DE19938230C1 - Hochsilberhaltige Hartlotlegierungen I - Google Patents

Hochsilberhaltige Hartlotlegierungen I

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DE19938230C1
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Bernd Kempf
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Wolfgang Weise
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
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    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • B23K35/3006—Ag as the principal constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Abstract

Die Erfindung betrifft hochsilberhaltige Hartlotlegierungen der Zusammensetzung DOLLAR A 85-90 Gew.-% Ag DOLLAR A 5-11 Gew.-% Sn und/oder In DOLLAR A 0,1-2 Gew.-% Ga DOLLAR A 0,1-3 Gew.-% Ni DOLLAR A 0-3 Gew.-% Mn DOLLAR A 0-2 Gew.-% Cu. DOLLAR A Aufgrund ihrer niedrigliegenden Schmelzintervalle, ihrer vorzüglichen Benetzungsfähigkeit und ihrer Korrosionsbeständigkeit sind diese Lote im besonderen Maß für das Löten von Edelstahl geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft hochsilberhaltige, niedrig schmel­ zende Hartlotlegierungen mit guter Benetzungsfähigkeit auf Edelstahl und hoher Korrosionsbeständigkeit.
Löten ist ein besonders werkstoffschonendes, wirtschaftli­ ches Fügeverfahren und hat sowohl in der Serienfertigung als auch beim Fügen von Einzelteilen eine hohe technische Bedeutung. Ein großer Vorteil des Lötens liegt darin, daß bei relativ niedrigen Temperaturen Werkstoffe stoffschlüs­ sig miteinander verbunden werden können. Seit einigen Jah­ ren sind Silber-Hartlote bekannt, die durch Zusätze von Gallium besonders niedrige Löttemperaturen von unter 630°C erreichen. Derartige Legierungen sind z. B. in den Patent­ schriften DE 43 15 190, DE 43 15 189 und DE 43 23 227 be­ schrieben. Diese Legierungen sind speziell als Ersatz für die niedrig schmelzenden Cadmium-haltigen Lote konzipiert. Diese Lote enthalten maximal 80 Gew.-% Silber und Mindestge­ halte von 10 Gew.-% Kupfer.
In JP 6-15477 A wird eine Lotlegierung zum Löten von elek­ tronischen Schaltkreisen beschrieben, die 3-30 Gew.-% Indi­ um, 0,3-15 Gew.-% Gallium und im Rest Silber enthält.
Beim Löten von Edelstahl sind auch an den Lotverbund und das Lotmaterial selbst hohe Ansprüche bezüglich der Korro­ sionsbeständigkeit zu stellen, um die hohe Korrosionsbe­ ständigkeit des Edelstahls gegenüber vielen Medien auch bei gelöteten Konstruktionen nutzbar zu erhalten.
Aufgrund der Problematik von FCKW-haltigen Kühlmitteln kom­ men zunehmend Kälteanlagen zum Einsatz, die Ammoniak als Kühlmittel enthalten. Da Kupfer und Legierungen mit höheren Cu-Gehalt gegenüber Ammoniak nicht korrosionsbeständig sind, können Ammoniak-führende Anlagenteile nicht aus oder mit solchen Werkstoffen gefertigt werden. Geeignet ist stattdessen der Einsatz von Edelstahl. Edelstahlrohrverbin­ dungen können entweder nur geschweißt oder mit Cu-freien Hartloten gelötet werden. Hierzu grundsätzlich geeignete Cu-freie Hartlote basieren auf Ag-Mn-Legierungen. Ein typi­ sches derartiges Hartlot ist das Lot Ag85Mn15 ("Degussa 8500") Lote dieses Typs sind jedoch relativ hochschmelzend und führen daher beim Löten zu einer starken thermischen Belastung des Edelstahls. Außerdem ist die Verarbeitbarkeit durch die hohe Löttemperatur schwierig. Daneben ist die produktionstechnische Herstellung dieser Lote aufgrund des hohen Mn-Gehaltes aufgrund erschwerter Gieß- und Verform­ barkeit sehr aufwendig.
Generell ist beim Löten von Edelstahl das Benetzungsverhal­ ten des Lotes ein kritischer Faktor. Eine gute Benetzung durch das Lot ist unabdingbar.
Es war daher Aufgabe der Erfindung, Hartlote zu entwickeln, die eine ähnliche gute Korrosionsbeständigkeit wie die Cu- freien Lote auf Basis Ag-Mn-Legierungen haben, die einen niedrigeren Schmelzbereich aufweisen und die auf Edelstahl ein gutes Benetzungsverhalten besitzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch hochsilber­ haltige Hartlotlegierungen der Zusammensetzung
85-90 Gew.-% Ag
5-11 Gew.-% Sn und/oder In
0,1-2 Gew.-% Ga
0,1-3 Gew.-% Ni
0-3 Gew.-% Mn
0-2 Gew.-% Cu.
Die erfindungsgemäßen hochsilberhaltigen Hartlotlegierungen können besonders vorteilhaft für das Hartlöten von Edel­ stahl eingesetzt werden.
So weisen die erfindungsgemäßen Hartlote deutlich niedrige­ re Schmelzintervalle auf als konventionelle Hartlote auf Basis von Ag/Mn.
Insbesondere liegen die Solidustemperaturen (Ts) um ca. 120-200°C und die Liquidustemperaturen (T1) um ca. 75-110°C unter den entsprechenden Werten für beispielsweise die Lot­ legierung Ag85Mn15.
In der weiter unten folgenden Tabelle 1 sind die Zusammen­ setzungen einiger erfindungsgemäßer Legierungen (Nr. 1-5) im Vergleich zu Ag85Mn15 (Nr. 6) aufgeführt (Zusammenset­ zung in Gew.-%) und deren Schmelzbereiche (Ts-T1) angege­ ben.
Aufgrund des sehr geringen Anteils bzw. Fehlens an Mn als Legierungsbestandteil sind die erfindungsgemäßen Lote sehr gut gießbar und verformbar und damit im Herstellungsprozess problemlos ver- und bearbeitbar.
Eine besonders überraschende und unerwartete Eigenschaft der erfindungsgemäßen Hartlote ist deren vorzügliches Be­ netzungsverhalten auf Edelstahl.
Zur Beurteilung der Benetzungsfähigkeit der Lote auf Edel­ stahl werden von verschiedenen Lotlegierungen ausgestanzte runde Lotplättchen definierter Dicke (0,2 mm) und Größe (5 mm ∅) auf Edelstahlplättchen gelegt, Flußmittel appli­ ziert und diese Proben an Luft unter anwendungstypischer Aufheizrate im Ofen auf Löttemperatur gebracht. Nach dem Abkühlen wird die mit Lot benetzte Fläche des Edelstahls bestimmt und mit der Ausgangsfläche der Lötplättchen ins Verhältnis gesetzt. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 unter der Spalte "Benetzungsindex" aufgeführt. Es zeigt sich dabei überraschenderweise, daß die erfindungsgemäßen Lote eine erheblich bessere Benetzungsfähigkeit auf Edelstahl aufwei­ sen als das Lot Ag85Mn15.
Ein weiterer praxisrelevanter Vorzug der erfindungsgemäßen Hartlote ist die vorzügliche Korrosionsbeständigkeit der Lote und der damit hergestellten Lotverbunde.
Für entsprechende Testreihen können vergleichende Korrosi­ onsuntersuchungen in chloridischem Medium und in Ammoniak durchgeführt werden. Die Untersuchungen in chloridischem Medium erfolgten nach DIN 50 021. Die Untersuchungen zur Be­ ständigkeit gegenüber Ammoniak erfolgen in einem Autoklaven in flüssigem Ammoniak. Zur Beurteilung des Korrosionsan­ griffs können Schliffuntersuchungen, Analyse der Korrosi­ onslösungen auf Korrosionsprodukte sowie Bestimmungen zu eventuellen Gewichtsverlusten von Lot- bzw. Lötverbindungs­ proben herangezogen werden. In allen Fällen zeigen die er­ findungsgemäßen Lote einen geringeren oder einen allenfalls gleichstarken Korrosionsangriff wie etwa das Lot Ag85Mn15.
Aufgrund des vorstehend dargelegten Eigenschaftsprofiles sind die erfindungsgemäßen hochsilberhaltigen Hartlotlegie­ rungen im besonderen Maße für das Löten von Edelstahl ge­ eignet. Wegen ihrer hohen Korrosionsbeständigkeit gegenüber aggressiven Medien wie insbesondere Ammoniak sind sie die Lote der Wahl zur Herstellung von Lotverbindungen an Edel­ stahl in ammoniakführenden Anlagen.
Tabelle 1

Claims (2)

1. Hochsilberhaltige Hartlotlegierungen, gekennzeichnet durch die Zusammensetzung:
85-90 Gew.-% Ag
5-11 Gew.-% Sn und/oder In
0,1-2 Gew.-% Ga
0,1-3 Gew.-% Ni
0-3 Gew.-% Mn
0-2 Gew.-% Cu.
2. Verwendung der hochsilberhaltigen Hartlotlegierungen gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Lotverbindungen an Edelstahl in Ammoniak-führenden Anlagen.
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DE4315189C1 (de) * 1992-09-02 1994-04-07 Degussa Verwendung einer kadmiumfreien Silberlegierung als Hartlot
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Patent Abstracts of Japan M-1594, 1994. JP 6-15477 A *

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