DE2555157C3 - Verfahren zum Löten von Bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löten von _₁₀ metallischen, nichtmetallischen oder teilweise metallischen Bauteilen ohne Flußmittel mit Hilfe eines Auftragswerkstoffs.

Es gibt zahlreiche Verfahren zum Löten bei hoher Temperatur (H. E. Patte e, »High Temperature Brazing«, Welding Research Council Bulletin. Nr. 187, Sept. 1973, S. 1 bis 47). In diesem Aufsatz wird erklärt, daß eines der Hauptprobleme darin besteht, daß die Schmelze des Auftragsmetalls bzw. der Auftragslegieriing den Grundwerkstoff gut benetzt und das Auftragsmetall mittels Kapillarwirkung in die Zwischenräume eindringt, die zwischen den zu verbindenden Bauteilen bestehen. Damit Benetzung eintritt, müssen die zu verbindenden Bauteile von allen oberflächlichen Verunreinigungen, vor allem von Oxidschichten, befreit sein. Dies kann durch chemische oder mechanische Behandlung bewirkt werden oder mit Hilfe von Flußmitteln, die aber nach dem Löten wieder entfernt werden müssen, was nicht immer möglich ist.

Wenn die zu verbindenen Werkstücke gereinigt worden sind, muß noch verhindert werden, daß sie sich während des Temperaturanstieges wieder oxidieren, bevor der Schmelzpunkt des Auftragswerkstoffes erreicht ist. Gelötet wird im allgemeinen bei hohen Temperaturen, meist über 800⁰C, weil in zahlreichen ss Fällen die ausgebildete Verbindung Temperaturen >300°C aushalten muß. Außerdem müssen Legierungen mil Aiisscheidungshärtung bei der Temperatur des Lösungsglühens, d. i. häufig im Bereich von 900 bis 1000⁰C oder darüber, gelötet werden. <».

Um die Oxidation zu vermeiden, können die Bauteile in neutraler Atmosphäre (Argon oder Helium), im Vakuum oder in reduzierender Atmosphäre erhitzt werden.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß mit Wasserstoff ds ziemlich gute Ergebnisse erzielt werden, vorausgesetzt, daß sein Taupunkt ausreichend niedrig liegt, außer wenn die zu lötenden Legierungen Elementen, die beständige Oxide ergeben wie Aluminium, Titan und Chrom, in zu großer Menge enthalten sind. In neutraler Atmosphäre oder im Vakuum erhält man befriedigende Ergebnisse, vorausgesetzt, daß die zu lötenden Bauteile abgebeizt sind und daß weiterhin keine Ursachen für eine Kontaminierung des Raumes während des Temperaturanstieges vorhanden sind, beispielsweise ein Entgasen der Wände, Leckstellen 11. dgl.

Um bestimmte Schwierigkeiten auszuschalten, wird in dem oben zitierten Aufsatz angegeben, daß Bauteile aus einer Nickellegierung oberflächlich vernickelt werden können, wodurch das Benetzen mit der Auftragslegierung verbessert wird; nachteilig hieran ist aber eine häufig zu starke und störende Ausbreitung. Die Praxis hat gezeigt, daß diese Arbeitsweise nur schwierig auszuführen ist: der elektrolytisch abgeschiedene Nickelfilm muß dünn sein und fest haften und der Temperaturanstieg soll sehr langsam erfolgen, um jegliches Ablösen zu vermeiden. Für bestimmte Verwendungszwecke muß weiterhin das überschüssige Nickel nach dem Löten entfernt werden. Außerdem

Teil des auf diese Weise abgeschiedenen

Nickels in das Auftragsmctall. was nicht immer wünschenswert ist.

Ähnliche Nachteile ergeben sich bei dem in der ZPS 75 044 zur FR-PS 11 98 870 beschriebenen Verfahren, bei welchem das Löten in Gegenwart eines Einsatzmittels aus Chrom und Fluoriden in reduzierender Atmosphäre vorgenommen wird. Die Abscheidung von Chrom ans der Dampfphase von Fluoriden begünstigt das Entfernen der oberflächlichen Oxidschicht und damit die Benetzung der Bauteile mit dem Auftragswerkstoff. In einer weiteren ZPS 76 035 zur gleichen FR-PS wird präzisiert, daß die reduzierende Atmosphäre Wasserstoff oder Ammoniak-Spaltgas i.ein kann. Zwar führt dieses Verfahren zu wichtigen Ergebnissen; ein schwerwiegender Nachteil ist jedoch, daß eine Chromdiffusionsschicht auf allen zu lötenden Bauteilen gebildet wird, die die physikalischen Eigenschaften der Legierungen verändert und deren Brauchbarkeit ernsthaft beeinträchtigen kann.

Aus der US-PS 30 91 846 ist es bekannt, in einem geschlossenen Raum die Atmosphäre abzupumpen und zur Verringerung der Oxidation während des Lötvorganges unter Schutzgas zu arbeiten. Dieses ist für Lithium in dem System inert oder schwach oxidierend, sonst reduzierend. Aus der US-PS 32 46 395 ist ein Verfahren zum Hartverlöten in Wasserstoffatmosphäre bekannt, welche gewisse Anteile an Fluorwasserstoff und einem Metallfluorid besitzt. Damit soll die Oxidation während des Lötvorganges verringert werden und in gewissem Umfang eine Einsatzhärtung stattfinden. Wird Chrom oder Nickelpulver in den Lötraum eingesetzt, so bildet sich unter dieser Atmosphäre Chromfluorid bzw. Nickelfluorid, und es kommt an der Werkstückoberfläche zu einer Abscheidung der Metalle, was in den meisten Fällen sehr unerwünscht ist. Darüber hinaus ist die dort angewandte Konzentration an Fluoriden recht hoch, so daß es zu Schwierigkeiten bei der Entfernung der Fluoride von der Oberfläche der Bauteile kommt.

Aufgabe der Erfindung ist nun ein Lötverfahren ohne alle aufgezählten Schv, ierigkeiten der bekannten Verfahren, welches ohne mechanische oder chemische Vorbereitung der Bauteile durchführbar ist und das zur Beseitigung des Oxidfilms kein Flußmii-el benötigt, ohne daß dies /ti einem merklichen Materialabtrag führt.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren /um Löten von metallischen, nichtmetallischen oder teilweise metallischen Bauteilen unter vermindertem Druck ohne Flußmittel und mit Hilfe eines Auftragswerkstoffes, dessen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes des am leichtesten schmelzbaren Bauteils liegt. Es ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Bauteile -.owie den Auftragswerkstoff auf zumindest die Schmelztemperatur des Auftragswerkstoffes bringt und eine Restatmosphäre von unter 1 Torr bei Löttemperatur enthaltend ein oder mehrere Halogen(e) in freiem oder gebundenem Zustand aufrechterhält. Vorzugsweise liegt der Restdruck unter I0~²Torr.

Gegebenenfalls vorhandene Fettstoffe sowie Fingerabdrücke, die sich bei der Montage der Bauteile ergeben, werden gleichzeitig vollständig entfernt. Der geschmolzene Auftragswerkstoff wird durch Kapillarwirkung in die Zwischenräume der Nahisiellen gesaugt; dies ermöglicht die Lötung von komplizierten Baugruppen mit engen und tiefen Lötstellen, die vollständig von dem Aufiragswerksloff gefüllt werden. Ein übermäßiges Ausbreiten des Auftragswerkstoffes auf den Oberflächen der Bauteile findet nicht statt im Gegensatz zu der bekannten Arbeitsweise mit vorausgehender Vernickelung oder mit Abscheidung aus der Dampfphase.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist von besonderem Vorteil bei komplex geformten Bauteilen mit dünnen Wänden, deren Dimensionsbeständigkeit erhalten bleiben soll. Es ermöglicht weiterhin die Bildung von Baugruppen und dergleichen, deren Korrosionsbeständigkeit in der Kälte und in der Wärme vergleichbar ist mit der Korrosionsbeständigkeit der Metalle oder Legierungen, aus denen sie bestehen. Schließlich eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut im Bereich der Reaktortechnik, weil es die Verwendung von Flußmitteln vermeidet und damit die Risiken der Kontaminierung durch chemische Verbindungen ausschaltet, die meistens schädlich für die Kernreaktionen und deren wirtschaftliche Nutzung sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, daß die zu lötende Baugruppe zusammen mit dem Auftragswerkstoff in einem praktisch luftleeren Raum erhitzt wird, in dem sich während des Temperaturanstieges eine Schutzgasatmosphäre von sehr niederem Druck aus einem oder mehreren Halogcn(en) im freien oder im gebundenen Zustand ausbildet.

Um diesen sehr schwachen Druck einzustellen, kann man beispielsweise in einer Arbeitskammer eine kleine Menge einer oder mehrerer Halogenverbindungen vorsehen. Ie nach dem Dampfdruck dieser Verbindungen) kann ihre Verdampfungsgeschwindigkeit dadurch geregelt werden, daß sie sich in mehr oder weniger heißen Bereichen der Kammer befinden. Ebenso kann ihre Wirkung auf die zu lötende Baugruppe durch die Anordnung der Baugruppe und dem Ort, wo sich die Halogenverbindungen befinden, zueinander geregelt werden. Werden Verbindungen mit hohem Dampfdruck oder Halogene in freiem Zustand eingesetzt, so können sie von außen in die Kammer injiziert werden, wobei die Abgabemengen so cinge stellt werden, daß sich in der Kammer der angestrebte Druck einstellt. Gegebenenfalls können die beiden Möglichkeiten für die Ausbildung der halogenhaltigen Schutzgasatmosphäre kombiniert werden.

Unter diesen Bedingungen setzen, sobald eine ausreichend hohe Temperatur herrscht, Reaktionen zwischen dem halogenhaltigen Gas und der zu lötenden Baugruppe zur Entfernung der Oxidschicht«.'!! auf der

.ίο

Bauteilen ein. Sie laufen um so schneller ab, je höher die Temperatur ist.

Die Auswahl des oder der Halogene oder Halogenverbindungen hängt von verschiedenen Faktoren ab und muß unter Berücksichtigung der Bauteile, des Auftragswerkstoffs und der Löltemperatur erfolgen.

je nach der Beschaffenheit der an der Oberfläche der Bauteile und der Auftragswerkstoffe vorhandenen, hauptsächlich aus Oxiden und Verunreinigungen bestehenden Schichten können Jod, Brom, Chlor und fluor, frei oder gebunden, einzeln oder in Kombination eingesetzt werden.

Bei rostfreien oder warmfesten Stählen sowie bei Nickel-, Kobalt- oder Chromlegierungcn werden die besten Ergebnisse mit fluorhaltigen Verbindungen erzielt. Die Auswahl dieser Verbindungen hängt von zahlreichen Arbeitsbedingungen ab. Bevorzugt werden allgemein Alkalifluoride, Ainmoniumfluorid oder saures Ammoniumfluorid, Erdalkalifluoride sowie einige andere Metallfluoride, beispielsweise die Fluoride von Al, Ni, Fe, Co, Cr, Mn, Ti und Zr. Fluoridkomplexverbindungen wie Ammoniumfluoaluminat AIFi(NH₄F)₁OdCr Kryolith Nai[AIF„_] können ebenfalls mit Erfolg eingesetzt werden. Die aufgezählten Verbindungen werden deshalb bevorzugt, weil sie sehr reaklionsfreudig sind und im Druckbereich unterhalb I Torr und bei den hohen Löttemperaturen zahlreiche dieser Fluoride gaslörmige Fluorverbindungen liefern. Die halogenhaltigc Schutzatmosphärc bildet sich somit bei einer Temperatur starker Reaktionsfreudigkeit aus. Die Bauteile werden von diesen Fluoriden nicht angegriffen wie durch andere Halogenide, insbesondere die Chloride. Es können auch die Halogenwasserstoffe selbst ll|. HBr, HCl, HF oder die freien Halogene J, Br. Cl und Γ eingesetzt werden, obwohl diese Ausführung etwas schwieriger ist. Allgemein werden die an der Lull festen und beständigen Halogenverbindungen bevorzugt, wer sie sich am leichtesten handhaben lassen.

Verbindungen mit einem Dampfdruck bei Raumieni peratur von < lO^⁴ Torr werden am einfachsten n ausreichender Menge in der Lötkammer an einem odei mehreren Orten angeordnet, die so gewählt sind, dal. beim Aufheizen der Baugruppe die Halogenverbindun gen auf eine ausreichende Temperatur gebracht werden damit ihr .Jampfdruck ausreicht für die gewünscht« Schutzgasatmosphäre. Der Partialdruck der Halogen verbindungen liegt meistens < 1 Torr.

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erlaiite rung der Erfindung.

B e i s ρ i c I 1

Als Grundwerkstoff winde eine Nickel-Chroni-I.c gierunjr der Zusammensetzung (Inconel 718)

Ni
Cr

Nb + Ta
Mo
Ti

"Ο Al

50-55%
17-21%
4,75-5,50%
2,80 'UO⁰Zo
0,65 - 1,1 5"-ii
0.2 (XS⁰Ii
Rest

Ie ι- Begleitslolle
und ,ils I .nt eine I .euicruiu' der Zusammensetzung

Cr
(ys |>

Ni \- Beirleiistoffc

Rest

verwendet. Diese Auftragslegierung lag in Form ein

Paste vor, die aus einem metallischen Pulver in einer fließfähigen organischen Substanz bestand. Als Halogenquelle wurde Natriumfluorid eingesetzt.

Es sollten Kammleisten gemäß Fig. 1 verlötet werden. Die gewalzten Zuschnitte 1 waren etwa 0,3 mm dick und etwa 34 mm breit und hatten bis zur halben Breite reichende, 0,5 mm breite Einschnitte 2. Die Kammleisten wurden gemäß Fig. 2 zu einem Rost zusammengesetzt und an jeder oberen Verbindungsstelle ein Tropfen 3 Auftragsmetall aufgebracht. Gelötet wurde in einem Ofen, der schematisch in F i g. 3 wiedergegeben ist. Dieser Ofen bestand aus einem vakuumdichten glockenförmigen Mantel 4, in welchem Kühlwasser umlief, um die Temperatur unter 100⁰C zu halten. Innerhalb des Mantels angeordnete Schirme 5 aus warmfestem Stahl dienten zur Wärmeisolierung. Beheizt wurde das ganze durch Widerstandsheizung 6 aus Molybdändraht an (nicht gezeigten) Isolatoren. Die Baugruppe 7, die verlötet werden soll, war bei abgenommenem Mantel auf einer gelochten Tragfläche atigeordnet, die auf einem auf dem Ofenboden stehenden Dreifuß auflag. Eine Dichtung 9 in der Nut der Bodenplatte 10 sorgt für die notwendige Abdichtung der Kammer. Unter der Platine war vor dem Aufsetzen der Glocke ein offener Behälter 11 mit ca. 20 g NaF gegeben worden. Diese Menge steht in gewisser Beziehung mit der Gesamtoberfläche von etwa 50 dm² der Zuschnitte, die die Baugruppe bilden. Nach Aufsetzen der Glocke wurde evakuiert mit Hilfe einer Gruppe von Pumpen 12 üblicher Bauart, das hcil.lt zuerst eine Drehkolbenpumpe und dann eine öldiffusionspumpe. Sobald der Restdruck in der Kammer 10-⁴ Torr betrug, wurde ohne Unterbrechung des Pumpens die Heizung eingeschaltet. Die Temperatur eier Baugruppe wurde in 0,5 h auf 1000"C gebracht und 0,5 h bei dieser Temperatur gehalten; darauf ließ man auf Raumtemperatur abkühlen. Die Temperatur des Nauiumfluorids hatte maximal 1000°C betragen.

Nach öffnen des Ofens stellte man fest, daß die kreuzweise angeordneten Kammleisten entlang ihrer gesamten oberen Fläche vollständig verlötet waren und daß das Lot alle /.wischen den ineinandergestcckten Zuschnitten vorhandenen Zwischenräume ausgefüllt hatte, ohne sich merklich über deren Flüche /u vorteilen und ohne unter die Kreu/.anordnung /u laufen. Die Oberflächen der Baugruppe gliln/.ten stuck, und clic leichten Fetlspuren oder Fingerabdrucke, die vor dem Löten vorhanden waren, waren verschwunden. Die Dimension halle sich nicht merklich verändert. Korrosionsverstiche in Dampf bei 4()()"C unter einem Druck von 105 kg/cm' ließen nach 750 h keinerlei Korrosion«,· stellen erscheinen. Dies zeigt deutlich, dall die llalogenverbindtmg die Baugruppe nicht konumiiniirt hat. Versuche im Sal/.nebel lieferten gleichartige Ergebnisse.

Die Bestimmung tier mechanischen Eigenschaften derartiger Baugruppen ergab allgemein bessere Werte als bei auf bekannte Weise gelöteten.

Zum Vergleich wurde eine gleichartige kreuzweise Anordnung von Kammlcistcn einmal unter erfindungsgemäßen Bedingungen und zum anderen unter bekannten Bedingungen gelötet. In der nachfolgenden Tabelle sind die verschiedenen Bedingungen einander gegenübergestellt.

	Stand der Technik	trfindungsgemäß	Evakuieren 30 min
Vor-	Entfetten mit Tri	keine Oberflächen	Aufheizen auf
be-	chlorethylen, Ab	vorbehandlung	1005°C in 30 min,
hand-	beizen mit Flußsäure/		Halten bei 1005" C
lung	Salpetersäure, elek		30 min, Abkühlen
	trolytisches Abbeizen,		120 min
	Vernickeln in einem
	Bad nach Wood,
	Vernickeln in einem
	Bad nach Watts,		3 h 30 min
	Auftrag: 12—15 μπι
	Nickel
Löten	Zusammenbau der Zuschnitte
	Evakuieren 30 min
	Einfuhr von Wasser
	stoff, langsamer
	Temperaturanstieg
	auf 10050C mit Ent
	gasungsstufe 3 h,
	Halten bei 1005°C
	2 h
	Abkühlen 2 h
Ge	7 h 30 min
samtzeit
für das
Löten

Die Gegenüberstellung zeigt, daß bei dem erfindungs

gemäßen Verfahren alle Vorbehandlungen der Werkstücke vor dem Löten, vor allem das schwierige Vernickeln sowie alle vorausgehenden Oberflächenbehandlungen entfallen. Das erfindungsgemäße Verfahret ermöglicht weiterhin einen sehr schnellen Temperatur

.(s anstieg, während beim bekannten Verfahren die Temperatur langsam erhöht werden muß, damit man cii Ablösen der Nickelschicht verhindert. Schließlich mul. bei der Arbeitsweise nach dem Stand der Technik nael dem Erhitzen im Vakuum eine Wasscrsloffatmosphlln

m> wühlend des Lölvorgangs erzeugt werden, wodurcl noch eine zusätzliche Komplikation eintritt.

Das erfindungsgcmilße Verfahren führl zu bessere QuitliUll bei sehr einfacher, schneller und wirtschaft eher Arbeitsweise.

Unter gleichen Arbeitsbedingungen in gleiche Atmosphäre mit dem gleichen Lot lassen siel ausgezeichnete Ergebnisse bei rostfreiem Stahl, Molyb dän und obiger Nickel-Chrom Legierung erreichen.

Ueispiel

Eine gleiche Baugruppe wie in Beispiel I wurde unter Verwendung der gleichen Auftnigslegierung gelötet, jedoch in Gegenwart von Chromtrichlurid anstelle von Niiti'iuml'liioiid. Es zeigte sich, dal.' bei sonst gleichen Bedingungen this C'hromsal/. in einem Bereich der Ofcnkammer angeordnet werden mußte, dessen Teil' peratur um etwa U)O¹¹C* tinier der Temperaiur dr Baugruppe beim Loten blieb, damit das Salz nichi / schnell verdampfte. IInier diesen Dediupungcn wurde sehr gute Ergebnisse erzielt.

Beispiel J

Die Baugruppe des Beispiels I wurde mit dem dortigen Lot, jedoch in Gegenwart von Natriumbromid als Quelle für das halogcnhaltige Gas verbunden. Dieses Salz wurde in einem Beieich der Ofenkammer angeordnet, dessen Temperatur um etwa 200 C unter der Temperatur der Baugruppe blieb. Unter diesen Bedingungen wurden sehr gute Ergebnisse erzielt.

Beispiel 4

Tantal ist ein Werkstoff, der mit Sorgfalt gelötet werden muß, damit sich an den zu fügenden, gebeizten Flächen keine Oxide, Nitride, Hydride und/oder Carbide bilden. Bei den üblichen Lötverfahren muß wegen dieser Reaktionsfreudigkeit im Ofen ein sehr hohes Vakuum eingehalten oder in einer Schutzgasatmosphäre aus sehr reinem Argon oder Helium gearbeitet werden.

Die zu fügenden Flächen mußten bisher vor dem Löten sehr sorgfältig gereinigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wurde nun auf rohe Tantalwalzbiechc ohne vorausgehende Oberflächenbehandlung angewandt. Als Lot diente eine binäre Goldlegierung, die 27% Nickel enthielt; Fp etwa 1020"C. Die zu verbindenden 2 mm dicken Plättchen wurden in Form eines umgekehrten T angeordnet, also das eine horizontal und das andere vertikal. Der Lötdraht kam auf die Bcrührungslinie. Die halogenhaltige Schutzatmosphärc wurde mit Hilfe von Chromirifluorid, angeordnet wie in Beispiel 1, erzeugt.

Nach dem Einbringen in die Ofenkammer wurde zunächst ein Vakuum von 10 ⁴ Torr erzeugt, darauf die Heizung eingestellt, um die Plättchen und das Fluorid auf 1100⁰C aufzuheizen. Nachdem das ganze 10 min bei der Löttemperatur gehalten worden war, ließ man abkühlen.

Die Untersuchung der Lötstelle zeigte, daß die Auftragslcgicrung über die gesamte Länge und Breite der Stoßlinie gedrungen war ohne Gaslaschen. Das gelötete Teil hatte zudem sein metallisch glänzendes Aussehen erhalten.

Beispiel 5

Molybdän ist wie Tantal ein warmfester Werkstoff, der mit Hilfe der üblichen Verfahren gelötet werden kann, wenn man in besonders strenger Weise auf die Reinheit des Werkstoffes und der Lötatmosphäre achtet, was ein weitgehendes Beizen und Hochvakuum wahrend der Vcrwcil/.cit bei hoher Temperatur erforderlich machte.

Für Molybdän eignen sich verschiedene I .öle. Sollen die gelöteten Werkstücke hohen Temperaturen wider stehen, so verwendet mau Lote mif der Basis von Gold wie nach Beispiel 4 oder auf der Basis von Nicke! wie nach Beispiel I. Man kann auch Auftrugslegicrungen mif der Basis von Silber einsetzen. Die in diesem Beispie! verwendete ternäre Auflrugslegicrung enthielt .10% Kupfer, 1% Palladium und Rest Silber I Ucgleilsloffe, Ip. -HTf)¹¹C.

Gelötet wurden I,Γ» mm dicke Plilltchen aus Molybdän-Wul/blech, ungeordnet mich Beispiel 4. Ein l.öulruht wurde an die Vcrbitulungsslelle gebracht. Die hnlogcnhultigc Schulzulmosphärc wurde mit Hilfe von Kiilitimfliiorid erzeugt, das in der Nähe der zu lötenden Teile(I'ig. J)ungeordnet war.

Nach Erreichen eines Vakuums von etwa 10 ⁴ Torr wurde die Heizung eingeschulte! und Plättchen und lluorid in elwa 10 min auf IWC gebruchl, Die Löltempcralur wurde .30 min beibehalten und dann abgekühlt.

Die Untersuchung zeigte, daß das Lot vollständig entlang der gesamten Verbindungsstelle eingedrungen s und alle Zwischenräume ausgefüllt hat. Die verlöteten Bleche zeigten ein metallisch glänzendes Aussehen.

Beispiel b

In diesem Beispiel wurde der Einfluß des Rostdruckes

ίο untersucht. Hierzu wurde in einem weiteren Versuch der gleiche Grundwerkstoff wie in Beispiel 1 mit dem gleichen Lot in Gegenwart von Natriumfluorid als Halogenquellc verbunden. Versuchsanordnung, Ofen und Lötbedingungen entsprachen Beispiel 1 (Fig. 1, 2 und 3).

Nach Aufsetzen der Glocke wurde evakuiert bis zu einem Restdruck von 10-⁵ Torr bei 200⁰C. Darauf wurde bis auf Atmosphärendruck Argon (Reinheit > 99,995%) eingeführt, erneut evakuiert und bei einem Restdruck von 10~² Torr ohne Unterbrechung des Pumpens die Heizung eingeschaltet. Die Temperatur wurde in 0,5 h auf 1010⁰C gebracht und etwa 0,5 h auf dieser Höhe gehalten; anschließend wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, jedoch noch immer das Vakuum

2.S gehalten. Es muß bemerkt werden, daß während des Temperaturanstieges der Restdruck erheblich über 10~² Torr anstieg, jedoch stets unterhalb 10-' Torr blieb.

Das Lot war einwandfrei ohne Gastaschen entlang der Verbindungsstelle verlaufen, aber das gelötete Werkstück war nicht hell glänzend, sondern stumpf grau, was eine Verunreinigung der Metalloberfläche anzeigte.

Beispiel 7

is Es wurde Beispiel 6 abgewandeil mit der Nickellegierung aus Beispiel 1 unter sonst gleichen Bedingungen. Nach einem vorausgehenden Entgasen unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 6, el. h. nach Erreichen eines Restdruckes von 10 ■^s Torr bei einer Temperatur von etwa 200°C, wurde die Kammer mit Argon gefüllt und auf 1 Torr evakuiert. Darauf wurde das Ventil zwischen Pumpe und Ofenkammer geschlossen, die Heizung eingeschaltet und die Temperatur von 1010"C in gleicher Weise wie in Beispiel 6 eingehalten,

•is wo der Maximaldruck 5 Torr erreichte. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur sank der Druck im wesentlichen auf den Anfangswert von 1 Torr.

Das Lot war nur teilweise in die Zwischenräume eingedrungen und somit lag keine einwandfreie Lötung

so vor. Die Werkstücke zeigten ein gleichförmig slump! graues Aussehen, das wie in Beispiel (1, jedoch in noch stärkerer Form von einer Obeiflächcnkonlaminicrunt! herrührte.

Die Beispiele b und 7 /eigen, daß es sehr wichtig ist

\s beim erfindungsgcnilUkn Verfuhren einen sehr gerin gen Hcsldruek einzuhalten. Zwur lassen sich, wit Beispiel (1 zeigt, befriedigende Ergebnisse bereits lic einem Resldruck von etwa 10 ' Torr erreichen; «.lic Beispiele I bis ^r> /eigen aber deutlich, duß die bester

(«ο Ergebnisse erhalten weiden, wenn das Löten tintei Restdrückeii im Bereich von 10 ■< bis 10 ^r' Ton vorgenommen wird. Mim muß anmerken, daß diese Drücke mil Hilfe von Druckmessern bestimmt wurden die in einem kalten Bereich der Kummer, häufig in dei

(>.s Nähe des Anschlusses /ur (.'^!diffusionspumpe, ungeordnet waren.

Die von diesen Druckmessern gelieferten Werk liegen infolgedessen etwas unter den Drücken, die in dei

709 036/330

ίο

heißen Zone unmittelbar in der Nähe tier /u verlötenden Teile herrschen. Die Halogenverbindungen nämlich, deren Dämpfe in die heiße Zone aufsteigen, besitzen meistens sehr geringe Dampfdrücke bei Raumtemperatur: dies führt dazu, daß diese Dämpfe kondensieren, s bevor sie die kalten Zonen oder Bereiche erreichen, in denen die Manometer angeschlossen sind.

Hs handelt sich hierbei um dem Fachmann geläufige Erscheinungen, aus denen sich eine unvermeidbare Ungenauigkeit bei der Messung von Restdrücken ergibt. \o Dies bedeutet, daß — obwohl die besten Lötergebnisse entsprechend den Beispielen 1 bis 5 bei Restdrücken in der Größenordnung von IO~⁴ Torr oder darunter erreicht werden — das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlich auch mit besten Ergebnissen bei Restdrücken durchgeführt werden kann, die über i0~⁴ Torr liegen und bis zu 10~² Torr oder etwas mehr betragen können.

Bei bestimmten relativ einfachen Lötungen kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei noch höheren Drücken angewandt werden, die jedoch nicht wesentlich über I Torr hinausgehen sollten. Es lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens auch nichtmetallische Werkstoffe wie Carbide, Boride, Metalloxide oder Graphit verbinden. In allen diesen Fällen wird ein sehr wirksames Benetzen der Werkstücke mit dem Lot erreicht und infolgedessen ein gelötetes Bauteil erhalten, das unter optimalen Bedingungen physikalische oder chemische Beanspruchungen übersteht.

Die erfindungsgemäß gelöteten Bauteile zeichnen sich besonders durch vollkommene Dichtigkeit aus, weil das Auftragsmetall bzw. die Auftragsiegierung alle Fugen und Zwischenräume ausfüllt.

FIs lassen sich weiterhin nichtmetallische Werkstoffe mit den obengenannten Loten verbinden. Dies ist nach den bekannten Verfahren häufig sehr schwierig und wird durch das erfindungsgemäße Verfahren sehr erleichtert.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich weiterhin zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, beispielsweise solchen mit einer dünnen zellenförmigen Mittelschicht, häufig in Waffel- oder Wabenmuster, zwischen zwei stärkeren Außenschichten. Derartige Verbundwerkstoffe werden vor allem im Bereich der Raumfahrttechnik angewendet und erfordern Lötvorgänge, die mit Hilfe der üblichen Verfahren schwer durchzuführen sind.

Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren auch solche Legierungen zu verlöten, die auf pulvermetallurgischem Wege aus Metallpulvern, -granulaten oder -teilchen erhalten worden sind, oder von Legierungen, die mit dispergiertcn Phasen oder mit Fasern verstärkt sind und zwar untereinander oder mit Hartmetallen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Löten von metallischen, nicht metallischen oder teilweise metallischen Bauteilen s unter vermindertem Druck ohne Flußmittel und mit Hilfe eines Auftragswerkstoffes, dessen Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes des am leichtesten schmelzbaren Bauteiles liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bauteile sowie ι ο den Auftragswerkstoff auf zumindest die Schmelztemperatur des Auftragswerkstoffes bringt und eine Restatmosphäre von unterhalb I Torr bei Löttemperatur enthallend ein oder mehrere Halogen(e) im freien oder gebundenen Zustand aufrechterhält. ι s

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Restdruck bei der Löttemperatur unterhalb 10^² Torr liegt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Halogenver- :o bindung Ammoniumfluorid, Ammonium hydrogenfluorid, Fluoride von Na, K, Li, Ca, Be, Mg, Zn, Cd, Ai, Ni. Fe, Co. Cr, Mn, Mo, Ti, Zr, Hf, S, Ammonium-, Natrium-, Kalium- und Liiliiumfluoroaluminate oder Kryolith verwendet. >j