DE1143378B

DE1143378B - Use of a palladium-copper-nickel-manganese alloy as hard solder to connect metal objects that are exposed to temperatures of 550 to 850µ and above

Info

Publication number: DE1143378B
Application number: DEM39086A
Authority: DE
Inventors: David Wade Rhys
Original assignee: Mond Nickel Co Ltd
Current assignee: Mond Nickel Co Ltd
Priority date: 1957-10-01
Filing date: 1958-09-25
Publication date: 1963-02-07

Description

Verwendung einer Palladium-Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung als Hartlot zum Verbinden von Metallgegenständen, die Temperaturen von 550 bis 850° C und darüber ausgesetzt sind Um Metallteile hart zu löten zum Herstellen von Gegenständen, die bei Temperaturen im Bereich von 550 bis 850°C und darüber beansprucht werden, muß ein Lot verwendet werden, das bei diesen Temperaturen eine feste Verbindung ergibt. Die bisher für diesen Zweck gebräuchlichen Lote waren Zusammensetzungen der Basiswerkstoffe, neigen aber dazu, schnell mit ihnen, d. h. mit den Legierungen, die miteinander verbunden werden sollen, zu reagieren. Infolgedessen fließen sie auch träge und sind nicht in der Lage, die Lötstellen schnell und gut auszufüllen.Use of a palladium-copper-nickel-manganese alloy as hard solder for joining metal objects, temperatures from 550 to 850 ° C and above To solder metal parts hard for the manufacture of objects that are exposed to must be stressed at temperatures in the range from 550 to 850 ° C. and above a solder can be used that produces a solid connection at these temperatures. The solders previously used for this purpose were compositions of the base materials, but tend to be quick with them, i. H. with the alloys that are with each other should be connected to respond. As a result, they also flow sluggishly and are not able to fill the solder joints quickly and well.

Eine beträchtliche Verbesserung wird schon mit Nickel-Palladium-Mangan-Hartloten erzielt, die leicht fließen und Lötverbindungen ergeben, die bei hohen Temperaturen fest sind. Ein Lot wird üblicherweise in Form von Drähten, Folien oder ähnlichem benötigt, da es in einer derartigen Form bequem in der erforderlichen Menge an der richtigen Stelle angewendet werden kann. Da jedoch Nickel-Palladium-Mangan-Hartlote auch bei hohen Temperaturen sehr hart sind, lassen sie sich nur schwer bei erhöhter Temperatur zu Draht, Folie oder ähnlichem verarbeiten. Zwar lassen sie sich dazu verarbeiten, aber der Werkzeugverschleiß ist dabei beträchtlich.A considerable improvement is already achieved with nickel-palladium-manganese brazing alloys achieved that flow easily and result in soldered joints made at high temperatures are firm. A solder is usually in the form of wires, foils or the like needed as it is convenient in such a form in the required amount of the can be applied in the correct place. However, there is nickel-palladium-manganese brazing alloys are very hard even at high temperatures, they are difficult to remove at elevated temperatures Process temperature to wire, foil or similar. Admittedly, they allow themselves to do so process, but the tool wear is considerable.

Legierungen aus Silber-Palladium-Mangan sind als Hartlot gleichfalls besser als Legierungen aus den Basiswerkstoffen, neigen aber dazu, Palladium und Mangan durch Diffusion in das Grundmetall hinein abzugeben und dabei in der Lötstelle eine verhältnismäßig weiche silberreiche Schicht zu hinterlassen.Alloys made of silver-palladium-manganese are also available as hard solder better than alloys made from the base materials, but tend to be palladium and To release manganese through diffusion into the base metal and thereby in the soldering point to leave a relatively soft silver-rich layer.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Feststellung, daß bestimmte Palladium-Kupfer-Nickel-Mangan-Legierungen allen vorhandenen und für diesen Zweck in Frage kommenden Legierungen überlegen sind, zumal Palladium-Kupfer-Nickel-Mangan-Lote, bestehend aus 20 bis 60 °/o Palladium, bis zu 15 °/o Kupfer und Mangan, Rest Nickel, nur als Dentallote zum Verlöten von Zahnprothesen aus nichtrostendem Stahl oder aus Kobalt-Chrom-Wolfram-Legierungen bekannt sind. Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung einer Palladium-Kupfer-Nickel-Mangan-Legierung, bestehend aus 10 bis 600/, Kupfer, 10 bis 5001, Nickel, 1 bis 300/, Mangan, Rest, außer Verunreinigungen, mindestens 100/, Palladium als Werkstoff für Hartlote, die nicht nur gut kalt zu verformen, sondern auch vergleichsweise leicht zu bearbeiten sind, zum Verbinden von Metallgegenständen, die Temperaturen von 550 bis 850°C und darüber ausgesetzt werden und dabei eine hohe Scherfestigkeit aufweisen müssen.The invention is based on the surprising finding that certain palladium-copper-nickel-manganese alloys are superior to all existing alloys suitable for this purpose, especially since palladium-copper-nickel-manganese solders, consisting of 20 to 60 ° / o Palladium, up to 15% copper and manganese, the remainder nickel, are only known as dental solders for soldering dentures made of stainless steel or cobalt-chromium-tungsten alloys. The invention therefore relates to the use of a palladium-copper-nickel-manganese alloy consisting of 10 to 600 /, copper, 10 to 5001, nickel, 1 to 300 /, manganese, remainder, except for impurities, at least 100 /, palladium as a material for hard solders, which are not only easy to deform when cold, but are also comparatively easy to process, for joining metal objects that are exposed to temperatures of 550 to 850 ° C and above and must have a high shear strength.

Beispiele von erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen einschließlich ihrer Liquidus- und Solidustemperaturen sind nachfolgend aufgeführt: Zusammensetzung Liquidus- Solidus- Nr. Kupfer Palla- Nik- Mangan temperatur temperatur dium kel °/o °/o j °/o °/o ° C i 1 49 30 20 1 1180 1160 2 45 30 20 5 1162 1120 3 40 30 20 10 1124 1085 4 35 30 20 1 15 1083 1055 5 60 20 15 5 1147 1105 6 55 20 15 10 1090 1035 Beispiele für die Festigkeit von Lötverbindungen bei verschiedenen Temperaturen, die zwischen Teilen aus Nickel-Chrom-Kobalt-Legierungen mittels Lot Nr.4 und 6 hergestellt wurden, enthält die nachstehende Tabelle: Temperatur Scherfestigkeit in kg(mmz ° C Legierung Nr. 4 Legierung Nr. 6 600 - i 16,70 700 - 16,22 750 11,97 14,03 800 - 11,34 850 11,65 j 11,34 Die zu verlötenden Teile bestehen im allgemeinen aus Legierungen, die auf Grund des Vorhandenseins von Chrom, Aluminium, Titan oder anderer Elemente dazu neigen, zusammenhängende, festhaftende und schwerschmelzbare Oxydfilme auf ihrer Oberfläche zu bilden und deshalb gegen das Zundern bei hohen Temperaturen widerstandsfähig sind. Beispiele dafür sind Legierungen, die hauptsächlich aus Nickel oder Nickel und Kobalt mit mindestens 5 °/o Chrom bestehen, wobei andere Elemente, insbesondere Eisen, Titan, Aluminium und Molybdän anwesend sein können. Als weitere Beispiele seien austenitische Chromstähle vom Typ 18 Chrom/8 Nickel genannt. Die Lote nach der Erfindung können vorteilhafterweise auch verwendet werden, um kriechfeste Nickel-Molybdän-Legierungen sowie Wolfram und Molybdän zu verbinden. Dabei können die zu verbindenden Teile aus gleichen oder auch verschiedenen Legierungen oder Metallen bestehen.Examples of alloys to be used according to the invention, including their liquidus and solidus temperatures, are listed below: Composition Liquidus- Solidus- No. Copper Palla- Nik- Manganese temperature temperature dium kel ° / o ° / oj ° / o ° / o ° C i 1 49 30 20 1 1180 1160 2 45 30 20 5 1162 1120 3 40 30 20 10 1124 1085 4 35 30 20 1 15 1083 1055 5 60 20 15 5 1147 1105 6 55 20 15 10 1090 1 035 The following table contains examples of the strength of soldered joints at different temperatures, which were produced between parts made of nickel-chromium-cobalt alloys using solder numbers 4 and 6: Temperature shear strength in kg (mmz ° C Alloy No. 4 Alloy No. 6 600 - i 16.70 700 - 16.22 750 11.97 14.03 800-11.34 850 11.65 j 11.34 The parts to be soldered generally consist of alloys which, due to the presence of chromium, aluminum, titanium or other elements, tend to form coherent, firmly adhering and refractory oxide films on their surface and are therefore resistant to scaling at high temperatures. Examples of this are alloys which mainly consist of nickel or nickel and cobalt with at least 5% chromium, it being possible for other elements, in particular iron, titanium, aluminum and molybdenum, to be present. Austenitic chromium steels of type 18 chromium / 8 nickel may be mentioned as further examples. The solders according to the invention can advantageously also be used to join creep-resistant nickel-molybdenum alloys as well as tungsten and molybdenum. The parts to be connected can consist of the same or different alloys or metals.

Der schwerschmelzbare Oxydfilm, den die meisten dieser Legierungen bilden, kann, um die Bildung einer guten Lötverbindung zu ermöglichen, entfernt werden, und zwar beispielsweise durch Löten mit einem Flußmittel aus Borax, Borsäure oder einer Mischung von Borax und Borsäure in einer Wasserstoffatmosphäre.The refractory oxide film that most of these alloys have can be removed to allow a good solder joint to be formed be, for example by soldering with a flux made of borax, boric acid or a mixture of borax and boric acid in a hydrogen atmosphere.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen besitzen den Vorteil, daß keine hohen Anforderungen an den Abstand zwischen den zu lötenden Flächen gestellt werden. Die erfindungsgemäßen Hartlote fließen nicht nur gut durch Öffnungen, Spalte und Löcher, deren Abmessungen in der Größenordnung von Kapillaren liegen, sondern füllen auch große Öffnungen aus, so daß es nicht nötig ist, die miteinander zu verlötenden Oberflächen durch Bearbeitung genau passend zueinander zu machen.The alloys to be used according to the invention have the advantage that no high requirements are placed on the distance between the surfaces to be soldered will. The hard solders according to the invention not only flow well through openings, gaps and holes, the dimensions of which are on the order of capillaries, but also fill large openings so that it is not necessary to solder them together To make surfaces exactly matched by machining.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Hartlote ist es, daß sie zum Löten unter Vakuum besser geeignet sind als die bekannten Hartlote, da sie in ihrem Fließbereich eine geringere Neigung zum Verdampfen zeigen.Another advantage of the brazing alloys according to the invention is that they are more suitable for soldering under vacuum than the well-known hard solders, as they are in show less tendency to evaporate in their flow range.

Claims

PATENT CLAIM: Use of a palladium-copper-nickel-manganese alloy, consisting of 10 to 600 /, copper, 10 to 5001, nickel, 1 to 300 /, manganese, the remainder at least 100 /, palladium and impurities, as a material for hard solders, which are not only easy to cold deform, but are also comparatively easy to process, for joining metal objects that are exposed to temperatures of 550 to 850 ° C and above and must have a high shear strength. Considered publications: German Patent Specifications No. 684 186, 957 270.