DE3610723C2 - - Google Patents

Description

Das Löten von gesinterten Hartstofflegierungen mit Pasten und Pulvern auf der Basis Chrom-Nickel-Bor-Silizium und Nickel-Kupfer-Mangan-Silizium Hartloten ist in DE-OS 23 11 400 beschrieben. Die Lötung der Werkstoffe bei Hartstofflegierungen geschieht durch Diffusion des Lotes in die Oberfläche der Werkstücke. Hartstofflegierungen sind von ihrem Verhalten gegenüber Löten Massivmetallen gleichzusetzen, da sie aufgrund des Herstellungsprozesses eine Porosität von 0,1-0,3% aufweisen, wie in DE-PS 26 02 559, Spalte 3, letzter Absatz, nachzulesen ist.

Im GB-PS 10 09 631 wird eine Hartlotlegierung beschrieben mit der Zusammensetzung 1-20,54% Cu, 19-32% Mn, 0,25-1,8% Si und Rest Nickel. Lotlegierungen mit 7-27% Cu, 24% Mn und 1-10% Si, Rest Nickel gehen aus Chemical Abstracts, Vol 103 (1985), Seite 228 hervor. In diesen Schriften ist keinerlei Hinweis darauf enthalten, daß die Hartlote zum Löten von porösen Sintermetallen geeignet sind.

Weiterhin ist ein Ni-Cu-Mn-Si Hartlot in Pulverform ist aus GB-PS 8 38 516 bekannt. Dieses Hartlot bezieht sich speziell auf das Verlöten von rostfreiem Stahl und Superlegierungen.

Aus US-PS 42 31 815 geht eine Lötpaste hervor, die sich aus einer Cu-Mn-Si-Legierung, die auch Nickel enthalten kann, zusammensetzt. Auch für diese Lötpaste ist kein Hinweis gegeben, daß sie zum Löten poröser Sintermetallteile geeignet ist. Als flüchtiges Bindemittel enthält diese Lötpaste organische Bestandteile.

Sintermetallteile haben, im Gegensatz zu gesinterten Hartstofflegierungen normalerweise eine typische offene Porosität von 10-30 Vol.-%, siehe hierzu z. B. Kiefer und Hotop, Sintereisen und Sintermetall, Springer-Verlag Wien, S. 346. Die Lötung von solchen Sintermetallteilen ist demgegenüber mit normalen Hartloten nicht ohne weiteres möglich, wie dem Werkstoff-Leistungsblatt Sint 08 "Fügen von Sintermetallteilen", August 1981, Seite 2, Abschnitt 2.4.2 zu entnehmen ist. Beim Löten von porösen Sintermetallteilen mit Massivteilen oder auch untereinander wird bei Verwendung von normalen Hartloten das schmelzflüssige Lot von den offenen Poren durch die Wirkung der Kapillarkräfte aufgesaugt, so daß es an der Fügestelle nicht mehr für die Stoffverbindung zur Verfügung steht.

Poröse Teile müssen bei Verwendung normaler Hartlote vor der Lösung beispielsweise mit Metallen imprägniert werden, wodurch die Poren verschlossen werden. Derartige Körper sind dann zwar mit normalen Hartloten unter Schutzgas lötbar, jedoch weist dieses Verfahren neben dem Nachteil der höheren Kosten durch die Imprägnierung mit z. B. Reinkupfer auch den Nachteil auf, daß durch ungleichmäßige Füllung der Poren und somit unterschiedlicher Ausbildung der Oberfläche der zu lötenden Körper die Qualität der Lötung große Abweichungen aufweist.

Es ist weiter bekannt, Sintermetallteile mit offenen Poren unter Verwendung von Spezialloten zu löten. Solche Lote zeichnen sich dadurch aus, daß sie beim Lötvorgang auf Grund metallurgischer Reaktionen mit dem Sintermetall nur geringfügig in die Poren eindringen. Derartige Speziallote werden jedoch nicht näher bezeichnet.

In der DE-OS 35 06 275 wird ein Lot beschrieben, das eine Legierung enthält, die geeignet ist, eine eutektische Legierung zu bilden, die ein Element enthält, das in den porösen Metallkörper gut diffusionsfähig ist. Durch die Diffusion eines Elementes der Lotlegierung in den porösen Körper verliert das Lot seine eutektische Zusammensetzung, es bildet sich eine hochschmelzende Feststoffphase, die die Poren blockiert und somit ein weiteres Eindringen der eutektischen Legierung in die Poren verhindert. Insbesondere wird ein Hartlot genannt, das aus einer Mischung aus einem Fe-Cr-Legierungspulver und einem Fe-C-P-Mo- Legierungspulver besteht. Die metallurgischen Eigenschaften der Speziallote zur Lötung von Sintermetallteilen mit offenen Poren sind in Sint 08 theoretisch hinreichend beschrieben. Dennoch sind derartige Lote für die praktische Anwendung in ausreichender Vielfalt und Anwendungsbreite nicht verfügbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Speziallot in einer für die Handhabung bei der Lötung zweckmäßigen Form als Lötpaste zu schaffen, das zur Lötung poröser Sinterteile untereinander oder mit massiven Metallteilen geeignet ist.

Die Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Es hat sich überraschend herausgestellt, daß eine Legierung, die neben Ni und Si auch Cu und Mn enthält, in einer Speziallötpaste zur Lötung poröser Sinterteile eingesetzt werden kann. Es ist davon auszugehen, daß sie die oben beschriebenen metallurgischen Eigenschaften besitzt. Die Korngröße des verwendeten Legierungspulvers beträgt <100 µm.

Die Handhabung des Hartlotes beim Löten wird dadurch sehr erleichtert, daß es in Form einer Lötpaste eingesetzt wird. Hierzu wird das Legierungspulver mit einem Hochtemperaturfett innig vermischt. Die Lötung mit der erfindungsgemäßen Lötpaste soll bei einer Temperatur von 1100-1150°C im Schutzgasofen erfolgen. Als Schutzgas eignet sich ein Gas, das 60-80% Wasserstoff und 20-40% Stickstoff enthält.

Eine besonders vorteilhafte Zusammensetzung der Legierung ist gegeben, wenn sie aus 40-45 Gew.-% Nickel, 35-40 Gew.-% Kupfer, 15-20 Gew.-% Mangan und 1-2 Gew.-% Silizium besteht. Der Lötpaste kann zusätzlich ein Flußmittel zugesetzt werden, und zwar als Pulver mit einer Korngröße von <80 µm. Zum Zwecke der besseren Verarbeitbarkeit kann weiter noch Mineralöl eingemischt werden.

Die Erfindung wird anhand zweier Beispiele erläutert. Eine topfförmige Bremstrommel aus Stahlblech wurde mit einer Sintereisennabe verlötet. Die Sintereisennabe hat die Form ähnlich einer Bundlagerbuchse. Die Lagerbuchse wird durch ein Loch in der Bodenfläche der Bremstrommel gesteckt, so daß die Absatzfläche des Bundes mit der Bodenfläche der Bremstrommel verbunden werden kann. Zur Lötung wurde eine Lötpaste verwendet, die wie folgt hergestellt wurde:
25 g Legierungspulver der Zusammensetzung Nickel 43,0 Gew.-%, Kupfer 37,6 Gew.-%, Mangan 16,7 Gew.-% und Silizium 1,7 Gew.-% wurde auf eine Korngröße <40 µm gebracht und mit 3,75 g Hochtemperaturfett, 0,5 g Flußmittel einer Körnung <80 µm und 1,25 g Mineralöl innig vermischt. Die Lötpaste wurde auf die Fügeflächen aufgetragen. Die Lötung selbst erfolgte in einem Schutzgasofen bei 1120°C, mit der Schutzgaszusammensetzung 80% Wasserstoff, 20% Stickstoff. Das Lötergebnis war einwandfrei, die erzielten Scherfestigkeiten lagen im Bereich von 320-350 N/mm².

Im zweiten Beispiel wurden zwei Sintereisenzahnräder verlötet. Die Lötpaste war hier aus 25 g des in Beispiel 1 verwendeten Legierungspulvers, 6 g Hochtemperaturfett und 0,5 g Flußmittel gemischt worden. Das Lötergebnis war auch hier einwandfrei. Beim Versuch, die Festigkeit der Löt-Verbindung zu bestimmen, erwies diese sich als fester als diejenige der Sintereisenteile selbst.

Claims (4)

1. Lötpaste mit Nickel und Silizium zum Verlöten von porösen Sintermetallteilen untereinander oder mit einem massiven Metallteil, dadurch gekennzeich­ net, daß sie in inniger Mischung mit einem Hochtemperaturfett Hartlotlegierungspulver, das als weitere Metalle noch Kupfer und Mangan enthält, mit einer Korngröße <100 µm enthält.

2. Lötpaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartlotlegierungspulver eine Legierung ist, die aus 40-45 Gew.-% Nickel, 35-40 Gew.-% Kupfer, 15-20 Gew.-% Mangan und 1-2 Gew.-% Silizium besteht.

3. Lötpaste nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötpaste zusätzlich ein pulverisiertes Flußmittel mit einer Korngröße von <80 µm enthält.

4. Lötpaste nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lötpaste zusätzlich Mineralöl enthält.