DE1289395C2

DE1289395C2 - Hartlot zum Loeten von Wolfram, Molybdaen und deren Legierungen sowie Verfahren zum Loeten

Info

Publication number: DE1289395C2
Application number: DE1965U0011993
Authority: DE
Inventors: Marshall James C; Smith Harlos G; Lane White Pine
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1964-09-11
Filing date: 1965-08-28
Publication date: 1969-10-02
Also published as: SE306214B; DE1289395B; GB1049957A; US3312539A; BE669448A; FR1447565A

Description

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

Die schwerschmelzbaren Metalle Wolfram und Molybdän und deren Legierungen sind in ihrer Anwendung vor allem bei Hochtemperaturen auf dem Gebiet der Kernenergie und der Raumfahrt zweckmäßig und gebräuchlich. Viele dieser Anwendungsgebiete erfordern- Dichtungs- oder Verschlußverbindungen ίο und/oder konstruktionsmäßige Verbindungen für eine Befestigung zum Tragen von Eisenteilen. Wolfram und Molybdän sind bisher mittels Schweißen und Diffusion ebenso gut wie durch Hartlöten verbunden worden, jedoch ergeben sich zahlreiche bauliche Gestaltungen und Abweichungen der Verbindungsstelle dergestalt, daß das Hartlöten die einzige praktische Arbeitsweise darstellt.

Es stehen zufriedenstellende Hartlote für niedrigere Temperaturen zur Verfügung, jedoch nicht solche für den Temperaturbereich, der für bestimmte Kernreaktorteile von Interesse ist, d. h. für den Bereich von 1950 bis 2500° C. Bei diesen Temperaturen neigen die zur Verfügung stehenden Hartlote dazu, das Grundmetall zu erodieren oder zeigen infolge einer Verdampfung von Legierungsbestandteilen während des Hartlötens schlechte Fließeigenschaften. Es wird angestrebt, Systeme von Hartloten zu schaffen, die eine Auswahl einer besonderen Zusammensetzung für eine gegebene Temperatur innerhalb dieses Bereiches ermöglichen. Weitere wünschenswerte Eigenschaften sind eine schnelle Zunahme der Wiedereinschmelztemperatur an der Verbindungsstelle, um so eine Hochtemperaturarbeitsfähigkeit und geringstmögliche Erosion des Grundmetalls zu erzielen.

Es ist bereits bekannt, Molybdänteile unter anderem mit einem Molybdän-Ruthenium-Lot zu löten, wenn die Verwendungstemperatur über 1100° C liegt (vgl. »Metall«, 16. Jahrgang [1962], S. 646 bis 655, insbesondere S. 655, linke Spalte, Abs. 2). Aus dieser Zeitschrift, S. 1193 bis 1195, insbesondere S. 1195, linke Spalte, ist es außerdem bekannt, daß in Sonderfällen Rhenium oder Molybdän-Rhenium-Legierungen in der Löttechnik nützlich sind, z. B. zur Erzielung duktiler Lötstellen beim Verlöten von Molbydän.

Bei Lötversuchen mit Wolfram, Molybdän und deren Legierungen für eine Verwendung bei Temperaturen von 1950 bis 2500° C ergeben die bekannten Molybdän-Ruthenium- und Molybdän-RheniunvLote keine Verbindungen hinreichender Integrität, weil diese Lote eine Verbindung erzeugen, die zu einer Zwei-Phasen-Kehlnaht versprödet, wenn sie einer Hartlöttemperatur innerhalb des oben angegebenen Temperaturbereiches unterworfen werden.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bcsteht somit darin, ein Hartlotsystem für das Verbinden von Wolfram, Molybdän und deren Legierungen zu schaffen, die einen überwiegenden Anteil dieser Metalle enthalten.

Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgäbe besteht darin, ein Hartlotsystem für diese Werkstoffe zu schaffen, das eine Auswahl einer bestimmten Hartlöttemperatur innerhalb des Bereiches von 1950 bis 2500° C ermöglicht.

Eine weitere der Erfindung zugrunde liegende Aufgäbe besteht darin, ein Verfahren zum Hartlöten von Wolfram, Molybdän und deren Legierungen bei einer Temperatur von 1950 bis 2500° C zu schallen.

Erfindungsgemäß werden Wolfram, Molybdän und deren Legierungen, die einen überwiegenden Anteil dieser Metalle, d. h. über 50 % enthalten, durch Hartlöten mit einem Lot verbunden, das aus 42 bis 95% Molybdän (Mo), 5 bis 44% Rhodium (Rh) und 0 bis 45 % Rhenium (Re) besteht, wobei die Lotzusammensetzung auf den Vierecksbereich ABCD des ternären Diagramms beschränkt ist, wobei den Punkten A, B, C bzw. D die Zusammensetzungen 95 Mo—5 Rh; 51 Mo—5 Rh-44 Re; 42 Mo—14 Rh-44 Re bzw. 56 Mo—44 Rh entsprechen. Dieses Lotsystem ermöglicht die Auswahl einer Löttemperatur in dem Bereich von 1950 bis 2500⁰C. Die Erosion des Grundmetalls durch diese Lote ist geringfügig, und die Zunahme der Wiedereinschmelztemperatur an der Verbindungsstelle ist relativ schnell, so daß ein Arbeiten bei Temperaturen bis zu 2500° C erleichtert wird.

Innerhalb des erfindungsgemäßen Legierungsgebietes ABCD des ternären Diagramms sind Linien konstanter Löttemperatur eingezeichnet. Zusammensetzungen für eine gegebene Löttemperatur können unter Bezugnahme auf diese Linien ausgewählt werden.

. Die Lotzusammensetzungen sind in der oben beschriebenen Weise begrenzt, da bei höheren Molybdängehalten der Schmelzpunkt sich nicht wesentlich von dem Schmelzpunkt des Molybdäns unterscheidet und geringere Anteile an Molybdän zusammen mit höheren Anteilen an Rhenium und/oder Rhodium zu der Ausbildung übermäßiger Mengen von intermetallischen Phasen führen.

Die erfindungsgemäßen Hartlote können nach herkömmlichen pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt werden. Die Sprödigkeit bzw. Brüchigkeit bei diesen Hartloten, die ein Handhaben derselben in Pulverform erforderlich macht, führt nicht notwendig zu einer Brüchigkeit bei der erhaltenen Verbindung.

Das Löten mit dem Lot nach der Erfindung wird erfindungsgemäß durchgeführt, indem die zu verbindenden Teile aneinanderstoßend angeordnet werden und das Hartlot an der Verbindungsstelle angebracht und sodann auf die Löttemperatur von 1950 bis 2500⁰C unter nicht oxydierenden Bedingungen erhitzt wird. Dabei kann eine Atmosphäre eines reduzierenden Gases, wie Wasserstoff, ein inertes Gas oder Vakuum angewandt werden. Ein vollständiges Fließen des Hartlotes an der Verbindungsfläche wird normalerweise durch ein Halten auf Löttemperatur für etwa 5 Minuten lang erreicht. Dickere oder größere Teile können eine längere Erhitzungszeit erforderlich machen. Die verlöteten Teile werden sodann in Abwesenheit von Sauerstoff abgekühlt.

Beispiele für die Zusammensetzung von Legierungen, die erfindungsgemäß verlötet werden können, sind: 26% Rhenium, Rest Wolfram, und 50% Rhenium, Rest Molybdän.

Die Erfindung sei weiterhin an Hand eines speziellen Ausführungsbcispiels erläutert.

Beispiel

Es wurde eine Reihe von Lötversuchen durchgeführt. Bei jedem Prüfversuch wurde eine Probe des erfindungsgemäßen Hartlotes an der Verbindungslinie eines T-Abschnittcs aus Wolfram angebracht. Der zusammengesetzte T-Abschnitt wurde sodann in einem Widerstandsofen auf 1650⁰C in Helium erhitzt. Das Helium wurde bei dieser Temperatur mil

Wasserstoff ausgetrieben und der T-Abschnitt auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, bei derselben 5 Minuten lang gehalten und sodann in der Wasserstoffatmosphäre auf 1650° C abgekühlt. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Wasserstoff durch Helium ersetzt und das Abkühlen bis auf Raumtemperatur fortgesetzt. Es wurde normalerweise eine Erhitzungsgeschwindigkeit von 38° C/min aufrechterhalten. Die T-Abschnitte wurden optisch bezüglich des Ausmaßes des Schmelzens und Fließens und metallographisch auf Porosität, Rißbildung und Erosion der Naht untersucht. Diese Prüfungen wurden in Temperaturintervallen von 25 bis 50° C wiederholt, bis die Löttemperatur bestimmt war.

Die Löttemperaturen für verschiedene erfindungsgemäße Hartlotzusammensetzungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Zusammensetzungen	Löttemperatur
(Gewichtsprozent)	(⁰C)
Mo—15Rh	2350
Mo —20Rh	2300
Mo —33Rh	1950
Mo — 43 Rh	1950
Mo —lORe —33Rh	1950
Mo— 10 Re — 20Rh	2300
Mo —2ORe-20Rh	2250
Mo —2ORe-15Rh	2350
Mo —2ORe-27Rh	2150
Mo —30Re—15Rh	2300
Mo —30Re —20Rh	2175

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30 Eine einwandfreie Lötverbindung wurde mit jedem dieser Hartlote erzielt, und das Eindringen des Hartlotes in das Grundmetall belief sich in jedem Fall auf weniger als 0,076 mm.

Claims

Patentansprüche:

1. Hartlot zum Löten von Teilen aus Wolfram, Molybdän oder aus einen überwiegenden Anteil dieser Metalle enthaltenden Legierungen, unter sich oder untereinander, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot aus 42 bis 95 °/o Molybdän, 5 bis 44°/o Rhodium und 0 bis 45% Rhenium besteht, wobei die Lotzusammensetzung auf den Vierecksbereich des ternären Diagramms der Lotbestandteile mit den Eckpunkten 95 Mo—5 Rh; 51 Mo—5 Rh-44 Re; 42 Mo— 14 Rh—44 Re und 56 Mo—44 Rh beschränkt ist.

2. Verfahren zum Verbinden von Teilen aus Wolfram, Molybdän oder aus einen überwiegenden Anteil dieser Metalle enthaltenden Legierungen, unter sich oder untereinander durch Löten mittels eines Hartlotes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der miteinander zu verbindenden Teile unter Einfügen des Hartlotes aneinandergebracht, dann zusammen unter nicht oxydierenden Bedingungen auf 1950 bis 2500° C erhitzt werden und anschließend die erhaltene Lötverbindung unter Abwesenheit von Sauerstoff abgekühlt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen