DE1281247B - Ternaeres Hartlot zum Loeten von Wolfram und Molybdaen und Verfahren zum Loeten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4%flTW> PATENTAMT Int. CL:

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AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KI.: 49 h - 35/32

Nummer: 1281247

Aktenzeichen: P 12 81 247.4-24 (U 11834)

Anmeldetag: 24. Juni 1965

Auslegetag: 24. Oktober 1968

Die Erfindung betrifft ein ternäres Hartlot zum Löten von Wolfram, Molybdän und deren Legierungen sowie ein Verfahren zum Löten solcher Teile unter Verwendung des Hartlotes.

Die schwerschmelzbaren Metalle Wolfram und Molybdän sowie deren Legierungen sind mit Vorteil bei hohen Temperaturen anwendbar, z. B. in der Kernenergie- und der Raumfahrttechnik. Zahlreiche Anwendungsfälle erfordern abdichtende oder abschließende Verbindungen und/oder Konstruktionsverbindungen zum Befestigen an tragenden Beschlägen od. dgl. Wolfram und Molybdän wurden schon durch Schweißen und Diffusionsverbindungen wie auch durch Hartlöten miteinander verbunden. Dabei treten aber zahlreiche Verbindungsgestaltungen und Toleranzen auf, die zu berücksichtigen sind, so daß Hartlöten das einzige praktische Verfahren ist.

Für niedrige und mittlere Temperaturen sind zufriedenstellende Lote bekannt, nicht jedoch für den Temperaturbereich, der für bestimmte Kernreaktorkomponenten von besonderem Interesse ist, d. h. von 1950 bis 2500⁰C. Für diese Temperaturen erhältliche Lote neigen dazu, das Grundmetall zu erodieren, oder zeigen schlechte Fließeigenschaften auf Grund der Verdampfung von Legierungsbestandteilen während des Lötens.

Es ist zwar bereits bekannt, als Hartlot zum Verbinden von Teilen aus Molybdän ein Molybdän-Ruthenium-Lot zu verwenden, wenn die Verwendungstemperatur der Teile über 1100⁰C liegt. Andererseits hat man in Sonderfällen ζ. Β. zum Erzielen duktiler Lotstellen beim Verlöten von Molybdänteilen od. dgl. Rhenium oder Molybdän-Rhenium-Legierungen verwendet. Diese Lote geben jedoch Anlaß zur verstärkten Erosion des Grundmetalls, wenn der Lötvorgang bei Temperaturen von 1950 bis 2500⁰C durchgeführt werden soll. Außerdem zeigen die aus Mo-Re- bzw. Mo-Ru-Systeme gebildeten Lötverbindungen in dem genannten Löttemperaturbereich Versprödungsphasen, welche diese Systeme weitgehend unbrauchbar erscheinen lassen. Bei einigen Mo-Re-Legierungen machen sich außerdem Lunker auf Grund von Kornschrumpfungen und Ausscheidungen an den Korngrenzen bemerkbar.

Es besteht daher der Wunsch, ein Lotsystem zu schaffen, welches es gestattet, für eine bestimmte Temperatur in diesem Bereich eine spezielle Zusammensetzung auszuwählen. Außerdem soll ein rascher Anstieg der Umschmelztemperatur vorliegen, um die Funktionsfähigkeit bei hohen Temperaturen und einen kubisch-raumzentrierten Aufbau der Gitterstruktur zu gewährleisten und die Entstehung einer Ternäres Hartlot zum Löten von Wolfram und
Molybdän und Verfahren zum Löten

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,

Germantown, Md. (V. St. A.)

ίο Vertreter:

Dipl.-Ing. F. Thieleke, Dr.-Ing. R. Döring

und Dr. J. Fricke, Patentanwälte,

8000 München 2, Josephspitalstr. 7
Als Erfinder benannt:

James Carroll Marshall, Pottstown, Pa.;

Harlos Glenn Smith, Cincinnati, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 25. Juni 1964 (397 352) - -

Versprödung während der Diffusion im Betrieb zu verhindern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein solches Lotsystem zum Verbinden von Wolfram, Molybdän und deren Legierungen zu schaffen, welches insbesondere die Auswahl einer bestimmten Löttemperatur in dem Bereich von 1950 bis 2500⁰C gestattet.

Gemäß der Erfindung werden Wolfram, Molybdän und Legierungen, welche einen vorwiegenden Teil dieser Metalle, d. h. über 50 %, enthalten, jeweils mit sich selbst oder untereinander durch Hartlöten mit einem ternären Lot verbunden, das sich aus 40 bis 87% Molybdän (Mo), 5 bis 40°/₀ Ruthenium (Ru) und 8 bis 55% Rhenium (Re) zusammensetzt, wobei die Legierungszusammensetzung auf den Dreiecksbereich ABC (A: 87 Mo — 8 Re — 5 Ru; B: 40 Mo — 55 Re — 5 Ru; C: 52 Mo — 8 Re — 40 Ru) des Dreistoffdiagramms der drei Lotbestandteile beschränkt ist. Dieses Legierungssystem gestattet die Auswahl einer Löttemperatur im Bereich von 1950 bis 2500⁰C. Die Erodierung des Grundmaterials ist nur gering, und es werden zwischen dem Grundmetall und dem Lot keine Zwischendiffusionsprodukte gebildet. Die Zunahme der Umschmelztemperatur an der Verbindungsstelle erfolgt relativ schnell, und die Verbindung ist vorteilhaft bei Temperaturen bis 2500⁰C verwendbar.

809 628/1485

Die Verbindung kann erfindungsgemäß sowohl zwischen Teilen des gleichen Metalls oder der gleichen Legierung oder auch zwischen Teilen unterschiedlichen Metalls oder Legierung erfolgen. In dem erfindungsgemäßen dreieckigen Legierungsgebiet ABC des Dreistoffdiagramms des Molybdän-Ruthenium-Rhenium-Systems sind Linien oder Kurven konstanter Löttemperatur eingezeichnet. Spezielle Lotzusammensetzungen können vorteilhafterweise für eine vorgegebene Löttemperatur unter Zuhilfenahme dieser Kurven ausgewählt werden.

Der Ruthenium- und der Rheniumanteil in dem erfindungsgemäßen Hartlot sind in der oben angegebenen Weise begrenzt, da sich bei höheren Anteilen intermetallische Verbindungen der Sigmaphase in übermäßigem Maße bilden.

Die Lote gemäß der Erfindung können hergestellt und in die Verbindungsstelle eingebracht werden mit den üblichen Pulvertechniken. Auch können spezielle Techniken, z. B. die Verwendung von metallurgischen Pulverformlingen, benutzt werden. Eine Sprödigkeit des Lotes, welche die Verwendung in Pulverform erforderlich macht, führt nicht zu einer Sprödigkeit in der resultierenden Verbindung.

Das Löten mit erfindungsgemäßen Hartloten kann mit den üblichen Techniken erfolgen. Die zu verbindenden Teile werden an der Verbindungsstelle in Anlage mit dem Hartlot gebracht. Darauf wird die Anordnung auf Löttemperatur unter einer nichtoxydierenden Atmosphäre oder im Vakuum erhitzt. Dazu kann eine reduzierende Atmosphäre, z. B. Wasserstoff, oder ein inertes Gas verwendet werden. Ein vollständiges Fließen des Hartlotes an den Verbindungsflächen wird normalerweise dann erhalten, wenn man die Temperatur für die Dauer von etwa 5 Minuten auf dem erforderlichen Wert hält. Dickere oder größere Teile können eine längere Heizperiode erforderlich machen. Die Anordnung wird dann in Abwesenheit von Sauerstoff abgekühlt.

Beispiele für die Zusammensetzung von Legierungen, welche auf die beschriebene Weise miteinander verbunden werden können, sind unter anderem: 26% Rhenium, Rest Wolfram, und 50% Rhenium, Rest Molybdän.

Die Erfindung wird noch weiter durch das nachfolgende Beispiel erläutert:

Es wurden eine Reihe von Lötversuchen ausgeführt. Bei jedem Prüfversuch wurde ein Element aus dem erfindungsgemäßen Lot an die Verbindungslinie eines Wolfram-T-Schnittes gebracht. Die T-Schnitt-Anordnung wurde dann in einem Widerstandsofen in Heliumatmosphäre auf 165O⁰C erhitzt. Das Helium wurde dann mit Wasserstoff bei dieser Temperatur ausgespült und die Anordnung weiter auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt und für 5 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Darauf erfolgte Abkühlung auf 1650° C in Wasserstoff atmosphäre und nach Ausspülen des Wasserstoffes durch Helium weitere Abkühlung bis auf Raumtemperatur. Normalerweise betrug die Aufheizgeschwmdigkeit etwa 38°C pro Minute. Die T-Schnitteile wurden visuell bezüglich des Ausmaßes des Schmelzens und des Fließens sowie metallographisch untersucht, um Porosität, Spaltbildung und Erosion festzustellen. Diese Prüf versuche wurden in Intervallen von 25 bis 8O⁰C wiederholt, bis die Löttemperatur festlag.

Die Löttemperaturen für verschiedene erfindungsgemäße Hartlotzusaromensetzungen können aus der nachfolgenden Tabelle ersehen werden:

Hartlotzusammensetzung	Löttemperatur
in Gewichtsprozent	in°C
Mo —10Re — 20Ru	2300
Mo —10 Re —12 Ru	2400
Mo —10 Re —15 Ru	2350
Mo — 25 Re — 20Ru	2250
Mo — 25Re-15 Ru	2300
Mo — 20 Re —15 Ru	2325
Mo —20Re-12Ru	2400
Mo —10 Re-10 Ru	2425
Mo — 10 Re — 35 Ru	1950
Mo — 25Re- 25Ru	1950
Mo —48Re-IORu	2400
Mo —4ORe-15Ru	2250

Es wurde mit jedem der aufgeführten erfindungsgemäßen Hartlote eine gute Verbindung erzielt, die keine Erosion des Grundmetalls erkennen ließ.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Ternäres Hartlot zum Löten von Teilen aus Wolfram, Molybdän oder aus Legierungen, die einen vorwiegenden Anteil dieser Metalle enthalten, unter sich oder untereinander, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot aus 40 bis 87% Molybdän, 5 bis 40% Ruthenium und 8 bis 55% Rhenium besteht, wobei die Zusammensetzung auf den Dreiecksbereich in dem Dreistoffdiagramm der drei Lotbestandteile mit den Eckpunkten 87 Mo — 8 Re — 5 Ru, 40 Mo — 55 Re — 5 Ru und 52 Mo — 8 Re — 40 Ru beschränkt ist.

2. Verfahren zum Verbinden von Teilen aus Wolfram, Molybdän oder aus Legierungen mit einem vorwiegenden Anteil dieser Metalle jeweils unter sich oder untereinander durch Löten, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Teile mit ihren Flächen zunächst in Anlage mit dem Hartlot nach Anspruch 1 gebracht werden, worauf die Anordnung auf eine Löttemperatur von 1950 bis 2500° C in nichtoxydierender Atmosphäre oder im Vakuum erhitzt und nach dem Löten unter Abwesenheit von Sauerstoff abgekühlt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: »Metall«, 16 (1962), S. 646 bis 655 und 1193 bis 1195.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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