CH467126A - Verfahren zum Löten von aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehenden Werkstücken - Google Patents

Verfahren zum Löten von aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehenden Werkstücken

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CH467126A
CH467126A CH581864A CH581864A CH467126A CH 467126 A CH467126 A CH 467126A CH 581864 A CH581864 A CH 581864A CH 581864 A CH581864 A CH 581864A CH 467126 A CH467126 A CH 467126A
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John Miller Clarence
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/28Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 950 degrees C
    • B23K35/286Al as the principal constituent

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description


  Verfahren zum Löten von aus     Aluminium    oder Aluminiumlegierungen bestehenden     Werkstücken       Beim Löten werden im allgemeinen     Lötlegierungen     verwendet, die in     Pulverform    oder häufig, in Form eines  Blattes, Bandes, Drahtes oder dergleichen vorliegen, und  die zwischen die zu verbindenden Teile eingeführt sind.  Die Lötlegierung ist so gewählt, dass sie eine niedrigere  Schmelztemperatur besitzt als irgendeines der zu ver  bindenden Teile und daher bei Temperaturen schmelzen  und fliessen kann, die unter denen liegen, welche eine  Schädigung des Materials der zu verbindenden Teile be  wirken würden.

   Ein Problem beim Löten besteht darin,  dass die geschmolzene Lötlegierung die metallischen Ober  flächen der zu verbindenden Teile benetzen muss, wenn  eine feste Verbindung erhalten werden soll. Da jedoch  bestimmte Werkstoffe, wie rostfreie Stahlsorten und Alu  minium oder dessen Legierungen an der Luft eine Oxyd  haut bilden, die schwer zu entfernen ist, wird ein Fluss  mittel zur Entfernung der Oxydhaut verwendet, die nor  malerweise auf den Oberflächen der zu verbindenden Teile  vorhanden ist. Die Oxydentfernung kann dadurch erfol  gen, dass das Flussmittel diese Oxyde auflöst oder das  Metall schwach anätzt und die Oxyde von der Oberfläche  des Metalles entfernt. Gegebenenfalls kann das     Flussmit-          tel    beide Wirkungen gleichzeitig ausüben.

   Vorzugsweise  bilden einige Flussmittel bei der Löttemperatur eine     fliess-          fähige,    die Luft ausschliessende Umhüllung der verbun  denen Flächen und werden erst durch die fliessende Lot  legierung entfernt, wenn diese die Flächen benetzt. Auf  diese Weise kommt die geschmolzene Lotlegierung mit  einer oxydfreien Oberfläche zusammen und ergibt eine  feste Verbindung. Flussmittel sind im allgemeinen korro  dierend und ihre Rückstände nach dem Löten schwer  oder unwirtschaftlich zu entfernen.

   Dies macht die     Fluss-          mittel    für einige Zwecke ungeeignet, z.B. für die Her  stellung von Wärmeaustauschern, wie Autokühlern, bei  welchen das Kühlmittel durch korrodierend wirkende  Produkte verunreinigt werden kann, oder für Vakuum  kammern, bei welchen aus den Flussmittelrückständen im  Vakuum korrodierend wirkende Gase freigesetzt werden  und eine Schädigung der in die Kammer eingebrachten  Teile oder der Kammer selbst bedingen.  



  Aluminium und seine Legierungen sind der Bildung  von haftfähigen Oxyden unter Einfluss von Luft beson-    ders zugänglich. Diese Werkstoffe werden daher häufig  in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum gelötet. Das  Oxyd muss jedoch dennoch entfernt werden, wenn eine  feste Verbindung erhalten werden soll. Die Verwendung  der üblichen mechanischen Mittel zur Entfernung derar  tiger Oxydfilme nach Anlegen eines Vakuums oder Ein  bringen einer entsprechenden inerten und nicht oxydie  renden Atmosphäre ist selbst bei einfachen Bauteilen kost  spielig und zeitraubend. Für komplexere Gebilde, z.B.       wabenartige    Anordnungen aus Aluminium, oder Gebilde  mit komplizierten Flächenstrukturen, ist dies vollständig  ausgeschlossen.  



  Es ist ein Ziel der vorliegenden     Erfindung,    die geschil  derten Nachteile zu beheben.  



  Das Verfahren gemäss der Erfindung zum Löten von  aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehenden  Werkstücken ohne die Verwendung eines Flussmittels,  wobei die Lötnaht aus einer Legierung mit einem niedri  gen Schmelzpunkt, welche mindestens zum überwiegenden  Teil Aluminium, Magnesium und Silicium enthält, besteht  und wobei die zu lötenden Werkstücke in ihrer ge  wünschten Beziehung zusammengestellt, und an der vor  gesehenen Verbindungsstelle in einer nichtoxydierenden  Atmosphäre erhitzt werden, ist gekennzeichnet durch das  Schmelzen bzw.

   Erschmelzen einer Legierung, deren  Schmelzpunkt zwischen 550 C und dem Schmelzpunkt  des Werkstücks mit der niedrigsten Schmelztemperatur  liegt, und die 1-15     Gew.7o    Silicium und 0,4-10     Gew.%     Magnesium und 0-25     Gew.7o    Kupfer und als Rest Alu  minium.  



  Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung  werden die Legierungsbestandteile gesamthaft oder teil  weise von den zu lötenden Werkstücken geliefert.  



  Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der  Erfindung werden die Legierungsbestandteile in der Form  von Lötfolien oder Pulvermischungen oder Streifen oder  Drähten in die Verbindungsstelle eingeführt.  



  Die Erfindung soll nun mit Hilfe der Figur und an  einigen Beispielen näher erläutert werden.  



  Die Figur zeigt ein vereinfachtes     ternäres    Phasen  diagramm der     Liquidustemperaturen    des Systems     Mg-          Si-Al.         Bei Untersuchungen des Vakuumlötens von Alumi  niumlegierungen wurde überraschenderweise gefunden,  dass die Anwesenheit der Elemente Magnesium und Sili  cium an der vorgesehenen Verbindungsstelle zwischen den  zu verlötenden Teilen zu festen Verbindungen führte,  ohne dass ein besonderes Flussmittel verwendet wurde.  Diese und weitere Beobachtungen werden eingehender im  Zusammenhang mit Beispiel 1 und den Beispielen von  Tabelle 1 beschrieben.  



  Es wurde gefunden, dass die für die Durchführung  des     erfindungsgemässen    Verfahrens erforderlichen Ele  mente Aluminium, Magnesium und     Silicium    an der Ver  bindungsstelle auch dadurch geliefert werden können, dass  alle diese Elemente in einem oder beiden der zu verlöten  den Teile vorhanden sind. Da jedoch technische Alumi  niumlegierungen, die für Bau- oder Konstruktionszwecke  verbunden werden sollen, nicht immer alle die notwen  digen Elemente gemeinsam enthalten, werden vorzugs  weise Zwischenwerkstoffe, z.B. in Form von (1) Lötfolien,  mit denen eines oder beide der zu verbindenden Teile  versehen sind, (2) Pulvermischungen, (3) Blatteinlagen,  (4) Streifen oder (5) drahtartigen Gebilden oder Kombi  nationen derartiger verschiedener Mittel verwendet.

   Für  das neue Verfahren ist es, dass an der zu lötenden Ver  bindungsstelle mindestens die Elemente Silicium und  Magnesium gemeinsam mit Aluminium vorliegen, damit  an der Verbindungsstelle während des Lötens eine Legie  rung mit sehr niedrigem Schmelzpunkt gebildet werden  kann.  



  Die Vorgänge an der Lötstelle sind am einfachsten  anhand der Zeichnung zu erläutern, die ein ternäres Pha  sendiagramm der Liquidustemperaturen des Systems     Al-          Mg-Si    in  C wiedergibt. Derartige Diagramme sind in der  Literatur, z.B. in  Metals Handbook , herausgegeben  von der American Society for Metals, 1948, S. 1246  beschrieben.

   Unter Bezugnahme auf die untere linke Ecke  des Diagramms mit hohen Aluminium- und niedrigen Sili  ciumwerten ist zu erkennen, dass bei etwa 13 Gew.%  Silicium, etwa 5 Gew.% Magnesium und etwa 82 Gew.%  Aluminium eine bei etwa 551 C schmelzende eutektische  Legierung vorliegt, Ferner ist zu erkennen, dass die  Schmelztemperaturen anderer Legierungszusammenset  zungen bei merklicher Zusammensetzungsabweichung  von dem genannten Punkt rasch ansteigen, insbesondere  wenn der Siliciumgehalt erhöht wird.

   Da technische Alu  miniumlegierungen zweckmässigerweise bei Temperaturen  von unter etwa<I>625 C</I> gelötet werden sollen, wird gemäss  einer Ausführungsform des     erfindungsgemässen    Verfah  rens an der gewünschten Verbindungsstelle eine Alu  miniumlegierung gebildet, Die Magnesium und 1-15  Gew.% Silicium enthält, um den Schmelzpunkt zu steuern.  Der Magnesiumgehalt der gebildeten Legierung ist gerin  ger als 10 Gew.%. Die ternären Phasendiagramme an  derer Aluminiumlegierungen zeigen, dass das Auftreten  dieser eutektischen Al-Mg-Si-Legierung bei etwa 550 C  überraschend ist und daher beim Löten von Aluminium  oder Aluminiumlegierungen bisher nicht verwendet     wurde     bzw. nicht als verwendbar erkannt worden ist.  



  <I>Beispiel 1</I>  Bei der Herstellung einer Wärmeaustauscheranlage hat  es sich als zweckmässig erwiesen, wabenartig geformtes  Aluminium mit einem Teil aus Aluminiumblech zu ver  löten, um einen hohen Wärmeübergang sicherzustellen.  Das Material des Wabengebildes bestand aus praktisch  reinem Aluminium mit weniger als     17o    Verunreinigungen  und wird gelegentlich im Handel als (Typ l100  bezeich-    net. Der Teil, mit welchem das Wabengebilde aus Alumi  nium in diesem Beispiel verlötet wurde, war ein Lötblech,  das im Handel gelegentlich als Lötblech Nr. 23 bezeichnet  wird.

   Das Lötblech bestand aus einem Grundblech mit  einer     Nominalzusammensetzung        (bezogen    auf Gewicht)  von 0,350/o Si, 0,250/o Cu, 0,60% Mg und Aluminium  als Rest. Über dem Basisteil war eine Verkleidung aus  einem Legierungsblech oder Blatt mit niedrigerem     Schwel-          punkt    angeordnet, das mit dem Wabengebilde aus Alu  minium in Berührung stand und aus 10 Gew.% Si, bis  etwa 0,3 Gew.% Kupfer und im übrigen aus Aluminium  bestand.

   Dementsprechend befand sich das technisch reine  Aluminium während des Lötvorganges bei der     Löttem-          peratur    mit einer geschmolzenen Legierung in Berührung,  die 10 Gew.% Silicium und eine Basislegierung enthielt,  welche das Element Mg umfasste.  



  Das wabenartige Aluminiumgebilde und das Lötblatt  oder -blech mit     dazwischenliegender    Verkleidung aus  Siliciumlegierung wurde in einen Ofen gebracht, der dann  auf etwa 1 X 10-4 mm Hg evakuiert wurde. Dann wurde  die Temperatur der Teile auf etwa 590 C erhöht, eine  Minute bei dieser Temperaturgehalten und dann erheb  lich unter den Schmelzpunkt der Lotlegierung gesenkt.  Nach     Lufteinlass    in den Ofen zeigte es sich, dass die Teile  fest verlötet waren, wobei Metallkehlen an der Lötstelle  auf eine gute Benetzung der Teile mit dem geschmolzenen  Metall hindeuten.

   Wie durch eine Analyse festgestellt  werden konnte, hatte die Lötnaht eine Zusammensetzung  von 9,8     Gew.%        Si,    0,3     Gew.7o        Cu,    0,55     Gew.7o    Mg und  als Rest Al. Daraus ist zu erkennen, dass Teile aus Alu  minium oder Aluminiumlegierungen in einer nicht oxy  dierenden Atmosphäre ohne Verwendung eines besonde  ren Flussmittels miteinander verlötet werden können.  



  <I>Beispiel 2</I>  Es wurde wie in Beispiel 1 unter Verwendung des  gleichen     Wabengebildes    aus technisch reinem Aluminium  gearbeitet. In diesem Beispiel bestand das Blatt aus einem  Lötblech, das auch als Lötblech Nr. 21 bezeichnet wird,  und eine Verkleidung aus einer Legierung von etwa  7,5     Gew.7o    Silicium und Aluminium, sowie Verunreini  gungen als restlichen Anteil auf einem Trägerblech auf  weist, das aus<B>0,35%</B> Silicium,     0,25%        Cu,        0,60%    Mg und  im übrigen aus Aluminium besteht, wie der Trägerteil  von Beispiel 1.

   Dementsprechend     umfasste    die Verbin  dungsstelle     zwischen    praktisch reinem Aluminium und  dem Grundteil die Elemente     Silicium    und     Magnesium    ne  ben Aluminium und einer geringen Menge Kupfer.  



  Es wurde wie in Beispiel 1, aber mit einem Start  vakuum von etwa 1.5 -     10-4    mm     Hg,    einer Löttemperatur  von 590 C und einem Endvakuum von etwa 2 -     10-5    mm       Hg,    gearbeitet. Nach Entnahme der Teile aus dem Ofen  zeigte sich eine fest gelötete Verbindungsstelle. Die Ana  lyse des Metalls der Lötnaht zeigte, dass diese 7,4     Gew.%          Si,    0,24     Gew.7o        Cu,    0,55     Gew.7o    Mg und als Rest Al  enthielt.  



  Da gefunden wurde, dass zwischen Teilen aus prak  tisch reinem Aluminium eine bessere Wärmeleitfähigkeit  erzielt wird, als zwischen Teilen aus Aluminium und Alu  miniumlegierungen, und da ein besseres Verständnis der  Grundlagen der vorliegenden Erfindung angestrebt wurde,  wurde eine zusätzliche Reihe von Beispielen durchgeführt  und in gleicher Weise wie in Beispielen 1 und 2 geprüft.       Die    folgende Tabelle I gibt Beispiele für derartige zusätz  liche Arbeitsweisen und stellt mit Ausnahme der Beispiele  12 und 13 die Verbindung von     wabenartigen    Gebilden  aus praktisch reinem Aluminium dar. Beide dieser Ma-      terialien werden auch als (Legierungen Nr. 1100  bezeich  net.

   Die Beispiele 12 und 13 zeigen die Verbindung von  Blech aus reinem Aluminium mit einem anderen Blech  aus reinem     Aluminium.     
EMI0003.0001     
  
    TABELLE <SEP> I
<tb>  Bei- <SEP> Zwischenmaterialien <SEP> Vakuum <SEP> Temp.
<tb>  spiel <SEP> Legierungsblatt <SEP> Pulver <SEP> Start <SEP> Ende <SEP>  C <SEP> Bemerkungen
<tb>  3 <SEP> 10% <SEP> Si, <SEP> Rest <SEP> Al <SEP> 1,5- <SEP> 10-4 <SEP> 2-10-5 <SEP> 600 <SEP> Legierung <SEP> schmolz, <SEP> kein <SEP> Benetzen <SEP> und
<tb>  Kehlen, <SEP> keine <SEP> Lötung
<tb>  4 <SEP>   <SEP> Mg <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 10-4 <SEP> 8-10-5 <SEP> 605 <SEP> schlechte <SEP> Lötung, <SEP> Legierung <SEP> zu <SEP> flüssig,
<tb>  Temp.

   <SEP> zu <SEP> hoch
<tb>  5 <SEP>   <SEP>   <SEP> 2,5- <SEP> 10-4 <SEP> 6,5-10-5 <SEP> 590 <SEP> gute <SEP> Lötung
<tb>  6 <SEP>   <SEP> 50% <SEP> Mg, <SEP> 50% <SEP> Cu <SEP> 1 <SEP> . <SEP> 10-4 <SEP> 1-10-5 <SEP> 590 <SEP> gute <SEP> Lötung
<tb>  7 <SEP>   <SEP> 1 <SEP> _ <SEP> 10-4 <SEP> 2.10-6 <SEP> 581 <SEP> keine <SEP> Lötung, <SEP> keine <SEP> Anzeichen <SEP> f. <SEP> Schmelzen
<tb>  8 <SEP>   <SEP> 1 <SEP> . <SEP> 10'4 <SEP> 6,5-10-5 <SEP> 600 <SEP> keine <SEP> Lötung, <SEP> keine <SEP> Anzeichen <SEP> f. <SEP> Schmelzen
<tb>  9 <SEP> 12% <SEP> Si, <SEP> Rest <SEP> Al <SEP>   <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 10-4 <SEP> 1.10-4 <SEP> 600 <SEP> gute <SEP> Lötung, <SEP> Temp. <SEP> etwas <SEP> hoch
<tb>  10 <SEP>   <SEP>   <SEP> 3-10-4 <SEP> 1,8-10-5 <SEP> 608 <SEP> gute <SEP> Lötung, <SEP> Temp.

   <SEP> zu <SEP> hoch
<tb>  11 <SEP> 55% <SEP> Si, <SEP> 23% <SEP> Mg, <SEP> 3.10-4 <SEP> 1-10-4 <SEP> 600 <SEP> gelötet, <SEP> aber <SEP> schlechte <SEP> Kehlung, <SEP> Temp.
<tb>  22% <SEP> Cu <SEP> zu <SEP> niedrig
<tb>  *12 <SEP>   <SEP> 3.10-4 <SEP> 1,5.10-4 <SEP> 615 <SEP> gute <SEP> Lötung
<tb>  *l3 <SEP> 50% <SEP> Mg, <SEP> 50% <SEP> Si <SEP> 1,5- <SEP> 10-4 <SEP> 2. <SEP> 10-4 <SEP> 590 <SEP> Teillötung, <SEP> Temp. <SEP> zu <SEP> niedrig
<tb>  14 <SEP> 10% <SEP> Si, <SEP> Rest <SEP> Al <SEP> 75% <SEP> Mg, <SEP> 25% <SEP> Cu <SEP> 2,5.10-3 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 10-4 <SEP> 588 <SEP> gute <SEP> Lötung
<tb>  * <SEP> AI-Blech <SEP> mit <SEP> AI-Blech       In der Tabelle I sind nur die Zwischenwerkstoffe  angegeben, wobei die verbundenen Bauteile aus technisch  reinem Aluminium bestanden.

   Es ist zu bemerken, dass  gelegentlich ein intermediäres Lötblech oder Lötblatt,  in anderen Fällen Pulver und in anderen Fällen sowohl  Legierungsblatt als auch Pulver verwendet werden. Allge  mein kann die     Einführung    der intermediären     Materialien     in einer Vielzahl von Formeln, wie als Pulver, Legierungs  blatt, Streifen,     Draht    oder dergleichen erfolgen. Im Bei  spiel 3, bei welchem in dem Legierungszwischenblatt Sili  cium, aber kein Magnesium vorhanden war, erfolgte keine  Benetzung oder Kehlung und es wurde keine     Lötverbin-          dung    erhalten, obwohl das Legierungszwischenblatt  schmolz.

   Wenn jedoch in den Beispielen 4 und 5 die Kom  ponenten von Beispiel 3 unter entsprechender Anpassung  der Temperatur und in Gegenwart von Magnesiumpulver  an der zu verlötenden Stelle erfolgte, wurde eine fest  verlötete Verbindung erhalten. In Beispiel 6 wurde das  Beispiel 5 mit der Abänderung wiederholt, das eine Mi  schung von Kupfer- und Magnesiumpulver zur Verbes  serung der Kehlungseigenschaften verwendet wurde. Dies  führte ebenfalls zu einer guten Lötung; in den Beispielen 7  und 8 wurde jedoch bei Verwendung des gleichen pulver  förmigen Zwischenmaterials, jedoch in Abwesenheit der  10% Silicium enthaltenden Legierung keine Lötung erhal  ten, auch wenn die Löttemperatur erhöht wurde.

   Die  Beispiele 9 und 10 bei praktisch gleichen oder etwas höhe  ren Temperaturen als in Beispiel 8, jedoch unter Ein  führung eines     12%    Silicium enthaltenden Legierungs  blattes als Zwischenmaterial mit dem Kupfer-Magnesium  pulver, führte zu einer festen, verlöteten Verbindung. Die  Beispiele 11, 12 und 13 zeigen, dass die Einführung eines  Pulvers als Zwischenmaterial zwischen zwei zu verbin  dende Teile aus reinem Aluminium in Abwesenheit eines  besonderen Flussmittels bei entsprechender Temperatur-    einstellung zu einer guten Lötverbindung führen kann,  gleichgültig ob die verbundenen Teile komplexe Formen  aufweisen, wie z.B. wabenartige Gebilde, oder einfache    Bleche sind.

   Beispiel 14 zeigt die Verwendung eines  Legierungszwischenblattes mit einem intermediären Pul  ver, das zur Einstellung der Schmelztemperatur und der  Kehlungseigenschaften andere verträgliche Elemente, wie  Kupfer enthält. Es ist zu erwarten, dass der Schmelzpunkt  des quaternären Autektikums des Systems Al-Mg-Si-Cu  niedriger liegt, als der des ternären Eutektikums des  Systems Al-Mg-Si. Tatsächlich zeigt Beispiel 14, dass  die zufriedenstellende Löttemperatur niedriger liegt, als  in den meisten anderen Fällen, bei welchen keine der  artig Schmelzpunktsregelung erfolgt.  



  Wie aus den obigen Beispielen zu ersehen     ist,    kann  der     Schmelzpunkt    der zu verbindenden Teile an der vor  gesehenen Verbindungsstelle durch     Diffusion    von Magne  sium und Silicium entweder von einem Teil in den ande  ren, oder zwischen den Teilen, durch Verwendung der  intermediären Materialien selektiv erniedrigt werden.

    Dementsprechend ist zu erkennen, dass nach dem neuen  Verfahren Aluminium- oder Aluminiumlegierungsteilen  allein verwendet werden können, wenn Magnesium und  Silicium in geeigneten Anteilen in diesen Legierungen  enthalten sind oder wenn die     intermediären    Materialien  in entsprechender Weise zwischen die zu verbindenden  Teile gebracht werden, wobei die äussere Form des inter  mediären Materials relativ unwichtig ist, sofern es nur  an der vorgesehenen Verbindungsstelle zur Verfügung  steht.

   Das in den obigen Beispielen     verwendete    Pulver  wurde in einem     flüchtigen    Träger, wie     Methyl- Cello-          solve     suspendiert, und zwar in einem ausreichenden  Masse, um eine für das Auftragen genügend lange Dauer  der Suspendierung zu erzielen. Die Suspension wurde auf  das     Aluminiumgrundblechmaterial    bzw. auf das aus Le  gierung bestehende Blech- oder Blattmaterial gegossen  oder gestrichen und dann trocknen gelassen. Es bleibt  eine dünne Schicht aus Pulver zurück, die das Werkstück      gleichmässig bedeckte. Das verwendete Magnesiumpulver  war gereinigtes Magnesium, das Kupferpulver war, eben  so wie das Siliciumpulver, chemisch rein.

   Alle Pulver zeig  ten eine Partikelgrösse von etwa 0,044 mm (325 mesh). Es  hat sich jedoch als notwendig erwiesen, das Kupferpulver  vor seiner Verwendung zu desoxydieren, da es in rohem  Zustand nicht unter Regelung der Schmelztemperatur  und der Kehlungseigenschaften legiert.  



  Das Kupferpulver wurde durch Erhitzen unter Was  serstoff auf etwa 800 C desoxydiert und dann gemäss  den Angaben von Tabelle I in     Pulverform    verwendet.  



  Die Beispiele 12 und 13 wurden mit einem     L-förmi-          gen    oberen Bauteil aus schwererem (etwa 3 mm) Material       durchgeführt,    das auf einem flachen unteren Teil auflag.  Die Temperatur wurde mit einem Thermoelement      Chro-          mel-Alumel     bestimmt, dessen Verbindungsstelle mit  einem der beiden Werkteile in Berührung stand. In der  obigen Tabelle I wie in der gesamten Beschreibung be  ziehen sich alle Angaben in     %    auf das Gewicht.  



  Es gibt verschiedene Theorien zur Erklärung des Me  chanismus, durch welchen die fest haftenden Aluminium  oxyde bei der Durchführung des     erfindungsgemässen     Verfahrens entweder durchdrungen, zerrissen oder bezüg  lich ihres Ortes verändert werden.  



  Die Analyse der die verlöteten Teile in den obigen  Beispielen umgebenden Ofenteile aus keramischen Ma  terial zeigte die Gegenwart von Magnesium, das sich  zwangsläufig aus der Dampfform abgelagert hatte. Man  könnte daher annehmen, dass der Magnesiumdampf eine  Reduktion des Aluminiumoxydes bewirkt, da Magnesium  etwas reaktionsfähiger als Aluminium ist. Wie jedoch  oben erwähnt, konnte Kupferpulver in roher Form zur  Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nicht  verwendet werden und lag am Ende des Lötvorganges  in nicht absorbierter Form lose auf der Oberfläche des  aus dem Ofen entnommenen Werkstückes.

   Desoxydiertes  Kupferpulver legierte dagegen mit dem     Verbindungma-          terial.    Da Kupferoxyd leichter zu reduzieren ist als Alu  miniumoxyd, und da     Magnesium    erheblich reaktions  fähiger als Kupfer ist, wird angenommen, dass das Magne  sium das Aluminiumoxyd nicht reduziert, wenn es unter  den gleichen Bedingungen keine Reduktion von Kupfer  oxyd bewirkt. Eine bessere Erklärung für den Mechanis  mus des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin,  dass der Magnesiumdampf die Aluminiumoxydhaut ent  weder durch Risse oder Poren der Oxydschicht durch  dringt und das darunter liegende Metall an der Verbin  dungsstelle benetzt.

   Die entstehende Oberflächenspan  nung ist ausreichend, um die Oxydschicht von dem Metall,  auf welchem sie sich ursprünglich gebildet hatte, zu ent  fernen und möglicherweise die Schicht zu zerreissen, so  dass eine innige Berührung zwischen der geschmolzenen  Lötlegierung und den beiden zu verbindenden Werk  stücken ermöglicht wird. Derartige Poren oder Risse  in den zäh haftenden Aluminiumoxydschichten sind so  klein, dass die Oberflächenspannung von geschmolzenem  Metall eine Durchdringung verhindern würde, während  die Metalldämpfe dieser Einschränkung nicht unterliegen    und eindringen können. Dieser Mechanismus ist von A.J.  Wall und D.R. Milner in einer Veröffentlichung  Wetting  and Spreading Phenomena in a Vacuum  im  Journal of  the Institute of Metals, Juni 1962, Seite 394 beschrieben.

    Diese Veröffentlichung beschreibt die mechanische Ent  fernung eines Oxydfilms durch Kriechen von benetzen  dem Metall, welches durch den Film hindurchgedrun  gen ist.  



  Wie oben erwähnt, kann durch Einführung von des  oxydiertem Kupfer eine Verbesserung der Kehlbildung  und eine Regelung des     Schmelzpunktes    erzielt werden. Es  wird angenommen, dass die Zugabe anderer verträglicher  metallischer Elemente zur Regelung der Eigenschaften  der Lötverbindung     erfolgen    können und dass dadurch eine  Gruppe von Legierungen mit den niedrigen Schmelzpunk  ten im Bereich des oben beschriebenen ternären     Eutek-          tikums    von Al-Mg-Si entsteht.  



  Es wurde daher gefunden, dass     beim    Löten von Alu  minium oder Aluminiumlegierungen Magnesium und  Silicium in die Teile an den zu verbindenden Teilen ein  diffundiert werden können, um den Schmelzpunkt an der  Verbindungsstelle selektiv zu erniedrigen, wodurch eine  generelle Verbesserung des     Lötens    von Aluminiumbau  teilen zugänglich wird. Die Einführung einer besonderen  Lötlegierung     zwischen    zu verbindenden Teilen aus prak  tisch reinem Aluminium bedeutet     eine        erhebliche    Berei  cherung der     Metallbearbeitungstechnik.  

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zum Löten von aus Aluminium oder Alu miniumlegierungen bestehenden Werkstücken ohne die Verwendung eines Flussmittels, wobei die Lötnaht aus einer Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt, wel che mindestens zum überwiegenden Teil Aluminium, Ma gnesium und Silicium enthält, besteht und wobei die zu lötenden Werkstücke in ihrer gewünschten Beziehung zusammengestellt und an der vorgesehenen Verbindungs stelle in einer nichtoxydierenden Atmosphäre erhitzt wer den, gekennzeichnet durch das Schmelzen bzw. Erschmel zen einer Legierung, deren Schmelzpunkt zwischen 550 C und dem Schmelzpunkt des Werkstücks mit der niedrigsten Schmelztemperatur liegt,
    und die 1-15 Gew.a/o Silicium und 0,4-10 Gew.% Magnesium und 0-25 Gew.% Kupfer und als Rest Aluminium enthält. UNTERANSPRCCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Legierungsbestandteile gesamthaft oder teilweise von den zu lötenden Werkstücken geliefert werden. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Legierungsbestandteile in der Form von Lötfolien oder Pulvermischungen oder Streifen oder Drähten in die Verbindungsstelle eingeführt werden.
    <I>Anmerkung des</I> Eidg. <I>Amtes für</I> geistiges Eigentum: Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentan spruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Ein klang stehen, so sei daran erinnert, dass gemäss Art. 51 des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungsbereich des Patentes massgebend ist.
CH581864A 1964-05-04 1964-05-04 Verfahren zum Löten von aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehenden Werkstücken CH467126A (de)

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CH581864A CH467126A (de) 1964-05-04 1964-05-04 Verfahren zum Löten von aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bestehenden Werkstücken

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