DE4424718C2

DE4424718C2 - Use of a solder for an aluminum material

Info

Publication number: DE4424718C2
Application number: DE19944424718
Authority: DE
Inventors: Sven Hicken
Original assignee: Daimler Benz Aerospace AG
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1994-07-13
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2014-07-14
Also published as: DE4424718A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Lots zum Löten eines Aluminiumwerkstoffs.The invention relates to the use of a solder for soldering an aluminum material.

Zum Löten von Aluminiumwerkstoffen wird im allgemeinen ein Lot aus einer Aluminium-Silicium-Legierung (AlSi12) verwen det, das jedoch eine hohe Liquidus-Temperatur von etwa 660°C besitzt. Durch diese hohe Temperatur wird das Gefüge der Aluminiumwerkstoffe verändert, wodurch deren Festig keit, Korrosionsverhalten und andere Eigenschaften ungün stig beeinflußt werden können. So liegt die maximal zuläs sige Erwärmungstemperatur für die z. B. im Flugzeugbau ver wendeten Aluminiumwerkstoffe meist deutlich unter 600°C.In general, a is used for soldering aluminum materials Use solder made of an aluminum-silicon alloy (AlSi12) det, however, a high liquidus temperature of about 660 ° C. Due to this high temperature, the structure of aluminum materials changed, which strengthens them ness, corrosion behavior and other properties can be influenced. So the maximum admissible sige heating temperature for the z. B. ver in aircraft construction aluminum materials mostly used well below 600 ° C.

Es sind auch Lote bekannt, mit denen Aluminiumwerkstoffe bei niedrigeren Temperaturen gelötet werden können. Dazu gehören eine Aluminium-Germanium-Silicium-Legierung sowie eine Aluminium-Kupfer-Nickel-Silicium-Legierung. Die be kannten Lote enthalten benetzungsfördernde Elemente, wie Indium, Wismut oder Strontium. Einige dieser Elemente, aber auch Germanium, sind nicht nur sehr kostspielig, sondern z.Z. auch giftig, z. B. Strontium. Damit die benetzungsför dernden Elemente nicht wegdiffundieren, müssen die zu lö tenden Bauteile sehr schnell erwärmt werden. Dies gilt ins besondere für die Al-Cu-Ni-Si-Legierung. Mit ihr können große Bauteile daher nicht gelötet werden, da man sie nicht schnell genug erwärmen kann.Also solders are known with which aluminum materials can be soldered at lower temperatures. To include an aluminum germanium silicon alloy as well an aluminum-copper-nickel-silicon alloy. The be Known solders contain wetting-promoting elements, such as Indium, bismuth or strontium. Some of these elements, however Germanium, too, are not only very expensive, but also currently also toxic, e.g. B. strontium. So that the wetting elements do not diffuse away, they have to be solved components are heated very quickly. This applies ins especially for the Al-Cu-Ni-Si alloy. With her can Large components should therefore not be soldered because you cannot can warm up quickly enough.

Um die Lötverbindung vor Korrosion durch von außen eindrin gende Fremdmedien zu schützen, werden die Ecken, die die Fügepartner am Fügespalt bilden, mit einer Hohlkehle aus dem Lot aufgefüllt. Damit eine solche Hohlkehle erzeugt wird und keine Bindefehler auftreten, ist es beim Löten mit den bekannten Loten notwendig, die Fügepartner vorher einer aufwendigen Beizbehandlung zu unterziehen.To penetrate the solder joint from corrosion by outside to protect against foreign media, the corners that the Form the joining partner at the joint gap with a fillet filled up the solder. So that such a fillet is produced and there are no binding errors, it is with soldering the known solders necessary, the joining partners one beforehand undergo extensive pickling treatment.

Das erwähnte germaniumhaltige Lot hat ferner den Nachteil, daß Germanium zu einer Korrosion der zusammengelöteten Alu miniumbauteile im Bereich der Lotverbindung führt.The germanium-containing solder mentioned also has the disadvantage that that germanium causes corrosion of the soldered aluminum minium leads in the area of the solder connection.

Die Aluminiumlegierung der US-Norm AA6013 stellt eine wär mehärtbare Legierung mit hoher Streckgrenze, Bruchzähig keit, Dauerfestigkeit, Korrosionsfestigkeit und niedriger Dichte dar. Sie wird daher vor allem im Flugzeugbau, in der Raumfahrt sowie im Automobilbau verwendet. Die Aluminiumle gierung der US-Norm AA6013 weist nach dem US-Buch: "Registration Record of International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminium and Wrought Aluminium Alloys" in "The Aluminium Association", 909 19^th Street N.W., Washington, DE 20006, June 1994, fol gende Zusammensetzung auf:The aluminum alloy of the US standard AA6013 is a thermosetting alloy with a high yield strength, fracture toughness, fatigue strength, corrosion resistance and low density. It is therefore mainly used in aircraft construction, space travel and automotive engineering. The aluminum al Government of the US standard AA6013 facing the US book: "Registration Record of International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" in "The Aluminum Association," 909 19 ^th Street NW, Washington, DE 20006, June 1994, following composition on:

Übrige Bestandteile zusammen maximal 0,15 Gew.-%, jeder einzelne übrige Bestandteil maximal 0,05 Gew.-%, Rest Alu minium. Die in "Aerospace Structural Metals Handbook" Teil "Nonferrous Alloys", Purdue Research Foundation, West Lafayette, Indiana 47907, USA, October 1992, für die Alumi niumlegierung der US-Norm AA6013 angegebene Zusammensetzung weicht davon ab, und zwar wird darin der maximale Magnesi umgehalt mit 1,0 Gew.-% angegeben.Other ingredients together a maximum of 0.15 wt .-%, each individual remaining constituent maximum 0.05% by weight, remainder aluminum minium. The part in "Aerospace Structural Metals Handbook" "Nonferrous Alloys," Purdue Research Foundation, West Lafayette, Indiana 47907, USA, October 1992, for the Alumi nium alloy of the composition specified in US standard AA6013 deviates from this, and that is the maximum magnesi content specified with 1.0 wt .-%.

Aus US-PS 4 090 872 ist ein Lot zum Löten von Titan-Werkstoffen bekannt, welches aus 0 bis 41% Ag, 15 bis 35% Cu und 41 bis 67% Al besteht. In JP 3-32492 A in Patents Abstracts of Japan, Sect. M. Vol. 15 (1991), Nr. 164 (M-1106) wird ein Lot beschrieben, das aus 25 bis 80% Ag, 1 bis 30% Cu und 14 bis 75% Al besteht. Es ist jedoch kein Hinweis entnehmbar, für welchen metallischen Werkstoff das Lot geeignet sein soll.US Pat. No. 4,090,872 is a solder for soldering titanium materials known, which consists of 0 to 41% Ag, 15 to 35% Cu and 41 to 67% Al consists. In JP 3-32492 A in patents Abstracts of Japan, Sect. M. Vol. 15 (1991), No. 164 (M-1106) describes a solder which consists of 25 to 80% Ag, 1 up to 30% Cu and 14 to 75% Al. However, it is not Information can be found for which metallic material the Lot should be suitable.

Aus US-PS 1 466 061 ist ein Lot zum Löten von Aluminium werkstoffen bekannt, welches aus 53 bis 63 Gew.-Teilen Sil ber, 57 bis 64 Gew.-Teilen Kupfer und 64 bis 73 Gew.-Teilen Aluminium besteht, was 28 bis 34% Silber, 29 bis 35% Kup fer und Aluminium als Rest entspricht. Aus CH-PS 338 680 geht ein Lot zum Löten von Aluminiumwerkstoffen hervor, das 55 bis 95% Aluminium und wahlweise 5 bis 45% eines, gleichzeitig höchstens vier der Elemente Silber, Kupfer, Zinn, Zink und Kadmium enthält.A solder for soldering aluminum is known from US Pat. No. 1,466,061 known materials, which consists of 53 to 63 parts by weight of Sil about 57 to 64 parts by weight of copper and 64 to 73 parts by weight Aluminum is what 28 to 34% silver, 29 to 35% copper fer and aluminum as the rest. From CH-PS 338 680 shows a solder for soldering aluminum materials, the 55 to 95% aluminum and optionally 5 to 45% one, at most four of the Contains elements of silver, copper, tin, zinc and cadmium.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Lot zum Löten auch großer Bauteile aus wärmegehärteter Aluminiumlegierung der US-Norm AA6013 bereitzustellen, und zwar ohne aufwendige Vorbehand lung und ohne die Gefahr einer Korrosion.The object of the invention is to make a solder for soldering also large Components made of heat-hardened aluminum alloy according to the US standard To provide AA6013, and without expensive pretreatment and without the risk of corrosion.

Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 angegebenen Lot erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus gestaltungen der Erfindung wiedergegeben.This is according to the invention with that specified in claim 1 Lot reached. In the dependent claims are advantageous reproduced designs of the invention.

Die Liquidustemperatur des erfindungsgemäß verwendeten Lo tes liegt zwischen 502°C und 515°C. Damit kann es zum Löten der insbesondere als Außenhautlegierung verwendeten Alumi niumlegierung der US-Norm AA6013 eingesetzt werden, deren maximal zulässige Erwärmungstemperatur bei 570°C liegt.The liquidus temperature of the Lo used according to the invention tes is between 502 ° C and 515 ° C. It can be used for soldering the aluminum used in particular as an outer skin alloy nium alloy of the US standard AA6013, whose permissible heating temperature is 570 ° C.

Durch die niedrige Liquidustemperatur des Lotes sind sehr kurze Lötzeiten realisierbar, so daß die Aluminiumlegierung der US-Norm AA6013 ohne Gefügeänderung lötbar ist. Auch zeichnet sich das Lot durch eine hervorragende Benetzbar keit der Aluminiumlegierung der US-Norm AA6013 aus.Due to the low liquidus temperature of the solder are very short soldering times realizable, so that the aluminum alloy the US standard AA6013 can be soldered without changing the structure. Also the solder is characterized by an excellent wettability aluminum alloy complies with the US standard AA6013.

Das erfindungsgemäße Lot ist insbesondere zum Löten der Rumpfstruktur eines Flugzeuges einsetzbar, welche aus der Aluminiumlegierung der US-Norm AA6013 besteht. Beim Bau des Flugzeugrumpfes werden heutzutage die Außenhautschalen im allgemeinen durch Nieten mit den Spanten und Stringern unter einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden. Mit dem Lot ist es möglich, die Außenhautschalen insbesondere an den Stringern anzulöten, aber auch an den Spanten, falls diese unter Bildung eines hinreichend schmalen Spalts der zum großen Teil konischen Form der Außenhautschale angepaßt sind.The solder according to the invention is in particular for soldering the Fuselage structure of an aircraft can be used, which from the Aluminum alloy of the US standard AA6013 exists. When building the Today the fuselage shells are used in aircraft fuselage generally by riveting with the frames and stringers connected with a considerable amount of work. With the Solder it is possible to attach the outer skin shells in particular to solder the stringers, but also to the frames, if this with the formation of a sufficiently narrow gap largely adapted to the conical shape of the outer skin shell are.

Das Lot enthält keine benetzungsfördernden Elemente und weist dennoch hervorragende Benetzungseigenschaften auf. D.h., es bildet eine ausgeprägte Hohlkehle am Fügespalt und führt zu einer bindefehlerfreien Lötung ohne besondere Vor behandlung der Aluminiumbauteile. Die Bauteile müssen je doch an der Verbindungsstelle schmutz- und fettfrei sein. Es ist deshalb zweckmäßig, sie vor dem Löten mit einem Lö sungsmittel, beispielsweise Alkohol, zu reinigen, ggf. in einem Ultraschallbad.The solder contains no wetting-promoting elements and nevertheless has excellent wetting properties. This means that it forms a pronounced groove at the joint gap and leads to a soldering error-free soldering without special pre treatment of aluminum components. The components must each but be free of dirt and grease at the connection point. It is therefore advisable to use a solder before soldering cleaning agents, for example alcohol, if necessary in an ultrasonic bath.

Zugleich besitzt das Lot ein hohes Spaltfüllungsvermögen. D.h., auch breite Spalte werden fehlerfrei gefüllt, so daß relativ große Toleranzen der Bauteile in Kauf genommen wer den können. So haben Lötversuche und Proben mit einem Keilspalt eine vollständige fehlerfreie Spaltfüllung bis zum maximal eingestellten Spalt von 150 µm ergeben.At the same time, the solder has a high gap filling capacity. This means that even wide gaps are filled correctly, so that relatively large tolerances of the components accepted that can. So have soldering tests and samples with one Wedge gap up to a complete error-free gap filling to the maximum set gap of 150 µm.

Auch tritt mit dem Lot keine Loterosion auf, also keine Erosion oder Korrosion der zusammengelöteten Aluminiumbau teile im Bereich um die Lötung. Auch liegen die Kosten des erfindungsgemäßen Lots, insbesondere im Vergleich mit dem bekannten germaniumhaltigen Lot relativ niedrig. Also, no solder erosion occurs with the solder, i.e. none Erosion or corrosion of the soldered aluminum structure parts in the area around the soldering. The cost of the Lots according to the invention, in particular in comparison with the known germanium-containing solder relatively low.

Die Lötung mit dem Lot kann im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre (höchstreiner Stickstoff und/oder ein Edelgas, z. B. Argon) erfolgen.The soldering with the solder can be done in a vacuum or in a Protective gas atmosphere (ultra pure nitrogen and / or a Noble gas, e.g. B. argon).

Das Lot wird vorzugsweise als 10 bis 100 µm, vorzugsweise etwa 50 µm dicke Folie im Fügespalt angeordnet.The solder is preferably as 10 to 100 microns, preferably about 50 µm thick film arranged in the joint gap.

Wenn der Silbergehalt des Lots bei 30 bis 33 Gew.-% liegt, ist eine niedrige Liquidustemperatur von etwa 502 bis 505°C erreichbar.If the silver content of the solder is 30 to 33% by weight, is a low liquidus temperature of around 502 to 505 ° C reachable.

Das Lot kann als Wahlkomponenten Nickel und Magnesium ent halten.The solder can contain nickel and magnesium as optional components hold.

Mit anderen Worten, das erfindungsgemäß verwendete Lot zeichnet sich vor allem durch seine niedrige Liquidustempe ratur, ein sehr gutes Benetzungsverhalten und damit eine ausgeprägte Hohlkehlenbildung sowie ein hohes Spaltfül lungsvermögen aus, wobei benetzungsfördernde Elemente eben so entfallen wie eine aufwendige Vorbehandlung.In other words, the solder used in the present invention is characterized above all by its low liquidus temperature rature, a very good wetting behavior and thus a pronounced chamfer formation and a high gap filling capacity, with elements that promote wetting like an elaborate pretreatment.

Claims

1. Using a solder with a liquidus temperature of maximum 515 ° C and the composition: 30 to 33 % By weight silver, 18 to 22% by weight copper, 0 to 2% by weight Nickel, 0 to 1 wt .-% magnesium, balance aluminum and manufacturing-related impurities for soldering Aluminum materials of the US standard AA6013.

2. Use according to claim 1, wherein the nickel content of the Solder is at least 0.1% by weight.

3. Use according to claim 1 or 2, wherein the magnesium content of the solder is at least 0.05% by weight.