DE69311537T2 - Verfahren zum herstellen von metallischen teilchenrückhaltsflächen und metallischen flussrückhaltsbauteilen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfmdung bezieht sich auf ein Verfahren für die Herstellung von Partikeln zurückhaltenden metallischen Oberflächen, insbesondere bezieht sie sich auf das Auftragen von Flußmitteln auf Einzelteile die auf Munnniwn basieren, um so ein intensives Benetzen ihrer Flächen durch Beseitigung von Oxidhäuten von diesen Flächen im Laufe des darauffolgenden Zusammenfügens der Einzelteile zu ermöglichen, sowie auf die sich daraus ergebenden Flußmittel zurückhaltenden metallischen Einzelteile.
• Wenn Einzelteile aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung (die nachfolgend alle beide als auf "Aluminium basierend" gekennzeichnet werden, um so den möglichen Einsatz eines jeden derselben anzuzeigen) zusammengefügt werden, zum Beispiel zu einer Struktur wie etwa einem Wärmeaustauscher, dann werden sie normalerweise mit einem Flußmittel überzogen, bevor sie einem Hartlöten in der Umgebungsluft oder unter neutraler Atmosphäre, wie zum Beispiel unter Stickstoff, unterzogen werden. Die Flußmittel werden eingesetzt, um eine sich leicht auf der Aluminiumoberfläche bildende Haut aus Alummiumoxid aufzubrechen bzw. zu entfernen.
• Diese Oxidhaut macht sich störend bemerkbar bei Verfahren für das Auftragen eines metallischen Überzuges auf eine Oberfläche, sowie auch bei Verfahren für das Zusammenfügen von Einzelteilen durch Hartlöten, Weichlöten oder Schweißen. Die Oxidhaut muß entfernt werden, und ihre erneute Bildung muß verhindert werden, um die Metall zu Metall Verbindung herstellen zu können.
• Viele alternative Flußmittel werden normalerweise verwendet, um die Oxidhaut zu entfernen. Auf Chloriden basierende Flußmittel brechen die Oxidhaut auf, sie müssen aber aufgrund ihrer hygroskopischen und korrosiven Natur anschließend abgespült werden. Auf Fluoriden basierende Flußmittel, z. Bsp. Mischungen aus Kaliumtetrafluoroaluminat und aus Trikaliumhexafluoroaluminat, sind vorteilhaft, da sie keine korrosiven Rückstände zurücklassen.
• Ein Flußmittel wird üblicherweise in Wasser oder in einem anderen Lösungsmittel suspendiert und auf die Oberflächen von auf Aluminium basierenden Einzelteilen durch Spritzen oder Eintauchen aufgetragen. Das Auftragen des Flußmittels stellt normalerweise eine Stufe eines On-line Verfahrens dar und findet unmittelbar vor der Operation des Zusammenfügens statt. Herkömmlicherweise erfordert das Auftragen des Flußmittels von seiner Natur her einen zusätzlichen in einem Trocknen bestehenden Schritt, um Wasser oder Lösungsmittel von den Einzelteilen zu entfernen, bevor dieselben auf eine zum Löten geeignete Temperatur geheizt werden, Temperatur bei welcher ein Lotmetall schmilzt und das Flußmittel aktiv ist, so daß zwei Einzelteile zusammengefügt werden. Ein solches Trocknen beeinträchtigt jedoch den Wirkungsgrad des On-line Verfahrens.
• Desweiteren gewährleistet es das Behandeln der zusammengestellten Einzelteile mit einem Flußmittel nicht, eine gleichförmige Verteilung des Flußmittels und einen Zugang desselben zu der gesamten Oberfläche der zusammengestellten Einzelteile zu gewährleisten.
• Ein alternatives Verfahren, das den Einsatz eines das Trocknen bewirkenden Schrittes beseitigt, besteht in der elektrostatischen Ablagerung von trockenem Flußmittelpulver auf die Einzelteile vor dem Hartlöten derselben. Das elektrostatisch abgelagerte Material ist jedoch auf eine nicht geeignete Art und Weise festgebunden oder festhaftend, um ein Lagern oder einen nennenswerten Transport der Einzelteile über irgendeinen wesentlichen Zeitraum hinaus vor dem Löten zu gestatten. Folglich ist die herkömmliche Technik auf das On-line Auftragen von Flußmitteln beschrännt.
• Jedoch verlaufen die Entwicklungen in der Industrie und in dem Transport so, daß es sehr wünschenswert sein kann, vorab mit einem Flußmittel überzogene Einzelteile durch Extrusion oder auf irgendeine andere Art und Weise an einem Standort oder zu einem besonderen Zeitpunkt herzustellen und dieselben dann an einem anderen Standort einem Löten zu unterziehen.
• Das US Patent Nr.4.571.352 offenbart ein Verfahren zum Eintauchen eines Muilniumrohres in ein geschmolzenes Hartlotmetall durch eine Schicht eines aufschwimmenden geschmolzenen Flußmittels hindurch. Es wird daher ein gleichzeitiges Überziehen von Al-Rohren mit Hartlotmetall und eine Anwendung einer Flußmittelschicht beansprucht, wobei die Anwendung von Hartlotbiechen beim Zusammenfügen der Einzelteile vermieden wird. Das offenbarte Verfahren, das auf dem erneuten Hindurchziehen von überzogenen Rohren mit einer erstarrten Oberflächenschicht, durch ein geschmolzenes Flußmittel hindurch, begründet liegt, weist jedoch mehrere Nachteile auf. In erster Linie ist das Flußmittel nicht korrekt abgebunden und kann mechanisch entfernt werden, so daß eine gleichförmige Verteilung eines fest haftenden Flußmittelmaterials nicht erzielt worden ist. Desweiteren verschlechtert sich die Aktivität des festhaftenden Flußmittelmaterials nach einem wiederholten Schmelzvorgang, so daß ein zusätzlicher Arbeitsvorgang zum Auftragen eines Flußmittels vor der Durchführung des Hartlötens notwendig wird.
• Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein vorab mit einem Flußmittel versehenes auf Aluminium basierendes Einzelteil durch Auftragen eines herkömmlichen zum Hartlöten/Weichlöten dienenden Flußmittels auf solche Art und Weise zu schaffen, daß das Flußmittel im Verlauf der nachfolgenden Vorgänge des Transportierens, Lagerus und Zusammenfügens der beschichteten Einzelteile an seinem zugedachten Platz bleibt, so daß jedem Bedarf nach einem weiteren Auftragen eines Flußmittels auf diese Weise vorgebeugt wird.
• Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, solche Einzelteile zu schaffen bei welchen das Flußmittel an jedem Punkt einer Verbindungsstelle anwesend und gleichförmig verteilt ist.
• Noch ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht dnnn, ein Verfahren zu schaffen, um auf Aluminium basierende Einzelteile mit einem Flußmittel zu überziehen, wobei die Notwendigkeit eines auf das Trocknen ausgerichteten Schrittes ausgeschaltet wird.
• Diese und andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dadurch verwirklicht, daß man feste Partikeln eines Flußmittels auf oder in eine Schicht eines verflüssigten Überzuges auf einer Oberfläche eines Einzelteiles auftreffen läßt, und dann sich die Schicht des Überzuges verfestigen läßt, um das Flußmittel fest auf oder in der verfestigten Schicht des Überzuges einzubetten oder zu fixieren.
• Die Erfindung wird nunmehr bis in weiterreichende Einzelheiten beschrieben, wobei man sich auf die beiliegende Zeichnung mit der Abbildung 1 bezieht, welche schematisch die aufeinanderfolgenden Arbeitsgänge gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
• Die vorliegende Erfindung besorgt ein vorab mit einem Flußmittel überzogenes Einzelteil das auf Muininjum basiert und ein Flußmittel zurückhält, dies unter Anwendung einer Schicht eines metallischen Überzuges der als eine Matrix auf das Einzelteil aufgetragen wird, um Partikeln eines Flußmittels fest auf der Oberfläche des Einzelteiles zurückzhalten und zu binden. Solche Schichten von Überzügen, vorzugsweise aus Zink- oder Zinkaluminiumlegierungen, wegen deren korrosionsschützenden Eigenschaften und deren niedrigen Schmelzpukkten, werden gegenwärtlg angewandt, um den Korrosionsschutz zu verbessern oder um ein Lotmetall zum Zusammenfüsgen der Einzelteile zu liefern, z.B. bei der Herstellung von Wärmeaustauschern.
• Es ist gefünden worden, daß durch ein passendes Steuern der Bedingungen des Verfahrens die Schicht eines Überzuges in einem geschmolzenen Zustand gehalten werden kann, dies während eines Zeitraumes der ausreicht, um den anschließenden Schritt des Auftragens des Flußmittels durchtühren zu können. Fig. 1 zeigt auf schematische Weise die Beschichtungslinie und die experimentelle Ausrüstung die benutzt worden ist, um das Auftragen des Flußmittels durchzuführen. Ein auf Aluminium basierendes Einzelteil, z.B. eine hohle Form oder ein Rohr aus Aluminium 1, wird durch ein geschmolzenes metallisches Überzugsmaterial (Bad) 2 hindurch bewegt und an einem Kalibrierungsgerät 3 vorbei geführt um den Überschuß an deponiertem Überzugsmaterial zu entfernen. Durch ein Regeln der Temperatur war es möglich das Überzugsmaterial in einem geschmolzenen Zustand zu halten und so das pulverförmige Flußmittelmaterial zu veranlassen an der geschmolzenen Oberfläche zu haften, dies durch das Aufprallen der Partikeln des Flußmittels, welche durch Düsen (Zerstäubungsapparat) 4 hindurch in Richtung auf die geschmolzene Oberflächenschicht hin geblasen werden. Eine anhaftende Schicht von Flußmittelpartikeln, die fest in dem verfestigten Überzugsmaterial verankert sind, wurde mit Hilfe eines abschließenden in einem Kühlen bestehenden Schrittes erzielt.
Beispiel
• Ein Aluminiumrohr wurde durch Eintauchen in ein geschmolzenes Bad in der oben beschriebenen Überzugsanlage galvanisiert, wobei eine Zink und Aluminium enthaltende Legierung (ZnAl5%) als ein Überzugsmaterial aufgetragen wurde. Die Temperatur nach dem Kalibrieren wurde bei über 385º C gehalten, und fein dispergierte Partikeln des Flußmittels (Mischung aus Kaliumtetrafluoroaluminat und aus Trikaliumhexafluoroaluminat) wurden in Richtung der geschmolzenen Überzugsschicht geblasen.
• Dies führte zu der Bildung, auf der Überzugsschicht, einer klebenden Schicht aus Flußmittelmaterial, das an Ort und Stelle verankert war wenn das Rohr genügend abgekühlt war, um das Verfestigen der Überzugsschicht zu bewirken. Im Anschluß an ern nachfolgendes Abschrecken mit Wasser wurde die Anwesenheit des Flußmittels visuell durch das Dunkeln der Oberfläche des Rohres bestätigt, wodurch auch angezeigt wurde, daß das Flußmittel fest und sicher an die Oberfläche gebunden war. Die Auswertung der mit Flußmittel überzogenen Oberfläche wurde unter Einsatz eines Abtastelektronenmikroskops und eines Glimmentladungs-Massenspektrometers (GDMS = glow discharge mass spectrometry) durchgeführt. Es wurde festgestellt, daß Flußmittelmaterial auf der Oberfläche der Überzugsschicht anwesend war, weil hier Fluorid wahrgenommen wurde, was sonst nicht anwesend gewesen wäre.
• Für anschließend durchgeführte Versuche des Hartlötens basierte man sich auf Proben welche aus Al-Rohren bestanden, mit einer Schicht von 3-5 µ ZnAl5% überzogen waren, durch Spritzen mit einem Sprühsystem mit Flußmittel überzogen worden waren, mit einem mit Rippen versehenen Teil zusammengesetzt und hei 610º C gelötet worden waren; auf diese Art erhielt man ausgezeichnete Ausrundungen (Verbindungsstellen) und die Notwendigkeit für irgendein weiteres Auftragen eines Flußmittels war ausgeschaltet.
• Die Erfindung nutzt eine sich verfestigende Schicht eines Überzuges als eine Matrix, um die Partikeln an ihrer Stelle widerstandsfähig zurückzuhalten und zu verankern und zwar in der Nähe oder um die Oberfläche des Einzelteiles herum. In dem Maße wie Flußmittelpartikeln auf die Überzugsschicht auftreffen und zum Stillstand kommen, kleben sie daran fest. Die Flußmittelpartikeln kleben oder frieren an Ort und Stelle durch das Verfestigen der Überzugsschicht fest. Dies vermittelt eine genügend feste Bindung, um eine Lagerung oder einen Transport von längerer Dauer der vorab mit einem Flußmittel überzogenen Einzelteile zu ermöglichen.
• Die Überzugsschicht kann mittels irgendeines konventionellen Verfahrens hergestellt werden, so beispielsweise durch Eintauchen, Spritzen, Zerstäubung usw. Es ist ebenfalls möglich das Aufbringen des Flußmittels als einen gesonderten Verfahrensschritt durchzuführen. In solch einem Fall ist es notwendig die erstarrte Überzugsschicht zu erhitzen und wieder aufzuschmelzen bevor sie dem Bombardieren mit Flußmittelpartikeln ausgesetzt wird.
• Während ein auf Fluoriden basierendes Flußmittel bei den Versuchen des Erfinders eingesetzt wurde, kann man entsprechend dem erfinderischen Konzept jedes andere Flußmittel in Partikelform zum Einsatz bringen. Das erfinderische Konzept arbeitet gut mit irgendeinem auf einem Halogen basierenden Flußmittel zum Beispiel. Wenn das Einzelteil in Wasser abgeschreckt werden soll, dann sollte man em verhältnismäßig unlösliches Flußmittel gebrauchen.
• Die Art und Weise, gemäß welcher die Flußmittelpartikeln entsprechend der Erfindung angewandt werden, kann variieren. Die Flußmittelpartikeln können entweder eine fortlaufende Schicht oder eine nicht fortlaufende Schicht auf oder innerhalb der Überzugsschicht bilden. Eine gleichtörmige Verteilung des Flußmittels wird jedoch bevorzugt, wenn das Flußmittel seine Funktion auf die möglichst zuverlässigste Weise erfikllen soll. Ein fluidisiertes Bett kann mit Vorteil angewandt werden, um eine solche gleichförmige Verteilung von Flußmittelpartikeln auf Einzelteilen, die eine komplizierte Außenform aufweisen, sicherzustellen. Dadurch daß es sichergestellt ist, daß das Flußmittel über die ganze Oberfläche der Einzelteile aufgebracht ist, bevor sie zusammengefligt werden, wird es z. Bsp. ermöglicht eine dichtere Anordnung von Rippen bei der Herstellung von Austauscherkernen zu verwirklichen.
• Das erfinderische Konzept besteht darin, daß die festen Partikeln fest in der Masse der Überzugsschicht angeordnet oder verankert sind. Sogar ein nur oberflächlicher Kontakt einer Partikeloberfläche mit der geschmolzenen Überzugsschicht ergibt eine genügend feste Verbindung zwischen den Partikeln und der Überzugsschicht wenn sich die letztere veffestigt. Die Geschwindigkeit des Auftreffens, die Partikelgröße, die Dichte der Überzugsschicht und sogar deren Tiefe können so geregelt werden, daß das Ausmaß der Eindringtiefe der Partikeln in die Überzugsschicht hinein beeinflußt wird.
• Andere feste Partikeln könnten zusätzlich (oder anstatt der Flußmittelpartikeln) entsprechend dem vorliegenden Verfaliren angewandt werden, z. Bsp. pulverisiertes Zink, Silizium oder ihre Al-Legierungen (AlZnSi), welche die Menge an Lotmetall vergrößern würden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Schaffung eines mit einer Partikeln zurückhaltenden Oberfläche ausgestatteten metallischen Einzelteiles, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren Schritte aufweist welche darin bestehen einen geschmolzenen metallischen Überzug auf dem Einzelteil vorzusehen, feste Partikeln gegen den besagten Überzug aufprallen zu lassen, und schlußendlich das Einzelteil so abzükuhlen, daß der Überzug verfestigt wird und dadurch die Partikeln fest in dem verfestigten Überzug eingebunden werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufprallen von festen Partikeln durch Aurblasen der Partikeln mittels einer Aufsprühvorrichtung durchgeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufprallen von festen Partikeln gegen den geschmolzenen Überzug, das Auftragen eines Flußmittels auf die Einzelteile auf Aluminiumbasis auf dem Einsatz von Flußmittelpartikeln auf Halogenbasis beruht.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragen eines Flußmittels ein kontinuierliches Verfahren darstellt und durchgehend mit dem Beschichten des Einzelteiles durchgeführt wird.

5. Ein Flußmittelpartikel zurückhaltendes Einzelteil auf Aluminiumbasis, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzelteil mit einer verfestigten Oberflächenschicht eines metallischen Überzuges versehen ist und individuelle Partikeln des Flußmittels aufweist welche einen integrierten Teil der besagten Überzugsschicht bilden.

6. Einzelteil gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln des Flußmittels in der Schicht des Überzuges eingelagert sind.

7. Einzelteil gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des Überzuges eine Legierung aus Zink und Aluminium ist.

8. Einzelteil gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln des Flußmittels aus Partikeln eines Flußmittels auf Halogenbasis bestehen.

TITEL : Verfahren für die Herstellung von Partikeln zurückhaltenden metallischen Oherflächen, sowie Flußmittel zurückhaltende metallische Einzelteile