DE3321438C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Lo­ tes auf Kupferbasis. Kupfer-Lote und Kupferlegierungs-Lote sind als Hartlote seit langem bekannt. Neben der Verwendung von ausschließlich aus Kupfer bestehendem Lotmaterial sind zum Beispiel Kupferlegierungs-Lote bekannt, die zwischen ca. 40 und 60 Gewichtsprozent Kupfer, geringe Mengen, z. B. 0,2 Gewichtsprozent, Silizium, Rest Zink oder gegebenenfalls noch Nickel, enthalten. Zur Herstellung der Lote wird das Metall bzw. die Legierung geschmolzen, in Formen gegossen und dann durch übliche Verformungsmaßnahmen wie Ziehen, Pressen, Walzen in Drähte, Profile, Bleche überführt oder es werden Pulver durch Vermahlen hergestellt. Flußmittel kön­ nen zugesetzt oder aufgeschmolzen werden.

Kupfer- und Kupferlegierungs-Lote besitzen die Fähigkeit, mit dem zu verlötenden Gußeisen, Stahl, Hartmetall usw. unter Bildung fester Lösungen und/oder stöchiometrisch de­ finierter Verbindungen zu reagieren. Lote dieser Art werden daher kurz als Reaktionslote bezeichnet. Sie werden aus wirtschaftlichen und technischen Gründen in großem Umfang insbesondere zum Hartlöten von Stahl, Gußeisen und Hartme­ tallen, in großem Umfang beim Bau von Maschinenteilen, Ap­ paraten, Geräten, Werkzeugen, Elektromotoren und dergleichen verwendet. Dabei wird häufig, namentlich beim Löten von Stahl und Hartmetallen, bei relativ hohen Temperaturen, zum Beispiel über 1 100°C, im Vakuum oder unter Schutzgas gear­ beitet. Unter Hartmetallen versteht man insbesondere Wolframcarbid-Kobalt-Legierungen, meist mit geringen, aus­ gewogenen Gehalten an Kohlenstoffen, wobei das Bindemetall Kobalt auch durch andere Metalle (wie z. B. Nickel) ersetzt sein kann. Hierzu gehören aber auch Titan- und Tantal- Karbide, die ebenfalls meist Kobalt und gegebenenfalls andere Metalle als Bindemittel enthalten.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei Verwendung bekannter Cu-Basis-Lote, beispielsweise bei der Lötung von Stahl mit Hartmetall die erzielten Ergebnisse nicht voll befriedigen. So wurden hierbei zum Beispiel Auflösungserscheinungen ent­ lang der Korngrenze des Stahls beobachtet. Dies hat eine entsprechende Senkung der statischen und vor allem dynami­ schen Festigkeit zur Folge. Namentlich die Zähigkeit des Stahls ist in diesem Bereich merklich verringert. Beim Hartmetall wurde dagegen häufig eine Versprödung der Rand­ zone durch Diffusion, Bildung intermetallischer Phasen und Kirkendall-Effekt unter Bildung einer "morschen" Zone beob­ achtet. Weiter wurde bisweilen die Bildung einer ähn­ lichen Schicht vor allem bei der Lötung von Stahl mit dem Hartmetall, als Folge einer gewissen hartmetallseitigen Kohlenstoffverarmung, beobachtet. Diese gravierenden dif­ fusionsbedingten Effekte führen namentlich bei Schlagbe­ anspruchung zu unerträglich schlechten Ergebnissen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, oben erwähnte Nachteile zu beseitigen und so eine möglichst fehlerfreie und hochwertige Lötung von Hartmetallen herzustellen.

Erfindungsgemäß wude die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Lot mit 88-97 Gew.-% Kupfer, 1-12 Gew.-% Kobalt, 0-6 Gew.-% Kohlenstoff verwendet wird, wobei Kupfer und Kobalt sandwichartig in verschiedenen Schichten angeordnet sind, die ganz, überwiegend oder ausschließlich nur das eine der beiden Metalle enthalten. Bewährt hat sich vor allem die Verwendung solcher Lote der vorgenannten Art für die genann­ ten Zwecke, die bis zu 0,6, insbesondere 0,05-0,5 Ge­ wichtsprozent Kohlenstoff enthalten. Ein gegebenenfalls noch vorhandener Restbestandteil kann aus üblichen Lotbestand­ teilen, wie Silicium z. B. in Mengen von 0,1 bis 0,4 Gewichts­ prozent, Flußmitteln, bei Löttemperatur flüchtigen Binde­ mitteln, unter Lötbedingungen Kohlenstoff spendenden orga­ nischen Verbindungen, insbesondere anstelle oder neben einem sonstigen Kohlenstoffanteil, festigkeitssteigernden Stoffen, metallischen, nichtmetallischen, Verunreinigungen und dergleichen bestehen.

Es sind zwar schon z. B. pulverförmige Kupfer-Kobalt-Lote be­ kannt, jedoch ist keinerlei Hinweis oder Anregung ersichtlich auf einen sandwichartigen Aufbau und auf die vorteilhafte Verwendung eines solchen Aufbaus zu Lötungen von Stahl mit Hartmetall (Fr-PS 86 22 61; GB-PS 9 96 178; Chemical Abstracts Vol. 72 (1970), S. 208 Nr. 1 35 562 S; US-PS 41 33 473; AT-PS 1 97 163).

In GB-PS 11 48 134 wird auf eine Beschichtung hingewiesen, jedoch für eine Zusammensetzung die außerhalb der bean­ spruchten Lotzusammensetzung liegt. Insbesondere gut bewährt hat sich die Verwendung der vorgenannten Art mit mindestens 91 Gewichtsprozent Kupfer, 2-8 Gewichtsprozent Kobalt und bis zu 0,4 Gewichtsprozent Kohlenstoff. In einer besonders bevorzugten Verwendung weist das Lot 94-97 Gewichtsprozent Kupfer, 3-6 Gewichtsprozent Kobalt und bis zu 0,6 Gewichts­ prozent Kohlenstoff auf. Ganz allgemein ist es besonders be­ vorzugt, wenn der Kobaltgehalt, wie weiter oben angegeben, zwischen 1 Gewichtsprozent und der bei Lottemperatur maximal löslichen Gewichtsmenge Kobalt liegt.

Der in dem erfindungsgemäß verwendeten Lot gegebenenfalls vorhandene Kohlenstoff kann z. B. als Gemengebestandteil, als gegebenenfalls gesättigte CoC-Legierung oder als eine, eine entsprechende Kohlenstoffmenge bildende organische Substanz vorliegen. Solche, unter Zersetzen Kohlenstoff bildende or­ ganische Kohlenstoffverbindungen sind allgemein bekannt (Römpps Chemie Lexikon, 7. Auflage, insbes. 1811).

Der mehrschichtige Aufbau der Lote weist Schichten unter­ schiedlicher Zusammensetzung auf, derart, daß Kupfer und Kobalt, zumindest ein Teil dieser, in verschiedenen Schich­ ten angeordnet sind. Hierbei können Schichten vorgesehen sein, die nur Kupfer oder Kobalt, neben sonstigen Bestand­ teilen enthalten oder auch Schichten mit unterschiedlichen Kupfer/Kobalt-Konzentrationen. Dies bedeutet namentlich, daß sie im wesentlichen oder überwiegend aus Kupfer bzw. Kobalt bestehende Schichten aufweisen, insbesondere wenn eine Kupferschicht zwischen zwei Kobaltschichten angeordnet ist. Dabei können übliche Löthilfsmittel, Bindemittel, Koh­ lenstoff bildende Mittel und dergleichen z. B. zwischen den Schichten angeordnet sein.

Die erfindungsgemäß verwendeten Kupfer-Kobalt-Lote haben sich insbesondere zur Verlötung von Stahl mit Wolfram­ carbid-Kobalt-Hartmetallen, die regelmäßig WC, Co und C in ausgewogenen Anteilen enthalten, bewährt. Auch die Verwen­ dung zur Lötung von Stahl mit Hartmetallen auf Titan- oder Tantal-Karbid-Basis, die Kobalt oder andere Metalle, wie z. B. Nickel als Bindemittel enthalten, ist möglich. Dabei tritt vor allem durch die Anordnung der Kobaltschicht auf der Stahlseite ein versiegelungsartiger Effekt unter weitge­ hender Verhinderung einer Eisendiffusion ein.

Beispiel 1

Bei einem Reaktionslot auf Kupferbasis ist auf einer Kup­ ferfolie von 0,1 mm Stärke einerseits eine, z. B. galvanisch aufgebrachte Kobaltschicht von 8 µ angeordnet. Bei der Ver­ wendung zur Lötung von Stahl mit Hartmetall, vorzugsweise derart, daß die Kobaltschicht dem Stahl zugewandt ist, wird eine wesentliche Erhöhung der Schlagfestigkeit der Lötung erzielt.

Beispiel 2

Bei einem Reaktionslot auf Kupferbasis ist auf einer Kup­ ferfolie von 0,15 mm beidseitig eine Kobaltschicht von je 5 µ z. B. galvanisch, aufgebracht. Wesentliche Festigkeitserhö­ hungen werden bei der Lötung von Stahl mit Hartmetall er­ zielt.

Claims (5)

1. Verwendung eines Lotes mit 88-97 Gew.-% Kupfer
1-12 Gew.-% Kobalt
0-0,6 Gew.-% Kohlenstoffwobei Kupfer und Kobalt sandwichartig in verschiedenen Schichten angeordnet sind, die ganz überwiegend oder ausschließlich nur das eine der beiden Metalle ent­ halten zur Herstellung von Lötungen von Stahl mit Hartmetall.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot 0,05-0,5 Gew.-% Kohlenstoff enthält.

3. Verwendung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Lot mindestens 91 Gew.-% Kupfer
2-8 Gew.-% Kobalt und
bis zu 0,4 Gew.-% Kohlenstoffenthält.

4. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot aus 94-97 Gew.-% Kupfer
3-6 Gew.-% Kobalt und
bis zu 0,6 Gew.-% Kohlenstoffbesteht.

5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Patentansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupferschicht zwischen zwei Kobaltschichten angeordnet ist.