DE2365799B2 - Verfahren zum Verbinden eines Aluminiumteiles mit einem anderen Metallteil durch Hartlöten - Google Patents

Verfahren zum Verbinden eines Aluminiumteiles mit einem anderen Metallteil durch Hartlöten

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DE2365799B2 DE2365799A DE2365799A DE2365799B2 DE 2365799 B2 DE2365799 B2 DE 2365799B2 DE 2365799 A DE2365799 A DE 2365799A DE 2365799 A DE2365799 A DE 2365799A DE 2365799 B2 DE2365799 B2 DE 2365799B2
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Description

23 65 slektrolytisches als Tabelle II Bereich 799 4 Bereich Bereich Bereich Bereich stromloses Plattierbad Tabellen mit bevorzugte Menge bevorzugte Menge in Gew.-%
3 Bereichen für die Zusammensetzung angegeben. 30. ..200 g/I 30... 200g/l 30... 200 g/l .,0...10O g/l 3O...2OOg/l 150.0 g/l 150.0 g/l 10.0
Oxidations-Reduktions-Reaktion vor. Im Falle des Tabelle I 30...300 g/l Bei einem 30... 300g/l 0.25... 5.0 g/l 1'K)...30 g/l 0.05... 5.0 g/l 1.0 g/l i.Og/l 20.0
Nickels lautet diese Reaktion wie folgt: 0.05... 10.0 g/l anderen stromlosen Verfahren, das 0.05... 10.0g/l 0.25... 5.0 g/l 1.0 g/l 0.1
Stromloses Nickel-Blei-Legierungs-Plattierbad 25...150ml/I verwendet werden kann, wird Nickel mit Hilfe einer 25... 150m!/l bevorzugte Werte 7.5
2 Al° + 3 Ni++ ► 2 Al+++ + 3 Ni° Nr. reduzierenden 1 in üew.-% 100.0 g/l bevorzugte Menge
NiSO4 + NaH2PO2 + H2O 1. Nickelsulfat 82°...93 C Reaktion aufplattiert Die Reaktion läuft 82 C. ..93 C in Gew.-% 3.0... 10.0 200.0 g/I bevorzugte Werte 50 g/l
Im folgenden sind sowohl für ein 2. Natriumeitrat 7.0... 12.0 nach folgendem Schema ab: 7.0... 12.0 3.0... 20.0 10.0... 3.0 1.0 g/l 100.0 g/l 50 g/l
3. Bleiacetat -> Ni° + NaH2POj + H2SO4 3.0... 30.0 75 ml/l 200.0 g/l
4. Ammoniumhydiriixid auch für ein 0.005... 1.0 1.0 g/l
(N HjS 30%) 2.5... 15.0 82 C 75 ml/l
5. Temperatur 10.5
6. pH-Wert werden: 82 C
Die unter Nr. 2 und 3 aufgeführten in Gew.-% 10.5
Nr. Ersatz 3.0... 20.0 Verbindungen können auch ersetzt werden:
2. Natriumgluconnt 3.0... 30.0 in Gew.-%
3. Bleiacetat oder 0.005... 1.0 10.0
Wismutlactat 2.5... 15.0 i 3. P/eicitrat oder Wismutlactat 20.0
P Tabelle III o.i
7.5
]' Stromloses Nickel-Kobalt-Blei-LegierungE-Plattierbad
Verbindungen können auch ersetzt Nr.
I. Nickelsulfat
2. Koballsulfat
Stromloses Kobalt-Blei-Legierungs-Plattierbad
Nr.
I. Kobaltsulfat in Gew.-%
2. Natriumeilrat 5.0
3. Bleiacetat 5.0
4. Ammoniumhydroxid
(NH, = 30%)
5. Temperatur
6. pH-Wert
Die unter Nr. 2 und 3 aufgeführten
Nr. Ersatz
2. Natriumgluconat
Fortsetzung 23 65 Bereich .300 g/| 799 6 in Gew.-"»
5 Nr. 60.. ...10.0 g/l 20.0
3. Natriumeitrat 0.05 .150 ml/l bevorzugte Menge 0.1
4. Bleiacetat 25.. in Gevv.-% 200 g/l 7.5
5. Ammoniumhydroxid ..93 C 6.0... 30.0 1.0 g/!
(NH3s30%) 82°. ..12.0 0.005... 1.0 75 ml/l
6. Temperatur 7.0. 2.5... 15.0
7. pH-Wert 82 C
10.5
Die unter Nr. 3 und 4 aufgeführten Verbindungen können auch ersetzt werden:
Nr. Ersatz
Bereich
3. Natriumgluconat
4. Bleiacetat oder Wismutlactat
60...3OO g/l 0.05... 5.0 e/l
bevorzugt; Menge
150 g/l 1.0 g/l
Tabelle IV
Elektrolytisches Nickel-Blei-Legierungs-Plattierbad
Nr. Bereich in Gew.-% bevorzugte Werte in Gew.-%
1. Nickelsulfat 30...200 g/l 3.0... 20.0 50 g/l 5.0
2. Nickelchlorid 100...10g/l 10.0... 1.0 50 g/l 5.0
3. Natriumeitrat 60... 300 g/l 6.0... 30.0 100 g/l 10.0
4. Bleiacetat 0.05... 10.0 g/l 0.005... 1.0 1.0 g/I 0.1
5. Ammoniumhydroxid 5ml...I50ml/l 0.5... 15.0 75 ml/1 7.5
6. Temperatur 26.7 ...71 C 26.7 C
7. pH-Wert 7.0... 12.0 10.5
Die unter Nr. 3 und 4 aufgeführten Verbindungen könne:, auch ersetzt werden:
Nr. Ersatz
Bereich
bevorzugte Werte
3. Natriumgluconat
4. Bleicitrat oder Wismutlactat
pH-Wert
60... 300 g/l 0.05...Yo g/l
150.0 g/l 1.0 g/l
10,5
Tabelle V
Elektrolytisches Kobalt-Blei-Legierungs-PIattierbad
Nr. Kobaltsulfat Bereich .200 g/l in Gew.-% bevorzugte Werte in Gew.-%
1. Koballchlofid 30... ..1Og/! 3.0... 20.0 50 g/1 5.0
2. Natriumeitrat 100. .300 g/l 10.0... 1.0 50 g/l 5.0
3. Bleiacetat 60.. ..10.0 g/l 6.0... 30.0 100 g/l 10.0
4. Ammoniumhydroxid 0.05. ...175 ml/l 0.005... 1.0 1.0 g/l 0.1
5. Temperatur 5 ml ...71 C 0.5... 7.5 75 ml/l 7.3
6. pll-Werl 26.7 .12.0 26.7 C
7. 7.0.. ins
Die unter Nr. 3 und 4 aufgeführten Verbindungen können auch ersetzt werden:
Nr. Ersatz
Bereich bevorzugte Werte
3. Natriumgluconat 6O...3OOg/l
4. Bleicitrat oder Wismutlactat 0.05...5-Og/l
pH-Wert
Tabelle VI Elektrolytisches Nickel-Kobalt-Blei-Legierungs-Plattierbad
150.0 g/l
1.0 g/l
10.5
Bereich
in Gew.-% bevorzugte Werte in Gew.-%
I. Nickelsulfat 30.. .300 g/l 3.0.. .30.0 50 g/l 5.0
2. Kobaltchlorid 100. ..lOg/l 10.0. ..1.0 50 g/l 5.0
3. Natriumeitrat 60.. .300 g/l 6.0.. .30.0 100 g/l 10.0
4. Bleiacetat 0.05 ...10.0 g/l 0.005 ...1.0 1.0 g/l 0.1
5. Ammoniumhydroxid 5... 150 ml/l 0.5.. .15.0 75 ml/1 7.5
6. Temperatur 26.7 ...71 C 26.7 C
7. pH-Wert 7.0. ..12.0 10.5
Die unter Nr. 3 und 4 aufgerührten Ausführungsbeispiele können auch ersetzt werden:
Nr. Ersatz
Bereich bevorzugte Werte
3. Natriumgiuconat
4. Bleicitrat oder Wismutlactat
Bei den Beispielen wurden nur solche Bäder aufgeführt, die durch Zugabe von Ammoniumhydroxid basisch eingestellt worden sind. Andere basische Lösungen sind aber gleichermaßen einsetzbar. Die Zugabe einer Base gewährleistet, daß der Niederschlag aus kleinen, schwammartigen Teilchen der Legierung bzw. des reinen Metalls besteht, welche normalerweise kleiner als 2,54 μ sind. Je kleiner die Teilchen sind, desto besser wird die Oberfläche der Aluminiumgrundlegierung bedeckt.
Die Dicke der Haftschicht, die mit Hilfe des Plattierverfahrens auf dem Hartlot abgeschieden wurde, sollte größer als 0,07 μιπ sein. Sie wird nach einem elektrolytischen Lösungsverfahren bestimmt, bei dem ein handelsübliches Dickenmeßgerät verwendet werden kann. Die optimale Dicke liegt bei ungefähr 0,5 μιτι. Die Menge der Nickel 3lei- bzw. Kobalt-Blei-Legierung hängt von der Dicke des Hartlotes ab und sollte 0,7% des Gesamtgewichtes von Lot und Haftschichten nicht übersteigen. In gewissen Fällen kann es daher erforderlich sein, unter die bevorzugte Dicke der Haftschicht von 03 μηι zu gehen, um so unter einem Gesamtgehalt von 7% zu bleiben. Wenn eine größere Dicke benutzt wird, neigt Nickel zu einer Reaktion zu 6O...3OOg/l
0.05... 5.0 g/l
50 150 Π g/l
1.0 g/l
J5 dem Aluminium unter Ausbildung von Nickel-Aluminid, was der Ausbildung einer optimalen Naht entgegensteht
Die Haftschicht wird, wie bereits erwähnt, auf eine mit Aluminiumhartlot überzogene Fläche oder auf die Oberfläche einer aus einer Hartlotlegierung hergestellten Folie aufplattiert. Bei dem Hartlot handelt es sich beispielsweise um eine Aluminiurn-Silicium-Legierung. Vorzugsweise überdeckt die Haftschicht das Hartlot vollständig. Dazu sind wenigstens 03 Gew.-% oder 0,1 Dicken-% der Gesamtkombination von Lot und Haftschicht erforderlich. Die Dicke der Haftschicht liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwischen ungefähr 0,1 bis 2^% der Gesamtdicke der durch das Hartlot und die Haftschichten gebildeten Schichtstruktur.
Die derart vorbehandelten, miteinander zu verbindenden Teile werden dann in einer Schutzgasatmosphäre (entweder Unterdruck oder drucklos) bei einer Temperatur zwischen 566 und 6210C in Berührung gebracht Die Berührzeit beträgt im allgemeinen einige Minuten, damit ein Schmelzen und Verteilen des Hartlotes und eine Verbindung mit der Haftschicht möglich ist

Claims (8)

Patentansprüche;
1. Verfahren zum Verbinden eines Aluminiumteiles mit einem anderen Metallteil durch Hartlöten, bei dem eine Nickel oder Kobalt enthaltende, die Bindung des Hartlotes fordernde, dünne Haftschicht auf die zu verbindenden Oberflächen aufgebracht wird, die so präparierten Oberflächen mit dazwischenliegendem Hartlot, insbesondere einer Aluminium/Silizium-Legierung aneinandergefügt werden und die zu verbindenden Teile in Vakuum oder einer inerten Atmosphäre auf die Schmelztemperatur des Lotes erwärmt und dann abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Menge einer Nickel/Blei- oder Kobalt/Blei-Legierung oder Kombinationen dieser Legierungen auf die Oberflächen der zu verbindenden Teile aufgebracht wird, die 0,3 bis 7% des Gesamtgewichtes von Lot und Haftschichten beträgt, wobei die Dicke der Haftschicht auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner ist als 2,5% der Gesamtdicke der durch das Hartlot und die Haftschichten gebildeten Schichtstruktur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bindungsfördernde Legierung eine Nickel-Blei-Legierung ist, deren Dicke 0,1 bis 2^% der Dicke der Gesamtschicht aus Lot und Nickellegierung beträgt
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Teile beide aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung bestehen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der miteinander zu verbindenden Teile aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und das zweite der zu verbindenden Teile aus Stahl, aluminisiertem Stahl, rostfreiem Stahl, Nickel, einer Nickellegierung oder Titan besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Stahl, aluminisiertem Stahl, rostfreiem Stahl oder Titan bestehende zweite der zu verbindenden Teile mit der bindungsfördernden Legierung plattiert ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bindungsfördernde Legierung durch Aufplattieren unter Verwendung eines Bades aufgebracht wird, das einen pH-Wert von 7 bis 12 hat und aus 3 bis 20% eines Salzes des bindungsfördernden Metalls, 3 bis 30% einer Puffersubstanz, 0,005 bis 1 % eines Bleisalzes, Rest bis auf 100% Wasser besteht und daß die Badtemperatur zwischen 26,7 und 93° C gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Salz des bindungsfördernden Metalls Nickelsulfat und als Puffersubstanz Natriumcitrat eingesetzt wird und daß der pH-Wert dadurch aufrechterhalten wird, daß dem Bad Ammoniumhydföxid zugesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Bleisalz Bleiacetat oder Bleicitrat eingesetzt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Aluminiumteiles mit einem anderen Metallteil durch Hartlöten nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-AS 16 27 461 bekannt Hier wird zur Haftungsverbesserung des Hartlotes auf dem Aluminiumteil vor dem Löten auf das Aluminiumteil ein dünner Oberzug aus Nickel oder Kobalt aufgebracht Bei Verwendung eines derartigen
ίο Haftüberzugs kann zwar das sonst erforderliche Flußmittel für den Lötvorgang entfallen, das später Korrosion an der Lötstelle hervorruft Die erhaltene Hartlötung kann jedoch im Hinblick auf die erhaltene Festigkeit und Belastbarkeit nicht immer zufriedenstel-
is !en.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentaa«rptuchs 1 angegebenen Art derart fortzubilden, daß die erhaltene. Lötverbindung eine noch stärkere Belastbarkeit aufweist
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, daß die noch nicht völlig zufriedenstellende Festigkeit von nach bekannten Verfahren hergestellten Lötverbindungen darauf zurückzuführen ist, daß der Haftüberzug von dem Hartlot insbesondere einer Aiuminium-Silicium-
jo Legierung, in geschmolzenem Zustand nicht einwandfrei benetzt wird.
Darüber hinaus wurde herausgefunden, daß durch Zugabe von Blei zu dem Nickel oder Kobalt des Haftüberzuges, d. h. durch die Verwendung einer
r, Nickel/Blei- oder Kobalt/Blei-Legierung zum Aufbau des Haftüberzugs die Benetzung durch das geschmolzene Hartlot erheblich verbessert wird. Die gute Benetzbarkeit der mit den Haftüberzügen versehenen Teile durch das Hartlot wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wird, ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß zwischen der Nickel/Blei- oder Kobalt/Blei-Legierung und dem Hartlot bei der Erwärmung auf die Schmelztemperatur des Hartlotes eine exotherme Reaktion stattfindet.
4r> Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend näher erläutert. Die Haftschicht bzw. der Haftüberzug kann durch Austauschplattieren, elektrolytischen Plattieren oder stromloses Plattieren aufgebracht werden. Beim elektrolytischen Aufplattieren von Nickel-Blei
ίο oder Kobalt-Blei wird vorzugsweise ein Metallsalz, z. B. Nickel- oder Kobaltsulfat, mit einem Metallsalz kombiniert, das ein Chloridion enthält, z. B. Nickel- oder Kobaltchlorid. Auch ist es erforderlich, daß ein Bietion aus einem Bleisalz anwesend ist, z. B. aus Bleiazetat. Das
ί ι Bad wird basisch eingestellt, indem z. B. ein Alkalimetallhydroxid oder Ammoniumhydroxid zugesetzt werden. Die Gesamtzusammensetzung wird durch Zugabe eines Puffers gepuffert. Beispielsweise kann zitronensaures Natrium oder gluconsaures Natrium zugesetzt
•μ werden. Die Temperatur des Bades kann während des Plattierens zwischen 26,7 und 7 iaC liegen.
Beim stromlosen Aufplattieren des den Lötvorgang fördernden Überzugs wird eine mit der Plattierlösung des elektrolytischen Plattierens vergleichbare Plattieren "> lösung mit der Ausnahme benutzt, daß die Anwesenheit von durch ein Metallsalz eingeführten Chlorionen nicht erforderlich ist. Bei diesem Verfahren wird der Überzug durch einen Austausch aufolatticrt. d. h.. es liest eine
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