DE3146043A1

DE3146043A1 - "brillengestell"

Info

Publication number: DE3146043A1
Application number: DE19813146043
Authority: DE
Inventors: Masaru Ichikawa; Takuji Yokohama Kanagawa Kinoshita; Kenichi Chiba Yaguchi
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1980-11-22
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1982-06-16
Also published as: US4494831A; FR2494859A1; JPS5788424A

Description

3 HSO A

Beschreibung Brillengestell

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Brillengestell, das aus Titan oder Titanlegierungen hergestellt ist.

Brillengestelle, die aus Titan oder Titanlegierungen hergestellt sind, sind bereits bekannt. Beispielsweise ist das aus der JA-OS 34 743/1976 bekannte Brillengestell aus Titan oder Titanlegierungen hergestellt.

Titan oder Titanlegierungen haben geringes Gewicht und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, sie sind deshalb als Material für Brillengestelle geeignet. Brillengestelle haben aber für einen Guß komplizierte Formen und der Schmelzpunkt von Titan liegt bis zu etwa 1700 ⁰C hoch; es ist daher sehr schwierig, Brillengestelle, insbesondere das Vordergestell durch Vergießen von Titan herzustellen. Wenn demgemäß ein Brillengestell aus Ti-

tan oder Titanlegierungen hergestellt werden soll, dann müssen zunächst die einzelnen Teile wie Glaseinfassungen, Stege, Blockscharniere, Endstücke, Verbinder etc. aus Titan oder Titanlegierungen getrennt hergestellt und dann miteinander hartverlötet werden.

Die vorstehend erwähnte JA-OS 34 743/1976 erwähnt zwar nichts über dieses Hartlöten. Es werden aber allgemein Hartlotfüllmetallmaterial (brazing filler metal material) wie Silber, Silberhartlotfüllmetall, Nickelhartlotfüllmetall oder handelsüblich erhältliches Hartlotfüllmetallmaterial für Titan benutzt, und zwar für eine Hartverlötung von Titan oder Titanlegierungen mit Titan oder Titanlegierungen oder von Titan oder Titanlegierungen mit anderen Metallen.

Äußere Kräfte, wie Biege- oder Torsionskräfte wirken auf den hartverlöteten Teil eines Brillengestelles jedesmal ein, wenn die Brille auf- oder abgesetzt wird. Die Lötstelle muß deshalb ausreichend fest sein, um diesen Belastungen widerstehen zu können. Wenn das Silberhartlotfüllmetall nach der japanischen Industrienorm (JIN) Z3261, die AWS 5.8 - 69 entspricht, oder das Nickelhartlotfüllmetall nach JIN Z3265, die AWS A5.8 - 69 entspricht, zum Hartlöten von Titan oder Titanlegierungen

verwendet wird, dann reagiert das in diesen Materialien enthaltene Kupfer oder Nickel mit Titan bei Hartlötungstemperaturen unter Bildung einer spröden Verbindung. Bei Einwirkung äußerer Kräfte auf den gelöteten Teil besteht die Tendenz, daß die gelötete Oberfläche von jener Verbindung abplatzt, die zwischen dem Titanteil und dem Hartlotfüllmetallmaterial liegt. Auch die handelsüblich erhältlichen Hartlotfüllmetallmaterialien für Titan neigen zu einem Abplatzen an der gelöteten Oberfläche bei Einwirkung äußerer Kräfte.

Demgemäß sind Silberhartlotfüllmetall, Nickelhartlotfüllmetall und handelsübliche Hartlotfüllmetallmaterialien für Titan nicht frei von Nachteilen bei der Herstellung von Hartlotverbindungen zwischen Titanteilen von Brillengestellen.

Wenn andererseits reines Silber als Hartlotfüllmetallmaterial benutzt wird, bildet sich keine spröde Verbindung und die Festigkeit des gelöteten Teils ist an sich ausreichend. Aber hierbei wird die gelötete Oberfläche der Titanteile aktiviert, und bei aktiviertem Titan und Silber wirkt das Titan als starke Base bei der gegebenen lonisationstendenz. Bei Einwirkung eines Elektrolyten, typischerweise am Brillengestell haftender Schweiß oder

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Meereswasser, entsteht daher ein örtliches galvanisches Titan/Silber-Element, und die freiliegenden Titanteile beginnen bei der an Silber angrenzenden Fläche zu korrodieren und es tritt alsbald ein Abplatzen der gelöteten Oberfläche auf. Demgemäß ist ein Hartlöten mit Silber nicht frei von Nachteilen.

Darüberhinaus hat Silber einen hohen Schmelzpunkt, es besteht daher die Gefahr einer unerwünschten Verformung dünner Teile, wie die eines Brillengestells,; während der Hartlötung· Tritt eine solche Verformung auf, dann erfordert es viel Zeit, die verformten Teile wieder zu richten. Hartlöten mit reinem Silber treibt daher auch aus diesem Grund die Produktionskosten für Brillen hoch.

Aus den angegebenen Gründen eignet sich das allgemein bekannte Silberhartlotfüllmetall, Nickelhartlotfüllmetall, handelsüblich erhältliche Hartlotfüllmetallmaterialien für Titan und reines Silber nicht zum Hartverlöten von Brillengestellteilen, die aus Titan oder Titanlegierungen hergestellt sind.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Verbesserung des Hartlotfüllmetallmaterials, wie dieses benutzt wird bei

der Herstellung eines Brillengestells aus Titan oder Titanlegierungen mit wenigstens einer Hartlötstelle zwischen zwei Teilen aus Titan oder Titanlegierungen oder zwischen einem Teil aus Titan oder Titanlegierungen und einem Teil aus einem anderen Metall. Mit anderen Worten ist es Aufgabe der Erfindung, ein aus Titan oder Titanlegierungen hergestelltes Brillengestell bereitzustellen, das ausreichende Festigkeit auch bei Einwirkung äußerer Kräfte, z. B. Biege- oder Torsionskräfte, oder bei haftendem Schweiß oder Seewasser besitzt und das infolge eines niedrigeren Schmelzpunktes des Hartlotfüllmetallmaterials mit größerer Produktivität hergestellt werden kann.

Im Rahmen von der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen wurde gefunden, daß sich eine Silber-Zink-Legierung der nachstehend im einzelnen beschriebenen Zusammensetzung am besten als Lotmaterial bei der Herstellung Brillengestellen aus Titan oder Titanlegierungen eignet.

Demgemäß geht die Erfindung aus von einem Brillengestell aus Titan oder Titanlegierungen, mit wenigstens einer Hartlötstelle zwischen zwei Teilen aus Titan oder Titanlegierungen oder zwischen einem Teil aus Titan oder

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Titanlegierungen und einem Teil aus einem anderen Metall, und die Erfindung besteht darin, daß zum Hartlöten eine Süber-Zink-Legierung mit 70 bis 95 Gew.-% Silber und 5 bis 30 Gew.-% Zink vorgesehen ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung der Potentialdifferenz zwischen einer Calomel-Elektrode und einer Silber-Zink-Legierung,

Fig. 2 eine Schrägansicht eines Brillengestells entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 3 und 4 eine vergrößerte Teilansicht bzw. Schnittansicht der Teile A bzw. B des Brillengestells nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt das Meßergebnis für das Potential einer Legierung aus reinem Silber und Zink gegen eine Calomel-Elektrode in 3 %igem üblichem Salzwasser. Man sieht, daß die Potentialdifferenz mit zunehmendem Zinkanteil größer

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wird. 100 % Zink hat eine Potentialdifferenz von -1,0 Volt, die annähernd gleich der Potentialdifferenz von aktiviertem Titan ist. Demgemäß ist es durch einen Zusatz von Zink zu reinem Silber möglich, die Bildung eines lokalen galvanischen Elementes an der hartgelöteten Oberfläche zwischen einem Titanteil und einem Hartlotfüllmetallmaterial zu unterdrücken und ein Hartlotfüllmetallmaterial zu erhalten, bei dem Korrosion als Folge einer Elektrolyteinwirkung unterdrückt ist. Weiterhin hat diese Silber-Zinklegierung gutes Haftungsvermögen an Titan und reagiert auch nicht mit Titan unter Bildung einer fragilen, spröden Substanz.

Im Rahmen von der Erfindung vorausgegangenen Versuchen wurde das Verhalten verschiedener Hartlotfüllmetallmaterialien wie folgt untersucht und verglichen.

(1) Prüfstabherstellung:

Zunächst wurden 2 mm starke Drähte aus zwei handelsüblich erhältlichen, geglühten, reinen Titanmaterialien mit ihren Stirnflächen gegeneinandergehalten und an der Stoßstelle jeweils unter Verwendung des in der nachstehenden Tabelle 1 angegebenen Hartlotfüllmetallmaterials hartgelötet. Die Hartlötung erfolgte mit Hilfe

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einer Hochfrequenzinduktionserhitzung in Argongasatmosphäre. Nach dem Hartlöten wurde zum Erhalt des Prüfstabes der gelötete Teil auf einen Außendurchmesser gleich dem des reinen Titandrahtes abgeschliffen. Je zwei Prüfstäbe wurden mit dem selben Hartlotfüllmaterial hergestellt. Einer der beiden Prüfstäbe wurde direkt einem Biegetest unterzogen, und der andere zunächst einem Korrosionstest und dann einem Biegetest.

(2) Biegetest:

Entsprechend dem Metallmaterialbiegetestverfahren nach JIN Z 2204 (entspricht ASTM El6-64) wurde ein Biegetest ausgeführt unter Verwendung einer Staucheinspannung (push fitting) mit einer Entfernung zwischen den Lagerstellen von 50 mm, wobei die Eindrücktiefe bis zum Abplatzen (indentation depth until peel-off) der gelöteten Fläche gemessen wurde.

Je größer der Meßwert, desto größer ist die Festigkeit der Lötstelle.

(3) Korrosionstest:

Dieser Test wurde 16 Stunden lang auf der Basis des

Kupferacetatsalzspray-Tests (CASS-Test) nach JIN H8617 C= ASTM B368-68) durchgeführt.

Tabelle 1

Hartlotfüllmetall· material

Biegetiefe (mm)

Direkt nach nach CASS-Lötung Test

Ag	>20	0
Silber-Hartlot füllmetall BAg3 *T)	8	0
Silber-Hartlot füllmaterial BPdI *2)	8	5
Handelsübliches Hartlotfüllme tallmaterial für Titan *3)	15	10
*4J	15	10
Silber-Zink- mit 5 Gew.-% Zn Legierung	>20	10
" mit 10 Gew.-% Zn	>20	>20
¹¹ mit 20 Gew.-% Zn	>20	>20
" mit 25 Gew.-% Zn	>20	' >20
" mit 30 Gew.-% Zn	>20	>20

*1) 51 % Ag - 15 % Cu - 15 % Zn - 16 % Cd 3 % Ni (Gew.-%)

*2) 68 % Ag - 27 % Cu - 5 % Pd (Gew.-%) *3) 82 % Ag - 9 % Pd - 9 % Ga (Gew.-%) *4) 15 % Cu - 15 % Ni - 70 % Ti (Gew.-%).

Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, hat eine Reinsilber-Lötstelle zwar große Biegefestigkeit direkt nach der Lotung, aber wenn diese Lötstelle einem CASS-Test unterworfen wird, entsteht ein Abplatzen bei der Lötfläche bereits vor Durchführung eines Biegetestes; denn sobald durch die Stauchfassung eine Kraft ausgeübt wurde, trat das Abplatzen auf. Einige andere Lotmaterialien, z. B. Silberlot und handelsüblich erhältliche Lote für Titan sind direkt nail Lötung von guter Pestigkeit, aber nach Durchführung eines CASS-Tests verringert sich die Festigkeit solcher Lötstellen auf einen Wert, der für ein Brillengestell nicht mehr ausreichend ist. Materialien, die Silber und 10 oder mehr Gew.-% Zink enthalten, werden in ihrer Biegefestigkeit auch nach Durchführung eines CASS-Tests überhaupt nicht schlechter und eignen sich als Lotmaterial für Brillengestelle. Nachstehend sei das Ergebnis eines Versuchs zur Prüfung der praktischen Dauerhaftigkeit von Brillengestellen beschrieben..

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Das in Fig. 2 bis 4 dargestellte Brillengestell ist aus Titahteilen aufgebaut. Wie dargestellt ist das Brillengestell hergestellt durch Anlöten von Nasenstützen-Armen 2, 2', eines Steges 3 und von Blockverbindern 4, 4' (siehe Fig. 4) an die Brillenglaseinfassungen 1, 1¹, sowie von Scharnieren 7, 7' an Bügel 6, 6' und Endstücke 5, 5' - letztere auch an die Blockverbinder 4, 4¹. Die Hartlötung erfolgte durch elektrisches Widerstandsheizen unter Argon. Es wurden drei Brillengestelltypen hergestellt unter Verwendung einer Silber-Zink-Legierung (Ag-2OZn), von Silber-Hartlotfüllmetall (BAg3) und eines handelsüblichen Hartlotfüllmetallmaterials für Titan (*3). Diese Brillengestelle wurden einem CASS-Test wie vorstehend beschrieben unterworfen, und danach einem Dauerhaftigkeitstest. Der Dauerhaftigkeitstest wurde auf zweierlei Weise ausgeführt, nämlich

(1) wiederholtes Biegen um 120° an der Lötstelle zwischen den Nasenstützen-Armen 2, 2¹ und den Brillenglaseinfassungen 1, 1' und

(2) Aufweiten der voll aufgeklappten Bügel durch dort angreifende Kräfte um weitere 80 mm, wobei sich die Kraftangriffspunkte in 100 mm Entfernung von den Nasenstützen-Armen an den Bügeln in Richtung Ohr befanden. Beim Nasenstützen-Armbiegetest zeigte die Lötstelle

aus Ag-20Zn selbst nach fünfmaligem Biegen keine Abnormalität, während die BAg3-Lötstelle beim erstmaligen Biegen und die Lötstelle mit handelsüblichem Hartlotfüllmetallmaterial für Titan (*3) nach dem zweiten Male brachen. Dieses zeigt, daß Lötstellen mit BAg3 und mit kommerziell erhältlichem Hartlotfüllmetallmaterial für Titan (*3) die für ein Brillengestell erforderliche Festigkeit als Folge eines Korrosionsfortschrittes durch Schweiß oder dergleichen nicht erbringen können, während andererseits eine Ag-20Zn-Lötstelle die für ein Brillengestell in der Praxis erforderliche Festigkeit ausreichend beibehält.

Auch beim zweiten Test, dem Bügelöffnungstest, zeigte das mit Ag-20Zn gelötete Brillengestell kein abnormes Verhalten selbst nach 5000-maligem wiederholtem öffnen der Bügel.

Der Schmelzpunkt von Silber beträgt 960,5 ⁰C. Er verringert sich auf etwa 840 ⁰C bei einem Zusatz von 10 % Zink, auf etwa 755 °C bei einem Zusatz von 20 % Zink und auf etwa 710 ⁰C bei einem Zusatz von 30 % Zink. Demgemäß tritt bei Verwendung von Süber-Zink-Legierungen als Hartlotfüllmetallmaterial keine Deformation an den

Teilen eines Brillengestells als Folge einer Wärmeeinwirkung während des Lötvorganges auf, und die Verarbeitbarkeit wird besser, wodurch sich die Produktivität erhöht. Des weiteren liegt der Schmelzpunkt der für die Scharniere oder dergleichen benutzten Nickel-Silber-Legierungen bei 1100 ⁰C oder darüber; es ist daher vorteilhaft, daß die Temperatur, bei der Nickelsilber an Titan angelötet wird, auf einen niedrigeren Wert durch Verwendung des Silber-Zink-Lotes herabgesetzt werden kann. Weiterhin haben die Silberzinklegierungen geringere Wärmeleitfähigkeit als Silber, wenn daher das Lot in Drahtform vorliegt und Lötung mit sogenannter Stirnflächenzufuhr (face-fed brazing), dann kann nie Wärme aus dem erhitzten Teil entweichen, um das Aufschmelzen des Lotes zu behindern.

Wenn der Zinkanteil im Silber kleiner als 5 % gemacht wird, dann wird die Potentialdifferenz gegen aktiviertes Titan verringert, wodurch sich der Effekt einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit ebenfalls verringert. Wenn der Zinkanteil 30 % übersteigt, dann wird die plastische Verformbarkeit schlecht, das Herstellen dünner, beispielsweise 0,2 mm dicker Drähte oder

dünner Folien als Hartlotfüllmetallraaterial für ein Brillengestell wird behindert. Demgemäß werden Silberzinklegierungen mit einem Zinkgehalt von 5 bis 30 % als Hartlotfüllmetallmaterial zum Verlöten von Teilen eines Brillengestells aus Titan oder Titanlegierungen bevorzugt.

Die vorliegenden Silberzinklegierungen können beabsichtigte kleine Zusätze von anderen Metallen wie Kupfer, Nickel, Titan oder dergleichen enthalten, ebenso Verunreinigungen, die keinen schädlichen Einfluß auf die Eigenschaften des Hartlotfüllmetallmaterials haben. Insbesondere ist ein Zusatz von 0,5 bis 5 Gew.-% Kupfer bevorzugt, da hierdurch die Festigkeit des Hartlotfüllmetallmaterials selber verbessert wird.

Demgemäß ist eine Silberzinklegierung mit der folgenden Zusammensetzung noch bevorzugter.

Silber 70 bis 95 Gew.-%

Zink 5 bis 30 Gew.-%

insbesondere 10 bis 30 Gew.-%

Kupfer 0,5 bis· 5 Gew.-%.

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Wenn also, wie beschrieben, Teile aus Titan oder Titanlegierungen, beispielsweise Ti-6A1-4V oder Ti-3A1-2,5V, miteinander oder mit Teilen aus einem anderen Metall, beispielsweise aus Nickelsilber, rostfreiem Stahl oder Messing verlötet werden, und zwar unter Verwendung der angegebenen Silberzinklegierungen als das Hartlotfüllmetallmaterial, dann erhält man ein Titanbrillengestell mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bei guter Produktivität.

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Leerseite

Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HOFFMANN

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Nippon Kogaku K. K.

Tokyo, Japan Case

Patentansprüche

ii Brillengestell aus Titan oder Titanlegierungen, mit

- wenigstens einer Hartlötstelle zwischen zwei Teilen aus Titan oder Titanlegierungen oder zwischen einem Teil aus Titan oder Titanlegierungen und einem Teil aus einem anderen Metall,

dadurch gekennzeichnet , daß

- zum Hartlöten eine Silber-Zink-Legierung mit 70 bis 95 Gew.-% Silber und 5 bis 30 Gew.-% Zink als Hartlotfüllmetallmaterial vorgesehen ist.
2. Brillengestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Silberlegierung 70 bis 90 Gew.-% Silber und bis 30 Gew.-% Zink enthält.

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer, nat. · E. Hoffmann Dlpl.-Ing. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. ■ P. Bergen Prof. Dr. jur,Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anvv.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-lng.
3. Brillengestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Silber-Zink-Legierung 70 bis 95 Gew.-% Silber, 5 bis 30 Gew.-% Zink und 0,5 bis 5 Gew.-% Kupfer enthält.