DE3732998A1 - Nickel-basis-lot fuer hochtemperatur-loetverbindungen - Google Patents
Nickel-basis-lot fuer hochtemperatur-loetverbindungenInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3033—Ni as the principal constituent
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Description
Die Erfindung betrifft ein Nickel-Basis-Lot für Hoch
temperatur-Lötverbindungen von Stählen und Nickel-
Basis-Legierungen gemäß dem Oberbegriff des Patent
anspruchs 1.
Nickel-Basis-Lote werden überwiegend für Hochtemperatur-
Lötverbindungen von Stählen und Nickel-Basis-Legierungen
verwendet. Wegen der unvermeidbaren versprödenden inter
metallischen Verbindungen, werden die bisher üblichen
Nickel-Lote nur in Pulverform oder einer daraus herge
stellten Lotpaste oder als amorphe Bänder hergestellt.
Durch die DE-PS 27 55 435 ist eine homogene duktile
Lötfolie für das Hartlöten von Metallteilen bekannt, die
mit Hilfe der an sich bekannten Rascherstarrungstechnik
hergestellt wird. Sie besteht aus 0 bis 4 Atom-% Eisen,
0 bis 21 Atom-% Chrom, 0 bis 16 Atom-% Bor, 0 bis 19
Atom-% Silizium, 0 bis 22 Atom-% Phosphor und als Rest
Nickel und gegebenenfalls Verunreinigungen, wobei die
Gesamtheit von Eisen, Chrom und Nickel im Bereich von 76
bis 84 Atom-% und die Gesamtheit von Bor, Silizium und
Phosphor im Bereich von 16 bis 24 Atom-% liegen soll. Sie
soll im wesentlichen glasartig, also amorph sein.
Ferner ist durch die EP-OS 00 56 141 eine duktile Hart
lötfolie mit wenigstens 50% glasartiger Struktur und mit
einem Gehalt an Palladium, Bor und Nickel bekannt, die aus
1 bis 41 Atom-% Palladium, 0 bis 20 Atom-% Chrom, 11 bis
20 Atom-% Bor und Rest Nickel besteht, wobei die Gesamt
heit von Nickel, Palladium und Chrom im Bereich von 80 bis
89 Atom-% liegt.
Diese und ähnliche Legierungszusammensetzungen sind im
wesentlichen geeignet für das Hartlöten bei hohen Tempe
raturen von austenitischen, martensitischen und ferri
tischen rostfreien Stählen sowie von Legierungen auf
Nickel-Grundlage. Das Löten bei hohen Temperaturen, die im
wesentlichen über 1000°C liegen, ist bei solchen
Bauteilen erforderlich, die im Gebrauch hohen Temperaturen
ausgesetzt sind. Als Beispiele können hier Teile aus Flug
zeugturbinen oder metallischer Abgaskatalysatoren genannt
werden.
Beim Verlöten dünner Werkstoffe wird das Material um die
Lötstelle herum durch Hineindiffundieren des Lotes massiv
verändert. Hierdurch werden die Eigenschaften des Mate
rials meist drastisch verschlechtert. Hierzu zählen neben
den mechanischen Eigenschaften, wie zum Beispiel eine
mögliche Versprödung, auch die Korrosionseigenschaften,
wie zum Beispiel die Verschlechterung der Oxidationseigen
schaften.
Das Problem ist bei Hochtemperatur-Werkstoffen, wie sie
beispielsweise bei Abgaskatalysatoren für Kraftfahrzeuge
verwendet werden, als besonders erschwerend anzusehen. Als
Trägermaterial für diese Abgaskatalysatoren haben sich
insbesondere Fe-Cr-Al-Legierungen wegen ihrer hohen Oxida
tionsbeständigkeit bestens bewährt. Um den Durchström
widerstand im Katalysator möglichst gering zu halten, sind
hier dünne Bänder von etwa 50 µm erforderlich, aus
denen der Trägerkörper gewickelt wird. Aus Festigkeits
gründen wird eine Verlötung der einzelnen Wickellagen
untereinander verlangt. Dies hat sich nicht nur als sehr
schwierig erwiesen, sondern diese Lötstellen konnten auch
bezüglich der Oxidationseigenschaften der Lötstellen nicht
befriedigen.
Die Probleme hatten unter anderem auch folgenden legie
rungstechnischen Grund: Durch den hohen Nickel-Gehalt im
Lot bildet sich Austenit im Trägermaterial in der Umgebung
der Lötstelle. Dieser Austenit verschlechtert die Oxida
tionseigenschaften der Lötstelle, so daß ein verfrühtes
Durchoxidieren zu beobachten ist.
Bisher wurde versucht, dieses Problem durch Verwendung
möglichst geringer Mengen an Lot zu lösen. Durch Diffusion
während des Lötens verteilt sich die Menge an Nickel im
Bereich der Lötstelle gemeinsam über Lot und Träger
material. Entscheidend ist hierbei die sehr dünne Band
dicke der zu verlötenden Katalysatorträger von nur etwa
50 µm, so daß nur wenig Material für diese Diffu
sionsprozesse zur Verfügung steht. Um eine hinreichend
geringe Nickel-Konzentration im Katalysatorträger zu
erhalten, so daß keine Umwandlung zum Austenit auftritt,
genügt es deshalb, lediglich die Lotmenge hinreichend
gering zu halten. Dies konnte erreicht werden durch Ver
wendung von besonders dünnen amorphen Lötfolien. Hierbei
wurde versucht, eine Banddicke der Lötfolie von nur
15 µm einzusetzen. Diese Lösung hat aber andere
schwerwiegende Nachteile. So verschlechtern wiederum die
in diesen amorphen Legierungen vorhandenen glasbildenden
Elemente, wie insbesondere das Bor, die Oxidationseigen
schaften drastisch. Auch ist die hohe Streckgrenze der
amorphen Lotbänder ungünstig. Es hat sich nämlich heraus
gestellt hat, daß die hohe Streckgrenze des amorphen Lot
bandes die Verarbeitung insbesondere bei Verwendung von
dünnen Metallfolien erheblich erschweren kann, insbeson
dere dort, wo ein Schneiden und Knicken der Lötfolie
erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Nickel-
Basis-Lot zur Lösung der vorstehenden Probleme zu
schaffen, das auch relativ einfach herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Nickel-Basis-Lot gelöst, wie
es im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist. Weitere Einzel
heiten und Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Der erfindungsgemäße teilweise Ersatz von Nickel durch
Eisen hat sich als besonders günstig erwiesen, weil da
durch die Umwandlung im Austenit in dem ursprünglichen
ferritischen Trägermaterial erheblich vermindert werden
kann. Wie zuvor ausgeführt, ist eine der Ursachen für die
Verschlechterung der Oxidationseigenschaften der hohe
Nickelgehalt im Lot, der durch den Eisenzusatz verringert
wird. Bisher konnten Lote mit ähnlichen Legierungs
zusammensetzungen wegen des relativ hohen Anteils von
Metalloidelementen und der damit auftretenden Versprödung
nur als Pulver hergestellt und verwendet werden. Es hat
sich überraschend gezeigt, daß mit Hilfe der Rasch
erstarrungstechnik kristalline und duktile Lotbänder mit
diesen Legierungszusammensetzungen auf einfache Weise
hergestellt werden können. Durch die schnelle Abkühlung
bei der Herstellung der Bänder können die sonst auftreten
den versprödenden intermetallischen Phasen weitgehend
unterdrückt werden. Es gelingt so, ein kristallines und
duktiles Lotband auch in geringen Bandstärken herzu
stellen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Lotbandes liegen
insbesondere in einer Vereinfachung des Lötprozesses. So
ist es am Beispiel des Katalysatorträgers einfach und
kostengünstig, das Lotband in den Wabenkörper miteinzu
wickeln. Durch Erhitzen des ganzen Wabenkörpers kommt dann
die Lötung zustande, und zwar lokal begrenzt nur in dem
dafür vorgesehenen Bereich.
Es hat sich gezeigt, daß durch Diffusionsprozesse nach dem
Löten der Gesamt-Nickelgehalt je nach Banddicke des
Trägers und des Lotbandes nochmals um den Faktor 3 bis 6
reduziert werden kann. Bei Eisen-Gehalten zwischen 5 und
60 Gew.-% kann bei allen Nickel-Basis-Loten der Nickel-
Gehalt an der Lötstelle auf unter 15% reduziert werden.
Wegen der hohen Löslichkeit des Eisens im Nickel findet
durch den Zusatz von Eisen nur eine geringe Änderung des
Schmelzpunktes und keine Verschlechterung der anderen
Löteigenschaften statt.
Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, wenn das
Nickel-Basis-Lot - unabhängig vom Ersatz eines Teiles von
Nickel durch Eisen - bis zu 15 Gew.-% Silizium enthält.
Ein typisches Anwendungsbeispiel ist ein Nickel-Basis-Lot
mit 8 bis 11 Gew.-% Silizium, dessen Oxidationseigen
schaften dadurch drastisch verbessert werden können, wenn
30 bis 40 Gew.-% des Nickels durch Eisen ersetzt werden.
Neben einer zusätzlich besseren Benetzung ist mit der
Legierung Ni+30 bis 40 Gew.-% Fe+8 bis 11 Gew.-% Si
eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer der Lötverbindung
erzielbar.
Vorzugsweise werden zur weiteren Verbesserung der Be
netzung und Lötfähigkeit, sowie zur genauen Einstellung
der Schmelztemperaturen dem erfindungsgemäßen Nickel-
Basis-Lot geringe Zusätze mindestens eines der Elemente
Titan, Zirkon, Niob, Arsen, Phosphor, Chrom, Mangan,
Kupfer, Zink, Indium, Germanium, Skandium und Kohlenstoff
beigefügt, und zwar bis zu einem Gesamtgehalt von 0,1 bis
10 Gew.-%.
Zu Testzwecken wurden 5 mm breite Musterbänder in ver
schiedenen Banddicken zwischen 60 und 10 µm herge
stellt. An diesen Bändern wurde neben der Duktilität, die
Lötfähigkeit, die Benetzung und die Oxidationseigenschaf
ten an Testlötungen von 50 µm dicken Fe-Cr-Al-
Blechen erfolgreich geprüft.
Claims (7)
1. Nickel-Basis-Lot für Hochtemperatur-Lötverbindungen von
Stählen und Nickel-Basis-Legierungen, dadurch gekenn
zeichnet, daß 5 bis 60 Gew.-% Nickel durch Eisen ersetzt
ist und daß aus dieser Legierung durch Rascherstarrung
vorzugsweise ein duktiles Lotband mit kristalliner
Struktur hergestellt wird.
2. Nickel-Basis-Lot nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß es zusätzlich bis zu 15 Gew.-% Silizium
enthält.
3. Nickel-Basis-Lot nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß es 6 bis 12 Gew.-% Silizium enthält.
4. Nickel-Basis-Lot nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß es bis zu einem Gesamtgehalt
von 0,1 bis 10 Gew.-% mindestens eines der Elemente Titan,
Zirkon, Niob, Arsen, Phosphor, Chrom, Mangan, Kupfer,
Zink, Indium, Germanium, Skandium und Kohlenstoff und
gegebenenfalls Verunreinigungen enthält.
5. Nickel-Basis-Lot nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch folgende Legierungszusammensetzung:
30 bis 40 Gew.-% Eisen, 8 bis 11 Gew.-% Silizium und Rest
Nickel.
6. Nickel-Basis-Lot nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß es eine geringe Dicke zwischen
10 und 60 µm aufweist.
7. Nickel-Basis-Lot nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß es zum Löten von dünnen
Blechfolien verwendet wird.
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873732998 DE3732998A1 (de) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Nickel-basis-lot fuer hochtemperatur-loetverbindungen |
DE8888114578T DE3875444D1 (de) | 1987-09-29 | 1988-09-07 | Nickel-basis-lot fuer hochtemperatur-loetverbindungen. |
EP88114578A EP0309786B1 (de) | 1987-09-29 | 1988-09-07 | Nickel-Basis-Lot für Hochtemperatur-Lötverbindungen |
US07/247,661 US4913752A (en) | 1987-09-29 | 1988-09-22 | Nickel-based solder for high-temperature soldered joints |
JP63243787A JPH01107996A (ja) | 1987-09-29 | 1988-09-27 | ニツケルをベースとするろう |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873732998 DE3732998A1 (de) | 1987-09-30 | 1987-09-30 | Nickel-basis-lot fuer hochtemperatur-loetverbindungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3732998A1 true DE3732998A1 (de) | 1989-04-13 |
Family
ID=6337267
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873732998 Withdrawn DE3732998A1 (de) | 1987-09-29 | 1987-09-30 | Nickel-basis-lot fuer hochtemperatur-loetverbindungen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3732998A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19944578A1 (de) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Krupp Vdm Gmbh | Wärmeausdehnungsarme Eisen-Nickel-Legierung mit besonderen mechanischen Eigenschaften |
-
1987
- 1987-09-30 DE DE19873732998 patent/DE3732998A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19944578A1 (de) * | 1999-09-17 | 2001-03-29 | Krupp Vdm Gmbh | Wärmeausdehnungsarme Eisen-Nickel-Legierung mit besonderen mechanischen Eigenschaften |
DE19944578C2 (de) * | 1999-09-17 | 2001-08-23 | Krupp Vdm Gmbh | Verwendung einer wärmeausdehnungsarmen Eisen-Nickel-Legierung mit besonderen mechanischsen Eigenschaften |
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Legal Events
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