DE2241342A1

DE2241342A1 - Verfahren und mittel zum loeten von metallen, insbesondere von kupfer und/oder kupferhaltigen legierungen

Info

Publication number: DE2241342A1
Application number: DE19722241342
Authority: DE
Inventors: Edelgard Full
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE2241342B2

Description

Verfahren und Mittel zum Löten von Metallen, -insbesondere von tupfer und/oder kupferhaltiger Legierungen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Mittel zum Löten von Metallen, insbesondere von Kupfer und/oder kupferhaltigen Legierungen.
Bei derartigen Lö tverahren ist erforderlich, daß leicht handzuhabende Mittel verwendet werden und dass die erzielte Verbindung zwischen den Metallen mechanisch sehr fest ist.
Die Korrosionsbeständigkeit der Verbindung soll hoch se =.
und sich bei späterer Beanspruchung durch korrosive Medien nicht lösen.
Zur Erfüllung dieser Erfordernisse ist es bekannte Legierungen auf Basis Ni-Cr-3-Si oder Ni-Si-P zu verwenden und die zu verbindenden Metallteile bei Temperaturen zwischen etwa 980 und 11000C zu verarbeiten. Es istwerner bekannt e als Pulver vorliegenden Legierungen vor der Verwendung mit einen flüssigen Kunststoffkleber zu vermischen um die Verarbe#tbarkeit zu erleichtern und um das Lötmittel an die Lötfugen heranzubringen ( Nicrobraz, Hochtemperatur-Hartlote; Firmenprospekt der Lurgi- Werkstätten G.m.b.H., Abt. Gotek, Frankfurt a.M.; Febr. 1969).
Durch diese bekannten Verfahren und Mittel werden korrosionsbeständige Lötverbindungen mit hoher Hitzebestan#digkeit und ausgezeichneten Festigkeitseigenschaften erhalten, wobei auch Werkstücke mit komplizierter Formgebung verarbeitet werden können.
Bei manchen Werkstücken ist Jedoch erwünscht, die zum Löten erforderliche Temperatur möglichst niedrig zu halten. Dies gilt insbesondere für Werkstücke, die aus Kupfer oder kupferhaltigen Legierungen gefertigt sind. Kupfer ist ein oxidationsempfindliches Metall, wobei diese Oxidationserscheinungen bereits bei tieferer Temperatur als dem Schmelzpunkt des Kupfers ( Fp = 10830C) auftreten können.
Ein weiterer Nachteil der bereits bekanten Hartlote liegt darin, dass die Verarbeitung Schwierigkeiten niacr'.t. Zwar ist bekannt, das pulverförmige Lot mit flüssigen Kunststoffklebern anzuteigen, doch haben die dabei erhalten Gemische eine nur geringe Topfzeit. Diese relativ kurze Topfzeit führt infolge Yiskositatsanstiegs zu Yerarbeitungsschwierigkeiten und zu Verlusten an Lötgut.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese und andere Nachteile zu vermeiden und ein iötverfahren zur Verfügung zu stellen, das einfach und auch zum Löten oxidationsempfindlicher Metalle, insbesondere von Kupfer und kupferhaltigen Legierungen geeignet ist. Das dabei verwendete Mittel soll sich durch gute Verarbeitbarkeit und lange Haltbarkeit auszeichnen und keine Bestandteile enthalten, die zur Korrosion neigen oder auf den zu verbindenden Metallteilen Rückstände hinterlassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, daß man die zu verbindenden Teile zueinander fixiert, ein pastenförmiges Gemisch, bestehend aus einer Ou-P-Legierung, einem organischen Anteig- und Fließmittel und einem organischen Lösungsmittel aufbringt und das Ganze im Vakuum und/oder unter Schutzgas auf Temperaturen zwisenen 600 una 1100, vorzugsweise zwischen 750 und 95000 erwärmt.
Bevorzugt werden der Cu-P-Legierung Zinn zugesetzt oder es wird eine Legierung auf Basis Cu-P-Sn verwendet.
Als organisches Anteig- und Fließmittel werden bevorzugt indifferente Kohlenwasserstoffe verwendet. Ein solcher indifferenter Kohlenwasserstoff ist beispielsweise Paraffinöl. Diese Mittel können auch aus polymeren stoffen bestehen, die in flüssiger, gelöster oder dispergierter Form eingesetzt werden können. Besonders geeignet sind hierfür Kunststoffe auf Polyacrylat-Basis, vorzugsweise Pol#1TIflethylmethacrylat.
Als dritte Komponente enthält das Gemisch ein organisches Lösungsmittel. Dieses organische Lösungsmittel kann aus Oarbonsäureestern bestehen. Als Carbonsäureester werden dabei Ester der Phthalsäure und/oder der Isophte äure und/oder der Terephthalsäure bevorzugt. Von diesen sind die niederen Glieder, beispielsweise die Methyl-, Äthyl-, Propyl- oder Butylester, aber auch gemischte Ester, wie beispielsweise der Phthalsäurebenzylbutylester, besonders geeignet.
Ferner können auch Gemische aus verschiedenen Estern angewandt werden.
Die im Rahmen der Erfindung bevorzugt verwendete Cu-P-Legierung besteht aus 81 bis 98, vorzugsweise aus 90 bis 95 Gew. % Cu, und 2 bis 19, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.% P.
Dieser Legierung setzt man bevorzugt Zinn in einer Menge von 0,1 bis 5, vorzugsweise 0,3 bis 2 Gew.%, bezogen auf die Cu-P-Legierung zu. Stattdessen kann auch eine Cu-P-Sn-Legierung eingesetzt werden, die zweckmässigervjeise eine Zusammensetzung von 81 bis 98, vorzugsweise 90 bis 95 Gew.% Cu; 1,9 bis 15, vorzugsweise 4,7 bis 8 Gevj.# P und 0,1 bis 4, vorzugsweise 0,3 bis 2 Gew. Sn besitzt.
Die zur Herstellung des pastenförmigen Gemischs vorgeschlagenen Anteig- und Fließmittel werden im Rahmen der Erfindung in Mengen von 0,1 bis 10, vorzugsweise von 1 bis 8 Gew., bezogen auf das fertige Gemisch, eingesetzt, während man die organischen Lösungsmittel bevorzugt in Mengen von 1 bis 15, vorzugsweise von 4 bis 10 Gew.%, ebenfalls bezogen auf das fertige Gemisch, anwendet.
Die Legierung kann dabei in üblicher Weise mit dem Anteig- und Fließmittel oder mit dem Lösungsmittel oder mit einem Gemisch aus Anteig- und Fließmittel und LöEungsmittel angerieben oder verrührt werden.
Das im Rahmen der Erfindung verwendete Mittel zum Löten von Metallen, insbesondere von Kupfer oder kupferhæltigen Legierungen ist gekennzeichnet durch ein pastenförmiges Gemisch aus einer Cu-P-Legierung, einem organischen Anteig- und Fließmittel und einem organischen Lösungsmittel.
Diese Cu-P-Legierung enthält bevorzugt Zinn, wobei man anstelle dieses Gemischs auch eine Ou-P-Sn-Legierung verwenden kann.
Als organisches Anteig- und Fließmittel enthält das Mittel bevorzugt indifferente Kohlenwasserstoffe unter denen sich Paraffinöl als besonders geeignet erwiesen hat. Für'den gleichen Zweck kann das Mittel ein polymerer Stoff in flüssiger, gelöster oder dispergierter Form enthalten, wobei sich Gehalte an Kunststoffen auf Polyactylat-Basis, vorzugsweise Polymethylmethacrylat besonders bewährt haben.
Das Gemisch enthält ferner als organische Lösungsmittel Carbonsäureester unter denen Ester der Phthalsäure und/oder der Isophthalsaure und/oder der Terephthalsäure bevorzugt sind.
Besteht die Legierung aus Cu-P, so enthält sie zweckmässig 81 bis 98, vorzugsweise 90 bis 95 Gew.% Cu. und 199 bis 19, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.% PO Wird eine zinnhaitige Legierung eingesetzt, so enthält die Cu-P-Legierung einen Zusatz von 0,1 bis 5, vorzugsweise von 0,3 bis 2 Gew.Teilen dieses Metalls, bezogen auf die Cu-P-Legierung oder man setzt eine Legierung aus 81 bis 98, vorzugsweise 90 bis 95 Gew.%o Cu, 1,9 bis 15, vorzugsweise 4,7 bis 8#Gewt# p und 0,1 bis 4, vorzugsweise 055 bis 2 ßew.%-Sn ein.
Die Anteig- und Fließmittel liegen in dem Mittel in Mengen von 0,1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 8 Gew.% und die organischen Lösungsmittel in Mengen von 1 bis 15, vorzugsweise von 4 bis 10 Gew.%, Jeweils bezogen auf das fertige Gemisch, vor.
Die Erfindung ist in den folgenden Ausführungs;beispielen näher beschrieben.
Beispiel 1 Eine Legierung der Zusammensetzung 93 % Kupfer, 6;,5.pro Phosphor, 0,5 % Zinn mit einer Korngrösse von 99 Gew.# unter 63/um wird mit 2,5 Gew.# Paraffinöl der Dichte 0S88 g/cm und einem Siedepunkt von mindestens 36000 und 6,5 Gew.% ( alle Mengenangaben bezogen auf die Legierung) einer Suspension, bestehend aus 25 Gew.Teilen Dimethylterephthalat ( Schmelzpunkt 14000 ), gereinigt durch Sublimation über 30000, in 75 Gew.Teilen Phthalsäurebentzyib-utylester - Dichte 1,121 , Siedepunkt bei 20 torr 280-288° C, zu einer weichen Paste verarbeitet. Diese Paste ist absolut homogen und selbst nach längerem Stehen tritt keine Trennung zHrsc:rien fester und flüssiger Phase auf. Die Paste bleibt in geschlossenem Gefäß mehr als 8 Wochen verarbeitungsfähig. Die so hergestellte Paste wrd mit einer handelsüblichen Handspritzpistole, wie für die Verarbeitung von Kitten und Dichtungsmassen üblich, auf zwei zu verlötende Kupferrohrstücke der Dimension 8 x 2 mm aufgetragen und anschliessend in einem handelsüblichen Vakuumofen bei einem Unterdruck zwischen 1-2 torr bei einer Temperatur von 77800 gelötet. Nach Abkühlung des Vakuum-Ofens und Druckausgleich werden die zusammengelöteten Teile herausgenommen und man stellt eine sehr gute verlaufende, rückstandslose Lötverbindung zwischen den beiden Kupferrohren fest.
Beispiel 2 Eine Legierung der gleichen Zusammensetzung und gleicher Spezifikation wie in Beispiel 1 wird mit 6 Gew.# eimer Suspension von Dimethylter#phthalat in Phthalsäurebenzylbutylester ( Stoffdaten wie in Beispiel 1 ) sowie 2,5 Gew.% eines Polymethylmethacrylatharzes gelo#st, in Phthalsäurebenzylbutylester innigst vermischt und geknetet. Es wird ebenfalls eine sehr gut fließfah'#ige Paste erhalten. Auch diese Paste ist über längere Zeit stabil, d.h. es tritt keine Trennung zwischen fester und flüssiger Phase ein und sie behält in geschlossenem Behälter über Wochen eine gute Verarbeitungsfähigkeit.
Mit dieser Paste wird die Naht zwischen zwei senkrecht aufeinander-liegenden Kupferblechen der Stärke 2 mm bestrichen. Die Kupferbleche werden anschliessend in einem handelsüblichen Schutzgasofen bei einer Temperatur von 79200 bei Normaldruck unter Stickstoff-Atmosphäre gelötet.
Die so erhaltene Lötverbindung zwischen den beiden Kupfer blechen ist zückstandslos und einwandfrei verlaufen und man hat eine Lötverbindung zwischen den Kupferblechen erreicht, die eine Festigkeit wie der Grundwerkstoff besitzt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß es auf einfache Art und Weise gelingt, Metalle, insbesondere Kupfer und/oder kupferhaltige Legierungen zu löten. Das hierzu verwendete Mittel ermöglicht eine schonende Arbeitsweise, wobei die Löttemperatur gegenüber den bekannten Verfahren wesentlich erniedrigt ist. Bereits bei Temperaturen unter 80000 werden haftfeste und äusserst stabile Lötverbindungen erhalten, wodurch das Verfahren auch für temperatur- und otidationsempfindliche Metalle geeignet ist. Da das vorgeschlagene neue Mittel keine korrodierenden Bestandteile enthält und rückstandslos verarbeitet werden kann, sind die Lötstellen sauber und frei von RücKs+alden und Vertungen. Ein wesentlicher Vorteil ist auch die leichte Handhabung und Verarbeitbarkeit des neuen Mittels.
Es liegt in Pastenform vor, kann also von den zu lötenden Uetallteilen nicht abfließen. Besonders wertvoll ist die Lagerstabilität des Mittels. Das Mittel ist längere Zeit haltbar und bleibt stets einsatzfähig, ohne daß sich die Eigenschaften ändern oder Verdickungserscheinungen auftreten. Es ist sparsam im Gebrauch und, weil Reste lange Zeit aufbewahrt werden können, sehr wirtschaftlich.
Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1) Verfahren zum Löten von-Metallen, insbesondere von Kupfer und/oder kupferhaltigen Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass man die zu verbindenden Teile zueinander fixiert, ein pastenförmiges Gemisch bestehend aus einer Cu-P-Legierung, einem organischen Ansteig- und Fließmittel und einem organischen Lösungsmittel aufbringt und das Ganze im Vakuum und/oder unter Schutzgas auf Temperaturen zwischen 600 und 1100, vorzugsweise zwischen 750 und 9500C erwärmt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Cu-P-egierung Zinn zusetzt oder eine Cu-P-Sn-Legierung verwendet.

9) Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß man als organisches Anteig- und Fließmittel indifferente Kohlenwasserstoffe verwendet.

4) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, daduroh gekennzeichnet, daß mal als indifferenten Kohlenwasserstoff Paraffinöl verwendet.

5) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß man äls Anteig- und Fließmittel polymere Stoffe in flüssiger, gelöster oder dispergierter Form verwendet0 6) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als polymeren Stoff Kunststoffe auf Polyacrylat-Basis, vorzugsweise Polymethylmethacrylat , verwendet.

7) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mlsh organisches Lösungsmittel Carbonsäureester verwer 8) Verfahren nach einem oder mehreren der sorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Carbonsäureester, Ester der Phthalsäure und/oder der Isophthalsäure und/oder der Terephthälsäure verwend 9) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergek~r.den Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Cu-P-Legierung aus 81 bis 98, vorzugsweise aus 90 bis 95 Gew.% Cu und 2 bis 19, vorzugsweise 5 bis 10 Gew., besteht.

10) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß man ?P man der Cu-P-Legierung Zinn in Mengen von 0,1 bei 5, vorzugsweise 0,3 bis 2 Gew.%, bezogen auf die Cu-P-Legierung zusetzt.

11) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 , dadurch gekennzeichnet, daß man als Cu-P-Sn-Legierung eine Legierung aus 81 bis 98 , vorzugsweise 90 bis 95 Gew.% Cu, 1,9 bis 15, vorzugsweise 4,7 bis 8 Gew.% P und 0,1 bis 4, vorzugsweise 0,3 bis 2 Gew.% Sn einsetzt.

12) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daA man d Anteig- und Fließmittel in Mengen von 0,1 bis 10, vorzugsweise von 1 bis 8 Gew.%, bezogen auf das fertige Gemisch, einsetzt.

13) Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die organischen Lösungsmittel in Mengen von 1 bis 15, vorzugsweise von 4 bis 10 Gew.% , bezogen auf das fertige Gemisch, einsetzt.

14) Mittel zum Löten von Metallen, insbesondere von Kupfer und/oder kupferhaltigen Legierungen nach einem und mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichllet durch ein pastenförmiges Gemisch aus einer Cu-P-Legierung, einem organischen Anteig- -und Fließmittel und einem organischen Lösungsmittel.

15) Mittel nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Zinn.

16) Mittel nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch #ekennzeichnet, daß die Legierung aus Cu-P-Sr besteht.

17) Mittel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch einer Gehalt an indifferenten KohlenvJasserstoffen als Anteig- und Flußmittel.

18) Mittel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Paraffinöl als indifferenten Kohlenwasserstoff.

19) Mittel nach einem oder mehreren der vorhergehenden#Anspniche 14 bis 18,- gekennzeichnet durch einen Gehalt an polyiaeren Stoffen in flüssiger, gelöster oder dispergierter Form als Anteil- und Fließmittel.

20) Mittel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 19, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Kunststoffen auf Polyacrylat-Basis, vorzgsweise Polymethylmethacrylat.

21) Mittel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 20, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Carbonsaureestern als organisches Lösungsmittel.

22) Mittel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 21, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Estern der Shthalsäure und/oder isophthalsäure und/oder Terephthalsäure.

23) Mittel nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Cu-P-Legierung 81 bis 98, vorzugsweise 90 bis 95 Gew.# Cu ud 2 bis 19, vorzugsweise 5 bis 10 Gew.?,o P enthält.

24) Mittel nach einem oder mehreren der vorher#ienden Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Cu-P-Legierung Zinn in Mengen von 0,1 bis 5, vorzugsweise 0,3 bis 2 Gew.%, bezogen auf die Cu-P-Legiorung, enthält.

25) Mittel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 24, gekennzeichnet durch eine Cu-P-Sn-Legierung mit einem Gehalt von 81 bis 98, vorzugsweise 90 bis 95 Gew.# Cu, 1,9 bis 15, vorzugsweise 4,7 bis 8 Gew.% P ull 0,1 bis 4, vorzugsweise 0,3 bis 2 Gew. % Sn.

26) Mittel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 25, gekennzeichnet durch einen gehalt an 0,1 bis 10, vorzugsweise von 1 bis 8 Gew.%, bezogen auf das fertige Gemisch, an Anteig- und Fließmittel.

27) Mittel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspruche 14 bis 26, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 1 bis 15, vorzugsweise von 4 bis 10 Gew.% bezogen av das fertige Gemisch, an organischen Lösungsmmiteln.