DE1758931B1

DE1758931B1 - Loetmittel zum loeten von aluminium kupfer oder deren legierungen

Info

Publication number: DE1758931B1
Application number: DE19681758931
Authority: DE
Inventors: Cargnel Robert Alfonso; Stokes Jun John Joseph
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1967-09-14
Filing date: 1968-09-05
Publication date: 1972-03-16
Also published as: SE333858B; NL6813088A; NL139253B; NO122569B; FR1579340A; AT278469B; US3497400A; GB1181753A; CH496508A; BE720552A

Description

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Aus H. R ö m ρ ρ, »Chemie-Lexikon«, 6. Auflage, anderweitig mechanisch zu befestigen, bevor das Löt-

1966, Bd. I, Spalte 303, ist es zwar bereits bekannt, mittel auf die Ttile aufgebracht wird. Dies ergibt den

daß Ammoniumfluoborate der chemischen Formel Vorteil einer gleichmäßigen Beschichtung der beiden NH₄BF₄ bereits als oxidlösende Bestandteile in Lot- Teile während des Eintauchens in das Lötmittel und und Schweißmittel verwendet werden, doch ist die 5 erlaubt weiterhin, daß die beschichteten, mechanisch

spezielle Zusammensetzung des erfindungsgemäßen verbundenen Teile in einer Stufe in das geschmolzene

Lötmittels aus dieser Druckschrift nicht herleitbar. Lot eingetaucht werden, um die Lötverbindung zu

Das erfindungsgemäße Lötmittel ergibt feste Lot- schaffen.

verbindungen, zeigt gute Fließeigenschaften, scheidet Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beikeine korrosiven Rückstände ab und ergibt keine auf- io spiele näher erläutert. Zwar beschreiben diese Beigerauhten Oberflächen an den gelöteten Teilen. spiele besonders die Verwendung des Lötmittels in

Nach einer Ausführungsform der Erfindung enthält einem Tauchlötverfahren zum Verlöten von gelitzten das Lötmittel noch Ammoniumchlorid. Das Am- Aluminium- und Kupferkabelkomponenten, aber es moniumchlorid erhöht die Aktivität des Lötmittels, ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet klar, daß verbessert den Lötfluß und schafft eine glänzende, 15 die Erfindung auch bei anderen Lötverfahren vermetallisch aussehende Oberfläche auf der gelöteten wendet werden kann, wie z. B. beim Flammenlöten, Verbindung, welche glänzende Oberfläche bei ge- Heißplattenlöten usw.; außerdem ist es anwendbar wissen Anwendungen erwünscht ist. Die Zusammen- zum Löten von Messing, Eisen, Stahl und anderen setzung des Lötmittels besteht dabei aus Zinkchlorid, Metallen, die sich von Aluminium und Kupfer unter-0,5 bis 25 Gewichtsprozent Ammoniumfluoborat und 20 scheiden.

0,5 bis 25 Gewichtsprozent Ammoniumchlorid und Beiso'el 1 ergibt gute Resultate. Besonders gute Resultate wurden

mit einem Lötmittel erhalten, das aus Zinkchloiid, 0,5 0,454 kg Lötmittel, welches aus 20 Gewichtsprozent

bis 10 Gewichtspiozent Ammoniumfluoborat und 0,5 Ammoniumfluoborat und 80 Gewichtsprozent Zink-

bis 10 Gewichtsprozent Ammoniumchlorid besteht. 25 chlorid bestand, wurden in 2,261 Methylalkohol auf- .

Das Lötmittel der Erfindung kann in Pulverform, gelöst. Das freigelegte Ende eines isolierten mehr-

Pastenform oder in flüssiger Form verwendet werden, aderigen Batteriekabels, welches aus 60 Adern eines

was von dei jeweils angewendeten Löttechnik abhängt. Drahtes von 0,71 mm Durchmesser aus für elektrische

Bei gewissen Löttechniken, wie z. B. beim Tauchlöten Leiter geeignetem Aluminium mit einem Aluminium-

von gelitzten Metallkabeln, wird das Lötmittel in 30 gehalt von mehr als 99,6% bestand, wurde in das

erwünschter Weise mit einem Träger gemischt, der offene Ende eines Kabelschuhs aus einem für elek-

eine gleichmäßige Lötmittelverteilung ergibt. Das Lot- trische Anwendungen geeigneten Kupfer eingeführt,

mittel wird einfach durch Mischen der einzelnen Be- Der Schuh wurde dann auf dem Batteriekabelende

standteile hergestellt. Dies kann leicht mit herkömm- angewürgt, und die Zusammenstellung wurde in die

liehen Mischern durchgeführt werden. 35 Lötmittellösung eingetaucht. Die Zusammenstellung

Gemäß der Erfindung wird auch die Verwendung wurde dann herausgenommen und 10 Sekunden in des erfindungsgemäßen Lötmittels zum Löten von ein geschmolzenes Lot aus 35 °/₀ Zinn und 65 % Zink Aluminium, Kupfer oder deren Legierungen unter sich eingetaucht, das auf eine Temperatur von 398,9° C oder mit Teilen aus anderen Werkstoffen in Betracht gehalten worden war. Hierauf wurde die Zusammengezogen. 40 stellung entnommen und abkühlen gelassen. Die Löt-

Besonders wird hierbei bevorzugt, ein solches Lot- verbindung zwischen dem Kupfer und dem Aluminium

mittel zu verwenden, welches in einem kurzkettigen, zeigte eine hohe Bindefestigkeit, und es waren keine

aliphatischen Alkohol gelöst ist, z. B. in Methyl- beobachtbaren korrosiven Rückstände weder an der

alkohol, n-Propylalkohol, Isopropylalkohol oder n-Bu- Lötverbindung noch auf den Drahtadern unmittelbar

tylalkohol. 45 in der Nachbarschaft der Lötverbindung vorhanden.

Das Lötmittel gemäß der Erfindung kann mit den Die Verbindung zeigte weiterhin eine glatte, aber matte

üblichen Lötwerkzeugen und -vorrichtungen ver- metallisch aussehende Oberfläche und stabile elek-

wendet werden. Jedoch ist das erfindungsgemäße Lot- trische Eigenschaften in feuchten Atmosphären, mittel besonders brauchbar beim Löten nach dem so-

genannten »Tauchlötverfahren«, bei dem die zu ver- 50 Beispiele

bindenden Stellen der Metallteile einfach in das Lot- 0,454 kg Lötmittel, welches aus 1,5 Gewichtsprozent

mittel eingetaucht werden, das in Lösung gehalten Ammoniumfluoborat, 4,5 Gewichtsprozent Ammo-

wird, um das Teil zu beschichten, und bei dem die niumchlorid und 94 Gewichtsprozent Zinkchlorid be-

Teile dann aus der Lötmittellösung herausgenommen stand, wurden in 2,261 Methylalkohol aufgelöst. Jedes

und in ein geschmolzenes Lotbad eingetaucht weiden. 55 freigelegte Ende eines 25,4 cm langen mehraderigen

Ein solches Tauchlötverfahren kann dazu verwendet Batteriekabels, welches aus 60 Adern eines Drahtes

werden, die Drähte eines Aluminium- oder Kupfer- von 0,71 mm Durchmesser aus für elektrische Leiter

batteriekabels in eine elektrisch homogene Einheit zu geeignetem Aluminium mit einem Aluminiumgehalt

verbinden, und es kann auch dazu verwendet werden, von mehr als 99,6 Gewichtsprozent bestand, wurde in

Kabelschuhe an gelitzte Aluminium- oder Kupfer- 60 das offene Ende eines Kabelschuhs aus für elektrische

batteriekabel anzulöten. Wenn das Lötmittel in flüssi- Anwendungen geeignetem Kupfer eingeführt. Der

ger Form auf gelitzte Metallkabel bei einem solchen Kabelschuh wurde dann an jedem freien Ende des

Tauchlötverfahren aufgebracht wird, dann werden mehraderigen Batteriekabels angewürgt, und hierauf

gewöhnlich Vz bis 1 kg Lötmittel auf 2,2 bis 45 1 wurde die Zusammenstellung in die Lötmittellösung

Lösungsmittel zugegeben. Wenn das gelitzte Kabel an 65 eingetaucht. Die Zusammenstellung wurde dann ent-

das Ende eines offenen Kabelschuhs angelötet werden nommen und 10 Sekunden lang in ein geschmolzenes

soll, dann ist es oft erwünscht, den Kabelschuh mit Lot aus 35 % Zinn und 65 °/₀ Zink eingetaucht, welches

einem geeigneten Anwürgwerkzeug anzuwürgen oder auf eine Temperatur von 398,9⁰C gehalten worden

war. Die Zusammenstellung wurde dann entnommen und abkühlen gelassen. Die fertige Lötverbindung zwischen dem Aluminium und dem Kupfer zeigte eine gute Bindefestigkeit, und in der Nachbarschaft der Lötverbindungen waren keine korrosiven Rückstände zu beobachten. Die Verbindungen zeigten weiterhin eine glatte glänzende metallische Oberfläche und stabile elektrische Eigenschaften in feuchten Atmosphären.

B e i s ρ i e 1 3

0,680 kg Lötmittel, welches aus 10 Gewichtsprozent Ammoniumfluoborat und 10 Gewichtsprozent Ammoniumchlorid sowie 80 Gewichtsprozent Zinkchlorid bestand, wurden in 4,541 Äthylalkohol aufgelöst. Das freigelegte Ende eines isolierten mehraderigen Batteriekabeis, welches aus 60 Drahtadern aus für elektrische Leiter geeignetem Aluminium von 0,51 mm Durchmesser bestand, wurde in einen Kupferkabelschuh eingebracht, der an das Kabelende angewürgt wurde, und in das Lötmittel und in das Lot, wie es im Beispiel 2 beschrieben ist, eingetaucht. Die fertige Aluminium-Kupfer-Lötverbindung zeigte die gleichen Eigenschaften, wie sie im Beispiel 2 erhalten worden waren.

Beispiel 4

25

0,907 kg Lötmittel, welches aus 4,5 Gewichtsprozent Ammoniumfluoborat, 4,5 Gewichtsprozent Ammoniumchlorid und 91 Gewichtsprozent Zinkchlorid bestand, wurden in 4,541 Methylalkohol aufgelöst. Das freigelegte Ende eines mehraderigen Batteriekabels, das aus für elektrische Leiter geeigneten Kupferdrahtadern bestand, die jeweils einen Durchmesser von 0,56 mm besaßen, wurde in einen Kupferkabelschuh mit offenendiger Konstruktion eingebracht, worauf der Kabelschuh an das Kabelende angewürgt wurde. Die zusammengewürgte Zusammenstellung wurde dann in die Lötmittellösung eingetaucht. Die Zusammenstellung wurde dann entnommen und 10 Sekunden in ein geschmolzenes Lot aus 40 °/₀ Zinn und 60% Zink eingetaucht, das auf eine Temperatur von 398,9°C gehalten worden war, woiauf sie entnommen und abkühlen gelassen wurde. Die fertige Kupfer-Kupfer-Lötverbindung zeigte ebenfalls die gleichen Eigenschaften, wie sie im Beispiel 2 erhalten worden waren.

Beispiel 5

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt mit dem Unterschied, daß jeder offenendige Kabelschuh, der an jedes frei liegende Ende des mehraderigen Batteriekabels angewürgt wurde, aus Aluminium bestand, das einen Aluminiumgehalt von mehr als 99,0 Gewichtsprozent Aluminium plus kleine Mengen Verunreinigungen, hauptsächlich Eisen und Silicium, aufwies. Die fertige Aluminium-Aluminium-Lötverbindung zeigte gleichfalls die gleichen Eigenschaften, wie sie im Beispiel 2 erhalten worden waren.

Der elektrische Widerstand zwischen den gelöteten Aluminium-Kupfer-Verbindungen und zwischen den Aluminium-Aluminium-Verbindungen, die im Beispiel 2 und 5 erhalten worden waren, wurde gemessen. Die gelöteten Gegenstände der Beispiele 2 und 5 wurden dann einer Atmosphäre von 100 % relativer Feuchte bei einer Temperatur von 51,7⁰C 51 Tage lang ausgesetzt. Am Ende dieses Zeitraumes wurde der elektrische Widei stand der gelöteten Gegenstände gemessen; die Resultate sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Tabelle

Beispiel 2
Aluminium/
Kupfer

Beispiel 5
Aluminium/
Aluminium

Anfangswiderstand

in
Mikro-Ohm

300,5

313

Widerstand

nach der

Behandlung in

Mikro-Ohm

314,9

333,7

Prozentuale Änderung des Widerstandes

4,8

6,0

Die prozentuale Änderung des Widerstandes liegt gut innerhalb der von den Batterieherstellern angegebenen Standardwerte.

Claims

Patentansprüche ■ *^>εΓ ^'c^e au^ den Metallteilen zu bilden, und es muß ' auch die Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots

1. Lötmittel zum Löten von Aluminium, Kupfer herabsetzen, wodurch das Benetzen, das Fließen und oder deren Legierungen, bestehend, in Gewichts- die Kapillarität des Lots auf der vorbereiteten Oberprozent, aus 0,5 bis 33% Ammoniumfiuoborat 5 fläche erleichtert wird.

(NH₄BF₄), Rest Zinkchlorid (ZnCl₂). Eine weitere anzustrebende Eigenschaft eines Löt-

2. Lötmittel nach Anspruch 1, dadurch gekenn- mittels besteht darin, daß es leicht vom festen Metall zeichnet, daß es in einem kurzkettigen aliphatischen duich das flüssige Lot verdrängt werden kann, ohne Alkohol gelöst ist. daß ein korrosiver Rückstand zurückbleibt und ohne

3. Lötmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch io daß es das feste Metall mehr als nur oberflächlich angekennzeichnet, daß der Ammoniumfluoborat- greift. Dies gilt insbesondere dann, wenn das zu gehalt 5 bis 25°/o beträgt. lötende Metallteil die Foim eines gelitzten Kupfei-

4. Lötmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch oder Aluminiumkabels besitzt, da es äußerst schwierig, gekennzeichnet, daß der Ammoniumfluoborat- wenn nicht unmöglich ist, irgendwelche korrosiven gehalt 0,5 bis 25% beträgt und es zusätzlich 0,5 15 Lötmittelrückstände, die in den Litzen des Kabels anbis 25% Ammoniumchlorid (NH₄Cl) enthält. wesend sein können, durch Waschverfahren zu ent-

5. Lötmittel nach Anspruch 4, dadurch gekenn- fernen. Um die obenerwähnte leichte Verdrängung zeichnet, daß der Ammoniumfluoboratgehalt 0,5 ohne gleichzeitige Abscheidung von Lötmittelrückbis 10% und der Ammoniumchloridgehalt 0,5 bis ständen zu erreichen, sollte das Lötmittel unterhalb 10% beträgt. 20 dei Löttemperatur flüssig sein und unterhalb des

6. Lötmittel nach Anspruch 5, dadurch gekenn- flüssigen Zustandes des Lots reagieren.

zeichnet, daß der Ammoniumfluoboratgehalt 1 bis Bisher wurden verschiedene reaktive, salzartige

5 % und der Ammoniumchloridgehalt 1 bis 5 % Lötmittel zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten verbeträgt, wendet. Beispielsweise sind Lötmittel bekanntgewor-

7. Verwendung des Lötmittels nach einem der 25 den, die Zinkchlorid, Ammoniumchlorid und ein zuAnsprüche 1 bis 6 zum Löten von Aluminium, sätzliches Alkalimetallhalogenid oder Ammonium-Kupfer oder deren Legierungen unter sich oder mit halogenid, das kein Chlorid ist, entweder in trockener Teilen aus anderen Werkstoffen unter Beschichtung Form oder in Mischung mit einem geeigneten Lösungsmindestens eines der zu verlötenden Teile vor der mittel enthalten. Ein solches Lötmittel, das aus Zink-Aufbringung des geschmolzenen Lotes. 30 chlorid und Ammoniumchloiid besteht, wird z. B. in

8. Verwendung des Lötmittels nach einem der der deutschen Patentschrift 859 249 beschrieben. Ansprüche 1 bis 6, gelöst in einem kurzkettigen Aus der Zeitschrift »Sheet Metal Industries«, 42 aliphatischen Alkohol, zu dem im Anspruch 7 (1965), Dezember, S. 951 bis 954, ist ein Lötmittel angegebenen Zweck, wobei die Beschichtung durch bekannt, welches aus mindestens 650 g/l Zinkchlorid, Eintauchen erfolgt. 35 mindestens 34 g/l Ammoniumchlorid, maximal 1 g/l

Eisen (als Chlorid) und maximal 0,5 g/l Aluminium

(als Chlorid) besteht. Darin heißt es auch, daß der

Eisen- und Aluminiumanteil schädlich und daher möglichst zu vermeiden sein.

Die Erfindung betrifft ein Lötmittel zum Löten von 40 Bei Zusätzen von Alkalimetallhalogenid oder Am-Aluminium, Kupfer oder deren Legierungen. Der Aus- moniumhalogenid zu dem herkömmlichen Zinkdruck »Aluminium«, wie er hier allgemein verwendet chlorid-Ammoniumchlorid-Lötmittel bleibt entweder wird, bezieht sich auf Aluminium oder auf Aluminium- ein unerwünschter korrosiver Halogenidrückstand auf legierungen, die überwiegend Aluminium enthalten, der Metalloberfläche zurück, oder es entsteht auf den und der Ausdruck »Kupfer« bezieht sich auf Kupfer 45 fertig zusammengefügten Teilen eine aufgerauhte oder auf Kupferlegierungen, die überwiegend Kupfer Oberfläche. Diese letzteren abträglichen Einflüsse sind enthalten. besonders akut beim Löten von gelitzten Aluminium-

Beim Verbinden von Metallteilen durch die ver- oder Kupferkabeln. Andere Nachteile, die bei den schiedensten bekannten Lötverfahren ist oftmals ein bekannten Lötmitteln im Zusammenhang mit einem Lötmittel erforderlich. Dieses Lötmittel erfüllt ver- 50 gelitzten Kabel auftreten, sind die schlechte Korroschiedene Funktionen. Zunächst fördert es die Schaf- sionsbeständigkeit der gelöteten Verbindung, was sich fung einer gesunden Verbindung, indem es die Bildung in einer starken Erhöhung des elektrischen Widerdes Oxidfilms während der Erhitzung verhindert und Standes bei Anwesenheit einer feuchten Atmosphäie indem es auch dazu dient, einen bereits anwesenden äußert.

Oxidfilm zu entfernen. Die Verhinderung von solchen 55 Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Oxidfilmen ist besonders nötig, wenn Aluminium an die Nachteile der oben beschriebenen bekannten Löt-Aluminium oder an ein andersartiges Metall gelötet mittel zu vermeiden und ein Lötmittel mit einer guten werden soll, da Aluminium eine natürliche Affinität Fließfähigkeit sowie einer gleichmäßigen Lötmittelgegen Sauerstoff sowohl im festen als auch im ge- bedeckungseigenschaft zu schaffen, welches weder schmolzenen Zustand besitzt. Diese Affinität ergibt 60 korrosive Rückstände abscheidet noch eine aufgedie Bildung eines harten, zäh haftenden, feuerfesten rauhte Oberfläche auf den gelöteten Metallteilen ergibt. Oxidfilms auf der Metalloberfläche, welcher eine Be- Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße

netzung des darunterliegenden Metalls durch das Lot Lötmittel gelöst.

verhindert. Gegenstand der Erfindung ist daher ein Lötmittel

Zusätzlich zum Aufbrechen des Oxidfilms auf der 65 zum Löten von Aluminium, Kupfer oder deren Le-Oberfläche des Metalls und dem Schutz der frischen gierungen, welches in Gewichtsprozent aus 0,5 bis Metalloberfläche von einer Reoxydation muß das 33% Ammoniumfluoborat (NH₄BF₄), Rest Zink-Lötmittel fähig sein, einen gleichmäßigen Belag rieh- chlorid (ZnCl₂) besteht.