DE102014204521A1 - Lotlegierung, Pulver, Lötfolie, Verfahren zum Löten und Bauteil - Google Patents

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Abstract

Durch die Zugabe weiterer Elemente von Silizium und Titan wird eine neue Lotlegierung aufgezeigt, die sich gut Löten lässt und eine sehr geringe Neigung zur Bildung von Boriden im Bereich zwischen Substrat (4) und Legierung (7) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Legierung, die zur Herstellung von Lötfolien verwendet werden kann und damit auch bei einem Lötverfahren eingesetzt werden kann, ein Pulver und ein Bauteil.
  • Für das Hochtemperaturlöten von Nickelbasis-Superlegierungen, wie sie für Heißgaskomponenten von Turbinen verwendet werden, stehen neben Lotpulvern und vorgesinterten Lotblechen (PSP – presintered preform) kommerziell verfügbare Lötfolien zur Verfügung. Diese eignen sich besonders zum stoffschlüssigen Fügen von artgleichen Fügepartnern, wie sie bei dem sogenannten Coupon-Repair. Bei dieser Reparatur werden geschädigte Bereiche aus einer Komponente herausgetrennt und durch einen vorgefertigten Insert ersetzt. Um einen konstanten Lötspalt einzustellen, kann die Fügung mit Hilfe einer Lötfolie realisiert werden, die aufgrund ihrer geringen Dicke deutlich flexibler als ein PSP-Blech ist, gleichzeitig aber bei hinreichender Fertigungsgenauigkeit der Fügepartner eine konstante Dicke der Fügezone gewährleistet. Derzeit verfügbare Lötfolien sind häufig Systeme bestehend aus Nickel, Chrom, Bor und Kohlenstoff, die als metallische Gläser mit einer amorphen Struktur hergestellt werden. Bor als Schmelzpunkterniedriger ist in der Regel mit einem Anteil von mindestens 4Gew.-% enthalten. Der hohe Boranteil führt allerdings dazu, dass im Falle einer zu kurzen Haltezeit während des Lötens Sprödphasen entstehen, die zu einer beeinträchtigten Festigkeit im Bereich der Fügestelle führen. Alternativ sind Lötfolien mit einer komplexeren Zusammensetzung verfügbar, bei denen der Rand aufboriert wird, so dass ein duktiler Rand und ein relativ spröder Kern entstehen. Der Nachteil an diesen Folien ist jedoch, dass sie eine nicht-homogene Zusammensetzung aufweisen, die teilweise zu einem schlechten Lötergebnis führt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Legierung gemäß Anspruch 1, ein Pulver gemäß Anspruch 3, eine Lötfolie gemäß Anspruch 4, ein Verfahren zum Löten gemäß Anspruch 5 und ein Bauteil nach Anspruch 10.
  • In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können um weitere Vorteile zur erzielen.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Anwendungsbeispiel der Erfindung,
  • 2 eine Liste von Superlegierungen.
  • Die Figuren und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbeispiele der Erfindung dar.
  • Es wird vorgeschlagen, neue Legierungen und Lötfolien herzustellen, die ebenfalls über die Komponenten Nickel (Ni), Chrom (Cr), Bor (B) und Kohlenstoff (C) verfügen. Zusätzlich werden geringe Mengen an Silizium (Si) und Titan (Ti) hinzugefügt. Beide Elemente (Si, Ti) sind wie Bor (B) Schmelzpunkterniedriger in Nickelbasislegierungen.
  • Gleichzeitig verbessert Silizium (Si) die Benetzung des Grundwerkstoffs durch die während des Lötprozesses entstehende Schmelze.
  • Durch das Hinzufügen von Silizium (Si) und Titan (Ti) kann der Gehalt an Bor (B) auf mindestens 2,5 Gew.-% reduziert werden.
  • Durch das teilweise Ersetzen des Bors (B) durch Silizium (Si) und Titan (Ti) wird die Boridbildung reduziert, so dass mit verbesserten mechanischen Eigenschaften der Fügestelle zu rechnen ist.
  • Die Legierung beinhaltet (in Gew.%): 9–11 Cr; 1,5–2,5 B; 0,3–0,8 Si; 0,7–1,3 Ti und 0,04–0,07 C, Nickel, insbesondere Ni-10Cr-2B-0,5Si-1Ti-0,06C. Vorzugsweise ist diese Auflistung abschließend.
  • Diese Zusammensetzung kann in einem Temperaturbereich von 1273K–1473K gelötet werden und zeigt nur einen sehr geringen Anteil an Boriden.
  • Die 1 zeigt Substrat 4 als erste Komponente, auf das eine zweite Komponente 10 aufgelötet werden soll oder allgemein bei dem eine Verbindung zwischen zwei Komponenten 4, 10 hergestellt werden soll.
  • Das Substrat 4 ist eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung, insbesondere gemäß 2.
  • Die zweite Komponente 10 ist im Reparaturfall ein PSP-Element oder besteht aus einem Material, das dem Material des Substrats 4 ähnlich ist oder dasselbe ist.
  • Zur Anwendung mittels Löten wird die Legierung, ein Pulver oder eine Lötfolie 7 verwendet, die die Legierung wie oben beschrieben aufweist, und wird zwischen die Komponenten 4, 10 gebracht.
  • Das Löten kann vorzugsweise zusammen mit einer Wärmebehandlung des Substrats 4 durchgeführt werden.
  • Ebenso kann die Legierung, das Pulver oder die Lötfolie 7 dazu verwendet werden, um eine bestimmte Kontur auf einem Substrat herzustellen, also bei dem keine zweite Komponente verlötet wird und die Legierung Teil der äußersten Oberfläche des Substrats darstellt, das gegebenenfalls noch weiter beschichtet wird.

Claims (10)

  1. Legierung zumindest aufweisend (in Gew.-%) Chrom (Cr): 9%–11%, insbesondere 10%, Bor (B): 1,5%–2,5%, insbesondere 2% Silizium (Si): 0,3%–0,8%, insbesondere 0,5%, Titan (Ti): 0,7%–1,3%%, insbesondere 1%, Kohlenstoff (C): 0,04%–0,07%, insbesondere 0,06% Nickel (Ni), insbesondere Rest Nickel (Ni).
  2. Legierung nach Anspruch 1, die aus Nickel (Ni), Chrom (Cr), Bor (B), Silizium (Si), Titan (Ti) und Kohlenstoff (C) besteht.
  3. Pulver aufweisend eine Legierung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, insbesondere bestehend aus einer Legierung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2.
  4. Lötfolie aufweisend eine Legierung nach einem oder beiden Ansprüchen 1 oder 2, insbesondere bestehend aus einer Legierung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, oder ein Pulver nach Anspruch 3 oder bestehend aus einem Pulver nach Anspruch 3.
  5. Verfahren zum Löten, bei dem eine Lotlegierung nach einem oder beiden Ansprüchen 1 oder 2 oder ein Pulver gemäß Anspruch 3 oder eine Lötfolie nach Anspruch 4 verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das in einem Temperaturbereich von 1373K–1473K, insbesondere bei 1423K durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 5 oder 6, das mit einer Wärmebehandlung eines zu verlötenden Substrats (4) durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5, 6 oder 7, bei dem zwei Komponenten (4, 10) miteinander verlötet werden und sich eine Legierung nach Anspruch 1 oder 2, ein Pulver nach Anspruch 3 oder eine Lötfolie nach Anspruch 4 sich zwischen den Komponenten (4, 10) befindet.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5, 6 oder 7, bei dem die Legierung nach Anspruch 1 oder 2, ein Pulver nach Anspruch 3 oder eine Lötfolie nach Anspruch 4 auf einer Oberfläche eines Substrats verlötet wird ohne eine zweite Komponente mit dem Substrat zu verbinden.
  10. Bauteil, aufweisend ein Substrat (4), eine Legierung nach Anspruch 1 oder 2 auf dem Substrat (4) und optional eine zweite Komponente (10), wobei die zweite Komponente (10) mit dem Substrat (4) durch die Legierung verlötet ist.
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