DE102017219706A1 - Boron-containing nickel / cobalt base solder with niobium and / or molybdenum, paste and method for soldering - Google Patents

Boron-containing nickel / cobalt base solder with niobium and / or molybdenum, paste and method for soldering Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem das Bor in einem schmelzflüssigen Zustand eines Lotes abgebunden wird. Dies soll mittels Zugabe von Niob in ein Lot erfolgen. Ist die Korngröße des zugefügten Niob-Pulvers größer als die der Lötspaltbreite, verbleiben die Niobpartikel in der Hohlkehle der Lötung, wo sie ggf. in einer finalen Bearbeitung entfernt werden können.
So kann die Boridbildung an Stellen verlagert werden, wo sie keinen kritischen Einfluss auf die Bauteilfestigkeit ausübt.

Figure DE102017219706A1_0000
The invention relates to a method in which the boron is set in a molten state of a solder. This should be done by adding niobium in a solder. If the grain size of the added niobium powder is greater than that of the soldering gap width, the niobium particles remain in the groove of the soldering, where they can possibly be removed in a final processing.
Thus, the boride formation can be shifted to places where it exerts no critical influence on the component strength.
Figure DE102017219706A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft die Modifikation von borhaltigen Loten auf der Basis von Nickel-/Kobalt-Basiswerkstoffen, bei dem Niob und/oder Molybdän verwendet wird, eine Paste und ein Verfahren zum Löten.The invention relates to the modification of boron-based solders based on nickel / cobalt base materials, in which niobium and / or molybdenum is used, a paste and a method for soldering.

Beim Hochtemperaturlöten unter Verwendung von borhaltigen Loten auf Nickelbasis kommt es aufgrund der hohen Prozess- temperaturen zur Diffusion von Bor (B) in dem zu lötenden Grundwerkstoff.In high-temperature soldering using boron-based nickel-based solders, boron (B) diffuses in the base material to be soldered due to the high process temperatures.

Aufgrund der geringen Löslichkeit von Bor (B) in Nickelmisch- kristallen bilden sich in der diffusionsbeeinflussten Zone Sekundärphasen (Verbindungen des Bors mit Bestandteilen des Grundwerkstoffs wie z.B. Nickel, Chrom, Molybdän, Niob, ...). Diese meist sehr harten und spröden Phasen bilden sich zum Teil auf den Korngrenzen oder liegen als grobe Sprödphasen vor, die die Festigkeit der gelöteten Komponente deutlich herabsetzen.Due to the low solubility of boron (B) in mixed nickel crystals, secondary phases are formed in the diffusion-affected zone (boron compounds with constituents of the parent metal such as nickel, chromium, molybdenum, niobium, etc.). These usually very hard and brittle phases form partly on the grain boundaries or are present as coarse brittle phases, which significantly reduce the strength of the soldered component.

Durch sehr lange Prozesszeiten bzw. durch sehr hohe Prozess- temperaturen kann erreicht werden, dass das Bor sehr weit in den Grundwerkstoff eindiffundiert und dort in sehr geringen Konzentrationen vorliegt, die im Mischkristall gelöst werden können. Allerdings sind die Temperaturen/Zeiten, bei denen dies erreicht wird, meist unwirtschaftlich und schädigen da- rüber hinaus den Grundwerkstoff, etwa durch Grobkornbildung. Weiterhin kann es, vor allem beim Einsatz bei höheren Tempe- raturen, zu Alterungseffekten kommen (durch nachträgliche Ausscheidung von Boriden im Betrieb).By very long process times or by very high process temperatures can be achieved that the boron diffuses very far into the base material and is present there in very low concentrations, which can be solved in the solid solution. However, the temperatures / times at which this is achieved are usually uneconomical and, in addition, damage the base material, for example due to coarse grain formation. Furthermore, especially when used at higher temperatures, aging effects can occur (due to subsequent precipitation of borides during operation).

Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.It is therefore an object of the invention to solve the above-mentioned problem.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Pulvermischung gemäß An- spruch 1, eine Paste gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren gemäß Anspruch 8.The object is achieved by a powder mixture according to claim 1, a paste according to claim 7 and a method according to claim 8.

Die Erfindung löst das Problem, indem Bor (B) im schmelzflüs- sigen Zustand des borhaltigen Lotes abgebunden wird. Dies er- folgt mittels der Zugabe von Niob (Nb) und/oder Molybdän (Mo) in dem Lot. Niob (Nb) bzw. Molybdän (Mo) weisen eine hohe Af- finität zu Bor (B) auf. Das Bor (B) soll soweit abgebunden werden, dass die Ausscheidungen in einem Grundwerkstoff und damit dessen Schädigung auf ein Minimum reduziert werden.The invention solves the problem by binding boron (B) in the molten state of the boron-containing solder. This is done by adding niobium (Nb) and / or molybdenum (Mo) in the solder. Niobium (Nb) or molybdenum (Mo) have a high affinity for boron (B). The boron (B) should be set so far that the precipitations in a base material and thus its damage are reduced to a minimum.

Ist die Korngröße des zugefügten Niob (Nb)- oder Molybdän (Mo)-Pulvers größer als die einer Lötspaltbreite, verbleiben die (Nb, Mo)-Borid-Partikel in einer Hohlkehle 16 der Lötung, wo sie ggf. in einer finalen Bearbeitung entfernt werden kön- nen.If the grain size of the added niobium (Nb) or molybdenum (Mo) powder is larger than that of a soldering gap width, the (Nb, Mo) boride particles remain in a groove 16 the soldering, where they can be removed in a final processing if necessary.

Der wesentlichste Vorteil liegt darin, dass auf die Bildung der Boride Einfluss genommen werden kann. So kann die Borid- bildung an Stellen verlagert werden, wo sie keinen kritischen Einfluss auf die Bauteilfestigkeit ausübt.The most important advantage is that the formation of borides can be influenced. For example, the boride formation can be shifted to places where it has no critical influence on the component strength.

Dies wird durch Hinzufügen von Niob und/oder Molybdän-Pulver zum ebenfalls pulverförmigen Nickelbasislot erreicht.This is achieved by adding niobium and / or molybdenum powder to the likewise powdered nickel-based solder.

Die Pulvermischung kann mittels einer Trägerflüssigkeit und optional einem Binder zu einer Paste aufbereitet werden, die sich gut verarbeiten und aufbringen lassen.The powder mixture can be prepared by means of a carrier liquid and optionally a binder to a paste that can be processed well and apply.

Die Erfindung führt zu einer Erhöhung der Festigkeit von mit- tels Hochtemperaturlöten gefügten Bauteilen. Dadurch ergibt sich eine höhere Flexibilität in der Fertigung und im Design von GT-Komponenten.The invention leads to an increase in the strength of components joined by means of high-temperature soldering. This results in greater flexibility in the production and design of GT components.

Die Figur und die Beschreibung stellen nur Ausführungsbei- spiele der Erfindung dar.The figure and the description represent only exemplary embodiments of the invention.

Es zeigt die Figur schematisch eine Lötung mit dem erfin- dungsgemäßen Pulver.The figure shows schematically a soldering with the powder according to the invention.

Die Figur zeigt ein verlötetes oder ein zu verlötendes Bau- teil 1, das zumindest zwei Komponenten 4, 7 aufweist und mit- tels eines erfindungsgemäßen Pulvers miteinander verbunden ist oder werden soll.The figure shows a soldered or to be soldered component 1, the at least two components 4 . 7 and is or should be connected to one another by means of a powder according to the invention.

Das Basismaterial der Komponenten 4, 7 ist vorzugsweise eine nickel- oder kobaltbasierte Superlegierung.The base material of the components 4 . 7 is preferably a nickel- or cobalt-based superalloy.

Eine nickel- oder kobaltbasierte Legierung des Lots 13 ent- hält Bor (B) und hat wie oben beschrieben negativen Einfluss.A nickel- or cobalt-based alloy of the solder 13 contains boron (B) and has negative effects as described above.

Das Pulver des Lots 13 kann auch eine Pulver-Mischung aus einer borhaltigen Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis und einem Basismaterial (Legierung ohne Bor (B)) darstellen.The powder of the solder 13 may also be a powder mixture of a boron-based alloy based on nickel or cobalt and a base material (alloy without boron (B)).

Durch die Verwendung einer physikalischen Pulvermischung aus Niob (Nb) und/oder Molybdän (Mo) zu dem borhaltigen Nickel- basislot, d.h. das Bor (B) ist ein schon legiertes Element der Nickelbasislegierung und scheidet sich als Niobborid (21) und/oder Molybdänborid (21) aus und schädigt nicht einen Grundwerkstoff oder hier die Komponenten 4, 7.By using a physical powder mixture of niobium (Nb) and / or molybdenum (Mo) to the boron-containing nickel base solder, ie the boron (B) is an already alloyed element of the nickel-based alloy and precipitates as niobium boride ( 21 ) and / or molybdenum boride ( 21 ) and does not damage a base material or here the components 4 . 7 ,

Die Korngröße des Niob (Nb)- und/oder des Molybdän (Mo)-Pul- vers ist vorzugsweise größer ist als ein Spalt 18 zwischen den zu verbindenden Komponenten 4,7.The grain size of the niobium (Nb) and / or molybdenum (Mo) powder is preferably greater than a gap 18 between the components to be connected 4,7.

Claims (11)

Pulver, mindestens aufweisend: ein nickel- und/oder kobaltbasiertes Lot (13) als Pulver, insbesondere zumindest eine borhaltige Nickel- und/oder Kobaltbasissuperlegierung als Pulver sowie ein Niob (Nb)- und/oder ein Molybdän (Mo)-Pulver als Zusatz, insbesondere nur bestehend daraus.Powder, comprising at least: a nickel- and / or cobalt-based solder (13) as a powder, in particular at least one boron-containing nickel and / or cobalt-base superalloy as a powder such as a niobium (Nb) - and / or a molybdenum (Mo) powder as an additive, in particular only consisting thereof. Pulver nach Anspruch 1, aufweisend nur Niob (Nb)-Pulver als Zusatz.Powder after Claim 1 comprising only niobium (Nb) powder as additive. Pulver nach Anspruch 1, aufweisend nur Molybdän (Mo)-Pulver als Zusatz.Powder after Claim 1 comprising only molybdenum (Mo) powder as an additive. Pulver nach Anspruch 1, aufweisend Niob (Nb)-Pulver und Moylbdän (Mo)-Pulver als Zu- satz.Powder after Claim 1 comprising niobium (Nb) powder and molybdenum (Mo) powder as an additive. Pulver nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei dem das Niob (Nb)- und/oder Molybdän (Mo)-Pulver zumin- dest größtenteils gröber ist als das des Lots (13), insbesondere mindestens 10% gröber ist.Powder according to one or more of Claims 1 . 2 . 3 or 4 in which the niobium (Nb) and / or molybdenum (Mo) powder is at least for the most part coarser than that of the solder (13), in particular at least 10% coarser. Pulver nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das nickelbasierte und/oder kobaltbasierte Lot (13) eine Pulver-Mischung aus borfreier Legierung und einer bor- haltigen nickel- und/oder kobaltbasierten Legierung dar- stellt.Powder according to one or more of Claims 1 to 5 in which the nickel-based and / or cobalt-based solder (13) represents a powder mixture of boron-free alloy and a boron-containing nickel- and / or cobalt-based alloy. Paste, zumindest aufweisend ein Pulver gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, eine Trägerflüssigkeit und optional einen Binder, insbesondere bestehend daraus.Paste, comprising at least one powder according to one or more of Claims 1 . 2 . 3 . 4 . 5 or 6 , a carrier liquid and optionally a binder, especially consisting thereof. Verfahren zum Verbinden von zwei Komponenten (4, 7), bei dem ein Pulver nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6 oder eine Paste gemäß Anspruch 7 verwendet wird, um die Komponenten (4, 7) miteinander zu verlöten.Method for joining two components (4, 7), in which a powder according to one or more of Claims 1 . 2 . 3 . 4 . 5 or 6 or a paste according to Claim 7 is used to solder the components (4, 7) together. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem zumindest eine, insbesondere beide Komponenten (4, 7) Nickel- oder Kobalt- basislegierungen aufweisen.Method according to Claim 8 in which at least one, in particular both components (4, 7) have nickel or cobalt base alloys. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die Korngröße des Niob (Nb)- und/oder des Molybdän (Mo)-Pulvers zumindest teilweise, insbesondere vollständig größer ist als ein Spalt (18) zwischen den zu verbindenden Komponenten (4,7).Method according to one or both of the Claims 8 or 9 in which the grain size of the niobium (Nb) and / or molybdenum (Mo) powder is at least partially, in particular completely larger, than a gap (18) between the components (4, 7) to be joined. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8, 9 oder 10, bei dem eine Hohlkehle (16) der Lötung (13) nach dem Löten entfernt wird.Method according to one or more of Claims 8 . 9 or 10 in which a groove (16) of the soldering (13) is removed after soldering.
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