DE2813166C3 - Verfahren zum Hartlöten von einem schnelloxydierenden Metall mit einem anderen Metall - Google Patents
Verfahren zum Hartlöten von einem schnelloxydierenden Metall mit einem anderen MetallInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hartlötverbindungen von schnelloxydierenden Metallen, wie z. B. Titan, Chrom oder Zirkon oder deren
Legierungen sind problematisch sowohl hinsichtlich der anzuwendenden Lötverfahren als auch einer Versprödung
der Lötstelle. Beispielsweise sind für Lötungen von Titan eine Vielzahl von Hartloten mit und ohne
Flußmittel bekannt, wobei die erforderlichen Löttemperaturen bis zu 900°C betragen. Einwandfreie Lötungen
an Titan konnten in der Regel nur im Hochvakuum ausgeführt werden, weil auf Titan und seinen Legierungen
eine sehr stabile Titanoxydschicht vorhanden ist, die sich auch nach Abbeizen, Abstrahlen oder Abätzen in
der üblichen Sauerstoff-Atmosphäre sofort wieder bildet. Diese Titanoxydschicht verhindert beim Lötvofgang
das vollständige Benetzen der Titanoberfläche und damit eine gute Lötverbindung.
Ein durch die DE-OS 23 29 613 bereits bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art betrifft die
Hersttilung besonders haftfester Lötverbindungen von
Metallen der IV. bis VIl. Nebengruppe des periodischen Systems, insbesondere zum Löten von Titan, Zirkon und
deren Legierungen, wobei die Lötstellen der zu verbindenden Teile mit zur Mischkristallbildung mit
dem Unterlagemetall befähigten Metallen beschichtet werden. Bei diesem Verfahren erfolgt der Lötvorgang in
üblicher Art mit Hartlöten, Weichlöten oder Flußmitteln.
wobei in bekannter Weise die Lötverbindungen im Hochvakuum erforderlich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zum Hartlöten von schnelloxyd'erenden
Metallen mit anderen Metallen zu schaffen, mit dem einwandfreie, haftfeste Hartlötungen zuverlässig und
leicht reproduzierbar durchzuführen sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach dem kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens enthalten die Ansprüche 2 bis 7.
Der Vorteil des Verfahrens besteht insbesondere darin, daß auch mit üblichen Hartlötungen, also z. B.
ohne Vakuum, infolge des ständigen Schutzes des Metalls A durch die aufgebrachte Metallschicht fest
haftende, duktile Verbindungen erzielt werden. Das Aufbringen der die flüssige Lotphase mit dem Metall B
bildenden Metallschicht in einer Vakuumkammer durch Aufdampfen sowie das vorhergehende restlose Entfernen
der Oxydschicht mit dem Ionenätzen sind bekannte Verfahren. Dabei wird vorteilhaft zum Ionenätzen ein
Inertgas, z. B. Argongas, verwendet.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren diffundiert die auf das Metall A aufgetragene dünne Metallschicht
weitgehend in das Metall B und bildet mit letzterem die flüssige Lotphase. Es ist somit ein weiterer Vorteil des
Verfahren? gegenüber dem bekannten Verfahren nach der DE-OS 23 29 613, daß kein gesondertes Lot und
Flußmittel erforderlich sind. Die Metallschicht kann in ihrer Stärke so gewählt werden, daß sie fast völlig in das
Metall B eindiffundiert und nur ein geringer Rest aus dem Metall A zum Schutz bei der Lötung verbleibt.
Diesen Schutz erfüllt die Metallschicht bei dem Verfahren besonders gut, weil sie durch das Aufdampfen
in der Vakuumkammer eine feste kristalline Verbindung mit der Oberfläche des Metalls A eingegangen ist.
Mit Hilfe des Verfahrens wird somit erreicht, daß die Anreicherung intermetallischer Phasen in der Grenzfläche
zwischen dem Metall A und dem Metall B wesentlich gesenkt wird. Dieser Vorgang erhöht noch
die Verbindungsfestigkeit und Duktilität der Lötverbindung.
Bei der Erfindung werden zweckmäßig Werkstoffe für die Metallschicht und das Metall B verwendet, die
bei üblichen Löttemperaturen ein Eutektikum bilden. Bekanntlich ist ein Eutektikum von Metallen ein
feinkristallines Gemenge, welches diese Metalle in dem Verhältnis enthält, das den niedrigsten Schmelzpunkt
aller denkbaren Mischungen dieser Stoffe hat. Wenn die Hartlötung erfindungsgemäß bei der eutektischen
Temperatur der für die Metallschicht und das Metall B verwendeten Werkstoffe durchgeführt wird, erstarrt die
Lötschmelze einheitlich. Bei höheren Temperaturen herrscht hingegen ein solches Mischverhältnis der
kristallinen Bestandteile der Schmelze, daß beim Abkühlen zuerst einer der beiden Werkstoffe rein
ausscheidet, bis das Eutektikum erreicht ist. Durch diese Anreicherung eines der Metalle in der Grenzfläche der
Lötung würde diese an Festigkeit verlieren und die Sprödigkeit ansteigen.
Als Werkstoffe für die Metallschicht käme bei einer Verbindung von Titan mit Aluminium z. B. Kupfer in
Betracht, welches mit Aluminium bei 548° C eine eutektische Flüssigkeitsphase bildet. Wenn also diese
angeführten Werkstoffe bei einer Temperatur von etwa 548°C hartgelötet werden, bildet sich eine ideale
Lotphase und nach dem Erstarren eine in jeder Hinsicht einwandfreie Verbindung. Bei einer Verwendung von
Aluminium als Metall B kommen noch weitere Metalle als auf das Metall A aufzubringende Metallschicht in
Betracht. Bei der nachfolgenden beispielsweisen Auf-
zählung sind die Temperaturen für das jeweilige Eutektikum in Klammern gesetzt:
Magnesium (451°), Zink (424°), Germanium (382°), Silber (566°) und Silizium (575°).
Es ist mit dem erfindungsgemsßen Verfahren auch möglich, zwei schnelloxydierende Metalle (Metalle A)
miteinander zu verbinden. Dazu wird auf beide Metalle A die dünne Metallschicht aufgetragen und beim Löten
zwischen die Metalle A eine Folie vom Metall S eingelegt Beim Löten bildet die Folie aus Metall S, die
z. B. 0,04 mm Stärke aufweist, mit den beiden Metallschichten die flüssige Lotphase, welche eine innige
Verbindung der zu verbindenden Metalle A ermöglicht.
Claims (7)
1. Verfahren zum Hartloten von einem schnelloxydierenden,
eine stabile Oxydschicht bildenden Metall (Metall A% insbesondere von Titan und seinen
Legierungen, mit einem anderen Metall (Metall B), insbesondere Aluminium und seinen Legierungen,
bei dem vor dem Lötvorgang auf das Metall A nach vollständiger Entfernung der Oxydschicht eine
dünne Metallschicht aufgetragen wird, dadurch
gekennzeichnet, daß während des Hartlötens die dünne Metallschicht sowohl das Metall A vor
erneuter Oxydation schützt als auch durch ihre Diffusion in das Metall B zusammen mit diesem eine
flüssige Lotphase bildet, durch welche das Metall A mit dem Metall B verlötet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Metall A in einer Hochvakuum-Kammer
die nach einem Beizvorgang verbleibende Oxydschicht durch Ionenätzung abgetragen
und die Metallschicht in etwa 1 μηι Stärke
aufgedampft oder aufgestäubt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ionenätzen ein Inertgas, insbesondere
Argongas, verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötverbindung
einem nachträglichen Diffusionsglühen unterzogen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Metallschicht
und das Metal! B Werkstoffe verwendet werden, die bei üblichen Löttemperaturen eine eutektische
Flüssigphase bilden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartlöten im Bereich der
Schmelztemperatur des Eutektikums der für die Metallschicht und das Metall B verwendeten
Werkstoffe durchgeführt wird.
7. Verfahren zum Hartlöten von zwei schnell oxydierenden Metallen (Metalle A) miteinander
nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf beide Metalle A die dünne
Metallschicht aufgetragen und beim Löten zwischen die Metalle A eine FoHp von Metall Seingelegt wird.
Priority Applications (3)
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Publications (3)
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