DE3248023C1 - Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung - Google Patents

Description

• Durch die Verwendung eines Nickelbasislotes kann eine feste Verbindung des mehrfachbeschichteten Niobdrahtes mit dem Stahl der Einbetteinrichtung erreicht werden. Die Löslichkeit ermöglicht zwar eine hochwertige Verbindung zwischen dem Nickelbasislot und der nitridischen oder karbidischen Diffusionssperrschicht, ist aber zu gering, um diese durch Lösungsangriff abzutragen. Die Benetzung von Nitriden und Karbiden durch Nickellegierungen ist ausreichend, um das Lot in den Lötspalt zwischen dem beschichteten Niobdraht und der Bohrung der Einbetteinrichtung eindringen zu lassen.
• Die Figur zeigt ein mehrfach geätztes Schliffbild einer Niob-Edelstahl-Lötverbindung. Ein etwa dreieckförmiger Abschnitt im rechten unteren Bildfeld zeigt einen Teil eines Niobdrahtes 1, dessen Oberfläche mit einer durch Karbuierung erzeugten ersten Niob-Karbidschicht 2 abgeschlossen ist, auf die nach dem CVD-Verfahren eine erste Titannitridschicht 3 eine Titankarbidschicht 4 und eine zweite Titannitridschicht 5 abgeschieden sind.
• Ein anderer dreieckförmiger Abschnitt am linken oberen Bildrand zeigt einen Ausschnitt eines Edelstahlteiles 6, das durch ein Nickelbasislot (Nicrobraz 50) 7 einer Schmelztemperatur von ca. 9000C mit dem Niobdraht 1 verlötet ist.
• Die Diffusionssperrschicht ist also mehrlagig ausgebildet und besteht aus der ersten NbC-Schicht 2, der ersten TiN-Schicht 3, der zweiten NbC-Schicht 4 und der zweiten TiN-Schicht 5.
• - Leerseite - - Leerseite - - Leerseite-

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung zwischen einem der Metalle der vierten oder fünften Nebengruppe einerseits und einem der Eisenmetalle oder einer ein Eisenmetall enthaltenden Legierung andererseits, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Löten mindestens auf dem aus einem hochschmelzenden Metall oder einer hochschnmelzenden Legierung bestehenden Teil im Bereich des Lotes eine die Bildung einer intermetallischen Verbindung des hochschmelzenden Metalls und des Lotes ausschließlich enden, mindestens einlagigen Diffusionssperrschicht erzeugt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperrschicht durch Karburierung und/oder Nitrierung der Oberfläche erzeugt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionssperrschicht durch Abschneiden von Nitriden und/oder Karbiden der Metalle der vierten oder fünften Nebengruppe nach den CVD-Verfahren oder durch Abscheidung aus der Gasphase im elektrischen Feld erzeugt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst eine karbidische Grundschicht und dann mindestens eine nitridische Beschichtung aufgebracht wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die nitridische Beschichtung eine weitere karbidische und anschließend eine nitridische Schicht aufgebracht wird.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

   Voraussetzung für eine mechanische belastbare Lötverbindung ist eine gute Benetzung der zu verlötenden Oberflächen durch das Lot, weil nur dann das Lot in den Spalt zwischen den zu verlötenden Teilen eindringen kann. Voraussetzung für eine gute Benetzung ist, daß das flüssige Lot eine ausreichende Löslichkeit für die an der Lötverbindung beteiligten Werkstoffe aufweist und/ oder mit diesen eine Verbindung eingehen kann.

   Die Metalle der vierten und fünften Nebengruppe gehen mit den Eisenmetallen (Cr, Mo, Mn, Fe, Co, Ni) intermetallische Verbindungen von glasartiger Sprödigkeit ein. Daher bilden sich grobe Körner dieser Verbindungen aus, deren Ausdehnungs-Koeffizient sich deutlich von dem der Grundwerkstoffe unterscheidet, so daß das Gefüge nach dem Erkalten vielfach schon gelockert ist.

   Es ist bekannt, Titan- oder Niobteile mit titanhaltigen Loten zu verbinden. Die Schmelzpunkte dieser Lote liegen aber oberhalb von 15000°C und können deshalb nicht für Stähle verwendet werden.

   Die ebenfalls bekannten Nickellote sind deshalb nicht verwendbar, weil sie mit den Metallen der vierten und fünften Nebengruppe die oben genannten intermetallischen Verbindungen eingehen.

   Es ist auch bekannt (M. M. Schwartz, Metals Joing Manual, Mc Graw-Hill Book Campany, 1979, Seiten 9-46, 9-47) beim Verlöten von Titanlegierungen die Lötstelle so schnell abzukühlen, daß sich intermetallische Verbindungen nicht großflächig ausbreiten können. Derartige Lötverbindungen sind aber nur in deutlich unterhalb der Löttemperatur liegenden Betriebstemperaturen einsetzbar, weil nur dadurch eine nachträgliche Legierungsbildung ausgeschlossen ist.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, jedes der Metalle der vierten oder fünften Nebengruppe mit einem Eisenmetall oder einer ein Eisenmetall enthaltenden Legierung durch Löten zu verbinden.

   Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale gelöst.

   Dabei wird das hochschmelzende Metall mit einer festhaftenden Diffusionssperrschicht überzogen. Das Material der Diffusionssperrschicht ist so ausgewählt, daß während des Lötvorganges Materialänderungen ausgeschlossen sind, und daß eine ausreichende Temperaturstabilität und Benetzbarkeit für Nickelbasislote sichergestellt ist. Damit die Diffusionssperrschicht keine neuen Materialprobleme verursacht, muß deren Dicke so klein wie möglich gehalten werden. Die Korrosionsbeständigkeiten der Diffusionssperrschicht und des Lotes sollen etwa derjenigen der zu verlötenden Metalle entsprechen.

   Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß Metalle der vierten oder fünften Nebengruppe mit einem der Eisenmetalle durch Löten verbunden werden, ohne daß die Festigkeit der Lötstelle durch intermetallische Verbindungen herabgesetzt wird.

   Das in den kennzeichnenden Merkmalen eines oder mehrer der Ansprüche 1 bis 5 beschriebene Verfahren wird anhand eines Anwendungsbeispieles und der ein Schliffbild einer Niob-Edelstahl-Lötverbindung darstellenden Figur näher erläutert.

   Zur Qualitätskontrolle von auf Niobdrähte von 1 mm Durchmesser aufgebrachten Mehrfachbeschichtung aus Nitriden (TiN) und Karbiden (TiC, NbC) sind eine Vielzahl von Drahtproben einzubetten und anzuschleifen.

   Die trommelförmige Einbetteinrichtung besteht aus Stahl und weist an ihrer Peripherie eine Vielzahl achsenparalleler Bohrungen auf, in welche die beschichteten Niobdrähte einzulöten und anzuschleifen sind.

   Dabei erfördern die im u-Bereich liegenden Schichtdicken der Diffusionssperrschicht eine hohe Schliffqualität für die visuelle Beobachtung und Auswertung. Eine eindeutige Beurteilung der Qualität der Beschichtung ist aber nur möglich, wenn ein Ausbrechen derselben während des Schliffes verhindert wird.

   Das ist deshalb nur schwer zu erreichen, weil nitridische und karbidische Beschichtungen sehr hart sind und auf weichere Metalle aufgebracht sich weder mit der erforderlichen Festigkeit einbetten lassen, noch einer für eine zuverlässige Beurteilung notwendigen metallurgischen Präparation zugänglich sind.

   Die bekannten Einbettmaterialien sind nicht geeignet, die Beschichtung beim Schleifen gegen Ausbrechen zu sichern.