metal or alloy 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.
A wide variety of brazing metals can be used to produce brazing joints, provided that the melting points of these brazing metals are below that of the metal to be soldered and that these brazing metals also have other necessary properties, such as good adhesion to them soldering metal, 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 solders.
The temperature at which the soldered connection is made is usually between 500 C, or in any case between the melting point of the soldering metal and the temperature at which the metal to be soldered begins to melt. However, it is advisable to carry out the soldering at a temperature at which the solder has the appropriate mobility, this temperature should not be too close to the melting point of the metal to be soldered, since at such a temperature the latter metal is soft and easily deformable is.
It has been shown that in most cases, satisfactory results are achieved when aluminum alloys are used as soldering metal 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 have been obtained are, for example, those containing 5 to 13 0 / o silicon and 87 to 95 0 / o aluminum with the usual content of impurities.
A satisfactory range for the amount of alkali metal fluoride is between 1 and 150 / o based on the total weight of the flux. However, from 2 to 81% of this component is preferably used. It has been found that at least 10 / o of this fluoride must be present in order to be able to achieve correct cleaning of the metal surface. However, an amount greater than 1511 / o of the normal alkali metal fluoride, such as sodium fluoride, potassium fluoride, or lithium fluoride, can cause the melting point to increase beyond the brazing suitable range.
Both the normal and the acidic fluorides of the alkali metals can be used in the flux. The term alkali metal fluoride is intended to encompass both types. If one or more normal fluorides are used, their total amount should preferably not be more than 15%. If acidic fluorides are used, then. entered the total amount up to 30 0/0. A larger amount would increase the melting point of the flux to a temperature too high for brazing. If normal and acidic fluorides are used together, the total amount must never exceed 30%.
Of this total amount, the amount of normal fluoride will expediently not make up more than 15% for the reasons mentioned.
The three cadmium salts: cadmium chloride, cadmium bromide and cadmium fluoride can be used either individually in an amount of 0.01 to 15.9% of the chloride, 0.01 to 23.7% of the bromide or 0.01 to 13% of the Fluoride or combined can be used. However, the total amount should in no case exceed an amount that corresponds to a cadinium content of 9.8% of the flux. When using the chloride alone, it is advisable to use 6 to 1.2% of this salt. For the bromide the corresponding amount is 8 to 14 0.10 and for the fluoride 2 to 7 0/0.
Investigations have shown that the maximum amount of cadmium, hereinafter referred to as available cadmium, expressed in percent by weight, should be less than 9.8% of the total weight of the flux and that in order to achieve a satisfactory solder joint, not the entire amount of available cadmium needs to be knocked down. The stated value of 9.8 <B> 1/01 </B> represents the approximate cadmium content of 16% cadmium chloride, 23.7% cadmium bromide and 13% cadmium fluoride. If larger amounts of these salts are used, the can The case that the <. Metal parts subjected to hard soldering are excessively attacked and the soldering point becomes poorly strong and looks poor.
Cadmium chloride, cadmium bromide and cadmium fluoride appear to promote the penetration and removal of the oxide film from the surface of the metal and, in conjunction with the alkali metal fluoride, have a balanced, pretreating effect on the metal surface and accelerate 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 and uniform results are required. So far, large amounts of cadmium chloride have been used in soft soldering.
However, this procedure would be unsuccessful in brazing, since the large amount of cadmium formed by decomposition of the chloride would significantly interfere with the formation of a good bond. It has been shown that, although there is some deposition of cadmium in the flux, however small the addition of salt may be, by restricting the amount of cadmium salts to the range given above, rapid removal of the oxide film and satisfactory expansion of the molten one Solder metal can be achieved. If a cadmium deposition always takes place, it is almost immeasurably 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 cadmium.
The physical properties of the raft are largely determined by the composition of the carrier, as. this component generally constitutes at least 50 percent by weight of the total flux. The relative amounts of the ingredients of the carrier are appropriately such. chosen so that the proper melting point is obtained with the special metal used for the brazing operation. The flux should melt before the solder. It has look at. Brazing of light metals has shown that the melting point of the Flossmit means generally should not be higher than 638 C.
Fluids with melting points of: 500 to 592 C give satisfactory results when brazing most light metal parts. The carrier is used 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 metal. For the purposes of brazing, the alkali metal chlorides are the most satisfactory carriers because of their stability, their non-oxidizability and the wide melting point range of their mixtures. Among those used here.
Be description mentioned alkali metal chlorides are to be understood in particular the chlorides of sodium, potassium and lithium, of which one will preferably use two or all approximately in amounts of the following percentage ranges, based on the total weight of the float
EMI0005.0010
NaCl <SEP> 5-60%
<tb> KCl <SEP> 5-60%
<tb> LiCl <SEP> 5-80% The total amount consisting of the alkali metal chlorides and the other constituents of the raft can of course not exceed 100%. This means that if a maximum amount of one component is used, the amounts of the other components must be reduced accordingly.
Using a brazing flux of the composition given above; Together with a suitable soldering metal, it is possible to create a strong soldered connection either between light metal parts or between light metals and other metals, such as iron or copper. This flux is suitable for use with brazing metals of various compositions, in particular with those alloys which contain aluminum or magnesium as the main component.
The above-mentioned flux mixtures 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 that have such high melting points that they contain (1) 5% NaCl, 49% KCl, 37% LiCl, 7% LiF, 3% CdF2. (2) 26% NaCl, 54% KCl, 8% LiF, 12% CdCl2. As an example of a flux which, in addition to the cadmium halide, contains a small amount of a halide of another (3) 24% NaCl, 52% KCl, 8% LiF, 15.95% CdCl2, 0.05% SnCl2.
This flux is particularly suitable for brazing metal parts. from manganese-containing aluminum alloys (example, aluminum alloys with 1.2 0/0 Man gan and the usual impurities).
A flux suitable for brazing (4) 29% NaCl, 50% KCl, 8% LiF, 12.9% CdCl2, 0.1% PbCl2. The minimum brazing temperatures that can be used in conjunction with the fluxes of the above compositions are 538 and 592 C. By changing the proportions of the components of the carrier, other, similar fluxes with different minimum brazing temperatures can be produced.
Let there be two examples of the way in which metal parts made of aluminum and magnesium were soldered together in the form of T-shaped pieces. In one case, two strips of technically pure aluminum were coated with the flux (1) in the form of an aqueous paste on the surfaces to be joined. The strips were then mounted in a clamping device in such a way that they were held in the arrangement of an inverted <B> T </B>, whereupon a wire made of the brazing alloy (10% Si, reversibility was practically limited to welding operations.
By using the flux described here, it is possible to produce strong, corrosion-resistant soldering points by means of the usual hard soldering process using a soldering furnace as well as by means of other hard soldering processes.
In the following some exemplary embodiments of the flux according to the invention are be written. Metal that is more noble than aluminum contains, be that of the following composition of metal parts made of aluminum alloy rods containing magnesium and chromium (example, alloys with 2.5% Mg, 0.25%, chromium and aluminum as residual content the usual impurities) is that of the following composition: 901 / o Al) at the connection point that was applied to the strips. The entire structure was then placed in an oven and heated at 607 ° C. for 1.0 minutes. That dem.
The structure removed from the oven had a flawless solder joint after cooling to room temperature. A symmetrical edge had formed on both sides of the solder joint. There was no visible deposition of metallic cadmium. All residues of the flux could easily be removed from the newly formed solder joint by washing. will.
Similarly, two magnesium strips were brazed using the flux (2) and a magnesium alloy as solder and by heating the combined strips in an oven for 10 minutes at 607 ° C. In this way, a defect-free solder joint with a good solder edge was obtained.
As an example of the working method according to which an aluminum alloy containing magnesium (2.5% Mg, 0.25% Cr, the remainder aluminum with the usual impurities) can be brazed, consider a brazing operation carried out using the flux (4) for the production of a T-shaped solder joint. Two strips of a metal sheet were coated with the flux in the form of an aqueous paste along the point to be united. They were mounted in a clamp so that they were held in an inverted T arrangement, and a braze alloy wire (10% Si, 90% Al) was attached to the junction of the two strips.
The whole structure was then placed in an oven and heated at 610 ° C. for 15 minutes. After cooling to room temperature, the structure removed from the furnace had a defect-free soldering point and a symmetrical edge of brazing metal formed on both sides of the soldering point. The entire residue of the flux could easily be removed from the freshly created solder joint by washing.
Similarly, two magnesium strips were connected using the flux (1) and a magnesium alloy as a solder. The combined strips were heated in an oven at 604 ° C. for 10 minutes. In this way, a solder joint with good edge formation was obtained.