DE2330256A1

DE2330256A1 - Lotmaterial zum flussmittelfreien hartloeten von aluminium oder aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE2330256A1
Application number: DE19732330256
Authority: DE
Inventors: Hansjuergen Dipl Ing Dr Hauck
Original assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Ver Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1973-06-14
Filing date: 1973-06-14
Publication date: 1975-01-09
Also published as: SE7407834L; BE816325A; FR2233132A1; JPS5022746A; NL7407477A; IT1014942B

Description

VEREINIGTE DEUTSCHE HSl'ALLlviaLiä Frankfurt (H), 8. Juni 1972 Aktiengesellschaft Mlk/UL

6ooo Frankfurt (H) i?o
Zeilwep;

prov. Nr. 7217 V

Lotrnaterial zum flußraittelfreien Hartlöten von Aluminium oder Aluminiumlegierungen

Die Erfindung betrifft ein Lotmaterial zum flußmittelfreien Hartlöten von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen in nichtoxydierender Atmosphäre bei Temperaturen oberhalb 55o-°C.

Zum Hartlöten von Aluminium oder Aluminiumlegierungen sind eine Reihe von Lotmaterialien und Verfahren bekannt, bei denen zur Herstellung einwandfreier Verbindungen Flußmittel benötigt werden. Insbesondere im Hinblick auf die Korrosionsgefahr müssen die gelöteten Werkstücke anschließend sorgfältig von Flußmittelresten befreit werden. Die Reinigungsmaßnahmen sind sehr aufwendig und werden unter dem Gesichtspunkt der Umweltverschmutzung immer problematischer. Bei komplizierteren Bauteilen läßt sich darüberhinaus nie ausschließen, daß trotz aufwendiger Reinigung Flußmittel-, rückstände am Werkstück verbleiben und dort Korrosionsschäden hervorrufen. Seid einiger Zeit sind daher verstärkte Bemühungen zu erkennen, Materialien und Verfahren zum flußiaittelfreien Hartlöten von Aluminium und Aluminiumlegicrungen zu entwickeln.

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Bei einem derartigen Verfahren wird vorgeschlagen, die einzelnen Legierungskomponenten einer Hartlotlegierung aus 3 bis 15 % Silicium, o₅4 bis 1o % Magnesium, ο bis 25.% Kupfer, Rest Aluminium sowie herstellungsbedingten Verunreinigungen in Form von Pulver der einzelnen Elemente und/oder einer Vorlegierung an die Verbindungsstelle zu bringen und durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb 55o ⁰C in einer nichtoxydierenden Atmosphäre die Hartlotlegierung zu erschmelzen. (DAS 15 27 3o7) Bekanntgeworden ist auch ein Lot zum flußmittelfreien Löten von Aluminiumwerkstoffen, das aus 4 bis 2o % Silicium und aus .je o,o1 bis 1o %, vorzugsweise je CjO5 bis 2 % Ivismut, Strontium, Barium und/oder Antimon, Rest Aluminium und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht. Dieses Lot soll unter inertem Schutzgas oder aber bei niedrigem Vakuum von z.B. 1o bis 1o Torr angewendet werden. (DAS 19 62 76o) Nach diesen Vorschlägen können Lotverbindungen von Aluminiuiswerkstoffen ohne Anwendung von Flußmitteln hergestellt werden. Es hat sich aber herausgestellt, daß die bekannt gewordenen Lotmaterialien im Hinblick auf eine - großtechnische Anwendung, insbesondere für die Kassenherstellung von beispielsweise Wärmeaustauschern noch verbesserungsbedürftig sind. Im Rahmen derartiger Herstellungsprozesse geht man vorzugsweise so vor, daß durch Stanzen, Abkanten, Biegen und dergleichen aus lotplattierten Blechen die einzelnen Werkstückteile hergestellt werden. Diese werden anschließend zusammengelegt oder mittels Vorrichtungen zusammengehalten und möglichst in einem einzigen Lötprozeß zum fertigen Werkstück verbunden. Hinsichtlich Festigkeit und Dichtigkeit der Lötverbindungen werden hohe Ansprüche gestellt. Dabei wird vielfach gefordert, .daß die Ausschußquote unter 1 % bleibt.

Um dieses Ziel zu erreichen kommt es unter anderem darauf an, daß die vorgefertigten Bauteile hinsichtlich Form und Abmessungen sorgfältig aufeinander abgestimmt sind, damit sie zum

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Löten derartig zusammengesetzt werden können, daß sie sich an allen zu verbindenden Stellen gegenseitig berühren. Zumindest muß gewährleistet sän, daß die Werkstückteile an den zu verbindenden Stellen nur einen solchen Abstand voneinander haben, daß er vom flüssigen Lötmaterial auf Grund der Kapillarwirkung überbrückt werden kann. Form und Maßhaltigkeit der zu verbindenden Bauteile kann häufig, insbesondere bei einer Massenfertigung,nicht mit der,erforderlichen Genauigkeit eingehalten v/erden. Die Folge ist, daß beim Zusammensetzen der Bauteile zur Vorbereitung auf das Löten und auch beim Anwärmvorgang durch Wärmeverzug zwischen den zu verbindenden Stellen Abstände auftreten, die vorn flüssigen Lotmaterial nicht überbrückt werden können. Für das aus der DAS 19 62 7ßo bekannt gewordene Lötmaterial wird beispielsweise gefordert, daß eine Spaltbreite von etwa o,1 miß nicht überschritten wird. (Vgl. Zeitschrift Aluminium (1972) Seite 8o5, rechte Spalte, Zeile 1o bis 5 von unten) Da sich derartige Forderungen nicht immer erfüllen lassen, besteht die Aufgabe, ein Lotmaterial zu entwiekeln, das in der Lage ist, beim Lötvorgang auch wesentlich größere Spaltbreiten zu überbrücken.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Lotmaterial vorgeschlagen, daß durch Gewichtsteile von 4 bis 2o ^ι,ί Silicium, o,4 bis 1o % Magnesium, o,.o1 bis 1,o % Wismut, Rest'Aluminium und herstellungsbedingte Verunreinigungen gekennzeichnet ist. Erfindungsgemäß kann das Lotmaterial auch 4 bis 13 % Silicium, o,4 bis 1o % Magnesium, o,o1 bis 1,o % Wismut, Rest Aluminium und herstellungsbedingte Verunreinigungen enthalten. Vorzugsweise enthält das Lotmaterial 4 bis 13 % Silicium, o,4 bis 1o % Magnesium, o,1 bis o,3 % Wismut, Rest Aluminium und herstellungsbedingte Verunreinigungen. Als besonders günstig hat sich ein Lotmaterial mit 6 bis 12 % Silicium, o,7 bis 1,5 % Magnesium, o,1 bis o,15 ^CA Vismut, Rest Aluminium und herstellungsbedingte Verunreinigungen erwiesen.

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Das erfindungsgemäße Lotmaterial weist eine hohe Benetzungsfähigkeit und ein sehr gutes Spaltfüllvermögen auf, das weit oberhalb der Werte liegt, die mit den bekannten Lotmaterialien zu erzielen sind.

Zum Nachweis dieser Eigenschaften wurden Yergleichsversuche mit einer einfachen Anordnung durchgeführt, wobei jeweils ein flach liegender ebener Blechabschnitt von 1 mm Dicke mit einem senkrecht darauf stehenden Blechabschnitt von ebenfalls 1 mm Dicke miteinander verbunden wurden. Der senkrecht stehende Blechabschnitt mit gerader unterer Schnittkante war auf dem flach liegenden Blechabschnitt jeweils so angeordnet, daß zwischen ihnen, ausgehend von einem Berüh-r rungspunkt, ein stetig breiter werdender Spalt vorhanden war. Spaltbreite y und Abstand vom Berührungspunkt χ standen demnach in folgendem linearen Zusammenhang:

y = a . χ

Für a wurde der Wert 0,01 gewählt, so daß z.B. 50 mm vom Berührungspunkt die Spaltbreite 0,5 nun betrug.

Die Blechabschnitte wurden in dieser Anordnung in einem widerstandsbeheizten Vakuumofen bei 2 χ 10 bis 8 χ 10 Torr in stets gleicher Weise auf 600° C aufgeheizt, wobei die Temperatur auf + 1,5° C eingehalten wurde. Die Löttemperatur wurde 3 Minuten eingehalten und die Probe anschließend durch Fluten des Ofens mit Argon rasch abgekühlt. Die folgenden Ergebnisse waren unabhängig davon, ob der flach liegende Blechabschnitt oder der senkrecht stehende Blechabschnitt mit einer Lotplattierung versehen war. Auch eine Yarlation der Stärke der Lotplattierung zwischen 50 und 100u m und eine Änderung der Löttemperatur auf 590° C hatten keinen Einfluß auf die Ergebnisse.

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An den Lötproben wurde anschließend jeweils die Länge gemessen, bis zu der das Lotmaterial den sich verbreiternden Spalt ausgefüllt hatte. Außerdem wurde die Höhe am senkrecht stehenden Blechabschnitt gemessen, bis zu der dieser vom Lotmaterial benetzt war. Die Mittelwerte der Ergebnisse aus einer Vielzahl von Versuchen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Probe Zusammensetzung ausgefüllte Höhe der

Spaltlänge Benetzung

A AlSi 12 BlO,15 etwa 45 mm 10 mm B AlSi 9 Mg 1,5 etwa 30 mm 14 mm C AlSi 9 Mg 1,5 Bi 0,15 Über 80 mm 13 mm

Das Lotmaterial A (entsprechend DAS 1 962 760) erreichte eine BenetzungshÖhe von 10 mm und füllte den sich erweiternden Spalt bis zu einer Länge von 45 mm aus. Das entspricht einer Spaltbreite von 0,45 mm. Das Lötmaterial B (entsprechend DAS 1 527 307) zeigte zwar eine bessere Benetzung, blieb bezüglich der Spaltausfüllung Jedoch hinter Lotmaterial A zurück. Demgegenüber ergab das Lotmaterial C gemäß der Erfindung eine Füllung des Spalts bis zu einer Länge von 80 mm, entsprechend einer Spaltbreite von 0,8 mm, bei gegenüber Lotmaterial B praktisch nicht verminderter BenetzungshÖhe.

Für die Versuche waren die Blechabschnitte zunächst nur 50 mm lang gewählt worden. Nachdem sich überraschenderweise herausstellte, daß das erfindungsgemäße Lot diese Länge, also bis zu einer Spaltbreite von 0,5 mm vollständig ausfüllte, wurden die Abmessungen der Blechabschnitte schrittweise vergrößert. Die letzten Lötproben mit einer Länge von 80 mm wurden vom erfindungsgemäßen Lotmaterial ebenfalls noch voll ausgefüllt, d.h. es können damit Spaltbreiten von 0,8 mm überbrückt werden.

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Es ist zu vermuten, daß das Lotmaterial gemäß der Erfindung mit Magnesium und Wismut in einer Aluminiuin-Silicium-Basislegierung damit noch nicht am Ende seiner Spaltfüll- "bzw. Spaltüberbrückungsfähigkeit angelangt ist. Erwartet wird, daß mit dem erfindungsgemäßen Lot Spalte zwischen zu verbindenden Werkstücken überbrückt werden können, die mehr als doppelt so breit sind wie die, die mit dem in dieser Beziehung besten bekannten Lotmaterial überbrückbar sind. (Hierzu laufen weitere Versuche, deren Ergebnisse zu dieser Anmeldung noch nachgereicht werden.)

Damit ist ein Lotmaterial gefunden, mit dem die erheblichen Schwierigkeiten überwunden werden können, die bisher der großtechnischen Anwendung des flußmittelfreien Hartlötens von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen entgegenstanden.

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Claims

— 7 — prov. Nr. 7217 V Patentansprüche

1. Lotmaterial zum .flußmittelfreien Hartlöten von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen in nichtoxydierender Atmosphäre bei Temperaturen oberhalb 55o ⁰C, gekennzeichnet durch Gewichtsanteile von 4 bis 2o % Silicium, o,4 bis 1o % Magnesium, o,o1 bis 1,o % Wismut, Rest Aluminium und herstellungsbedingten Verunreinigungen.

2. Lotmaterial nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 4 bis 13 % Silicium, o,4 bis 1o % Magnesium, o,o1 bis 1 % Wismut, Rest Aluminium und herstellungsbedingten Verunreinigungen.

3. Lotmaterial nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 4 bis 13 % Silicium, o,4 bis 1o % Magnesium, o,1 bis o,3 % Wismut, Rest Aluminium und herstellungsbedingten Verunreinigungen .

4,- Lotmaterial nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 6 bis 12.9* Silicium, o,7 bis 1,5 % Magnesium, o,1 bis o,15 % Wismut, Rest Aluminium und herstellungsbedingten Verunreinigungen.

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