DE697405C - Loetmittel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lötmittel.

An ein Lötmittel werden die verschiedenartigsten Anforderungen gestellt.

Voraussetzung für eine einwandfreie. Lötung ist erstens, daß das Lötmittel die Oxydhaut entfernt, welche die Metalle bedeckt und die eine dauerhafte Verbindung zwischen den zu lötenden Metallteilen und dem Verbindungslot verhindern würde.
Zweitens muß das Lötmittel so beschaffen sein, daß nach Ablauf des Lötvorganges möglichst keine Spur des Lötmittels an der Lötstelle zurückbleibt, um die Möglichkeit elektrolytischer Zersetzungen auszuschalten und damit dem Zerfall der Lötstelle vorzubeugen.

Ein gutes Lötmittel soll drittens beim Lötvorgang keinerlei gesundheitsschädliche Dämpfe entwickeln, eine Eigenschaft, die besonders bei Massenlötungen in geschlossenen Räumen von Wichtigkeit ist.

Und viertens ist es wünschenswert, daß das Lötmittel möglichst; für alle, zum mindesten aber für die Mehrzahl der üblichen Gebrauchsmetalle verwendet werden kann.

Es sind nun bereits eine große Anzahl von verschiedenen Lötmitteln in Vorschlag gebracht worden, die aber die oben angeführten Anforderungen in ihrer Gesamtheit mehr oder weniger nicht erfüllen. Gerade die viel benutzten Lötmittel, wie Salzsäure, Ammoniumchlorid, Chlorzink usw., sind für empfindliche Lötungen nicht verwendbar, da es sich insbesondere, selbst bei sorgsamster Ausführung der Lötarbeit nicht vermeiden lallt, daß Reste des Lötmittels an der Lötstelle verbleiben oder sich aus den beim Lötvorgang entstandenen Verbindungen zurückbilden und so Anlaß zu Korrosionserscheinungen geben.

Man hat nun zur Vermeidung dieses Nachteils bereits Lötmittel in Vorschlag gebracht, die als Bestandteil neben Kolophonium eine organische Base oder deren Halogenhydrat enthalten. Die in diesen Vorschlägen genannten Verbindungen (Triäthylamin, ToIu-

idinchlorhydrat) sind nun aber nicht'für alle Metalle zu verwenden, da sie beispielsweise nicht für die in der Neuzeit so besonders wichtige Lötung von Aluminium und Aluminiumlegierungen brauchbar sind.

I£s ist für Aluminium auch ein Lötmittel bekanntgeworden, das aus einem Halogeniiydrat oder einem halogenhaltigen Komplexsalz einer wasserstoffreichen organischen ίο- Aminbase gebildet wird, d.h. also einer Base, die aus mit organischen Resten substituiertem Ammoniak besteht. Diese Lötmittel konnten aber nicht zur Lötung von Aluminiumlegierungen mit hohen Magnesiumgehalten veris wendet werden.

Die genannten, als Lötmittel bereits vorgeschlagenen Basen verflüchtigen sich allerdings bei der üblichen Löthitze vollständig oder \^rerbrennen, so daß die Lötstelle nach dem in

ίο vorschriftsmäßiger Weise vorgenommenen Lötvorgang keine Rückstände des Lötmittels mehr aufweist, die zu Korrosionen führen könnten. Da es sich aber bei den genannten Verbindungen um exotherme Körper handelt, d.h. also um solche, die zu ihrer Verbrennung oder ihrem "Zerfall Zuführung von Wärme benötigen, so können doch unzersetzte Anteile auf der Lötstelle verbleiben, wenn die Wärmezufuhr zu früh unterbrochen wird, d.h. also beispielsweise' wenn der Lötvorgang nicht "' ganz vorschriftsmäßig vorgenommen wurde.

Es wurde nun gefunden, daß die Tetrazene

oder ihre symmetrischen oder asymmetrischen organischen Abkömmlinge jind die Derivate

dieser \^rerbinduhgen, z. B. alkylierte, arylierte, acylierte Tetrazene, oder die Verbindungen dieser Stoffe mit Säuren, insbesondere mit Halogenwasserstoffsäuren, als Lötmittel alle die am Anfang der Beschreibung genannten Forderungen erfüllen, d.h. also, die neuen Lötmittel haben eine ganz hervorragende Beizwirkung, verflüchtigen sich beim Lötvorgang völlig, entwickeln keine gesundheitsschädlichen Dämpfe und sind, insbesondere in der Form der Verbindung mit Halogenwasserstoffsäuren, für die Mehrzahl der üblichen Gebrauchsmetalle, Aluminium und dessen Legierungen eingeschlossen, verwendbar.

Ein einfaches organisch symmetrisch substituiertes Tetrazen ist das Tetramethyltetrazen von folgender Strukturformel:

CH;

CH₃

3 ν χ

>Ν—-N -Ν — NC

CH₃

CIL

Ganz besonders, ist nun bei den neuen Löt-

mitteln hervorzuheben, daß auch bei nicht

fio ganz einwandfreiem Löten keinerlei Reste von ihnen auf der Lötstelle zurückbleiben.

Diese Eigenschaft beruht darauf, daß die Tetrazene endotherm sind, was bedeutet, daß sie unter Freimachung von Energie zerfallen. Praktisch bedingt diese Eigenschaft, daß der einmal eingeleitete Zerfallvorgang des Moleküls nicht mehr abgestoppt werden kann, sondern sich von selbst bis zur völligen Zersetzung des Basenmoleküls in seine Elementarbausteine fortsetzt. Dieser Zerfall der Tetrazene unter Energiefreimachung ist teilweise so erheblich, daß es für manche Zwecke, so z. B. bei Lötung von Nickelblechen, zweckmäßig erscheint, den Zerfall * durch hinreichende Verdünnung des Lötmittels abzuschwächen. Für Aluminiumlötungen ganz besonders hat sich der plötzliche Zerfall und die damit verbundene erhöhte Beizwirkung bewährt, weil im Vergleich zu den bisher hierzu verwendeten Komplexsalzen wasserstoffreicher organischer Aminbasen die Lötung bei niedriger Temperatur einsetzt.

Was nun die allen bekannten Lötmitteln weit überlegene Beizwirkung der neuen Lötmittel anlangt, so genügt zum Beispiel etwa Vio derjenigen Menge, die z.B. bei Anwendung von Chlorammonium zur Erzielung einer bestimmten Beizwirkung erforderlich ist. Es ist offensichtlich, daß mit einer so erheblich geringeren LÖtmittelmenge auch go eine erheblich geringere Menge gebundener Salzsäure an die Lötstelle gebracht wird, so daß auch schon aus diesem Grunde die Gefahr einer späteren Korrosion durch Zurückbleiben von Lötmittelresten verringert wird.

Wie bereits erwähnt, ist die \^rerwendung der neuen Lötmittel im Hinblick auf Gesundheitsschädigungen der mit dem Mittel arbeitenden Personen völlig unbedenklich. Die aus den Basen beim Lötvorgang entstehenden Zerfallstoffe sind unschädlich. Das gegebenenfalls in ihnen gebundene Chlor wird als Chlorwasserstoff frei. Da aber die für eine Lötung benötigte Menge der neuen Lötmittel an und für sich schon gering ist, wird die noch erheblich geringere Menge Chlor für die Beizung restlos beansprucht. Man kann also mit diesen Lötmitteln unbedenklich Massenlötungen selbst in geschlossenen Räumen vornehmen, no

Hinsichtlich der allgemeinen Verwendbarkeit der neuen Lötmittel ist zu bemerken, daß, wie Versuche ergeben haben, völlig einwandfreie Lötungen bei folgenden ^:Metällen und Metallegierungen vorgenommen werden konnten: Kupfer, Messing, Rotguß, Bronze, Eisen, Nickel, Aluminium und Aluminiumlegierungen. Selbst hochniagnesiumhaltige Aluminiumlegierungen werden unter Berücksichtigung gewisser Merkmale durch die »20 neuen Lötmittel einwandfrei \-erlötct, was durch die bekannten Alittel nicht möglich ist.

Die erfindungsgemäß als Lötmittel verwendeten Tetrazene können in der verschiedenartigsten Form zur Anwendung gebracht werden. Naturgemäß können auch Mischungen von verschiedenen Tetrazenbasen oder Verbindungen dieser Basen verwendet werden. Es macht keinen Unterschied, ob die Basen bei mehreren organischen Resten symmetrisch .oder asymmetrisch substituiert sind, in Da die freien Basen selbst zum größten Teil sehr flüchtig sind, müssen sie, sofern sie als freie Basen verwendet werden sollen, in Mischung mit Kolophonium angewandt werden.

Als geeignete Beispiele seien genannt: Tetranu'thyltetrazen, Tetraätliyltetrazen, Bis-pentamethylcntetrazen."

Die Mischung enthält .zweckmäßig jeweils C) °/o der Base. Löttemperatur ist etwa 350°.

Ks werden einwandfreie Lötungen bei Kupfer, Messing, Bronze, Rotguß und Nickel erzielt. Für Aluminiumlötungen zeigen sich die freien Basen in Mischung mit Kolophonium weniger geeignet.

Als besonders zweckmäßig haben sich die Halogenhydrate der Tetrazene erwiesen, d. h. i'hlorhyclrate, Bromhydrate, Jodhydrate oder Fhiorhydrate.

Für Kupfer-, Messing-, Eisen-, Nickel- und Bronzelötungen lassen sich die eben genannten'Stoffe ohne jegliche Verdünnung anwenden, und man braucht in solchen Fällen nur ganz geringe Mengen. Wirtschaftlicher ist ihre Anwendung allerdings in einer KoIophnnium- oder Fettlösung. Es genügen für alle Zwecke i- bis 3 °/_oige Lösungen, die sich sehr leicht durch Erwärmen des Kolophoniums oder des Fettes bis zum Schmelzpunkt und Einrühren der abgewogenen Mengen der betreffenden Tetrazenbasen oder deren Verbindungen herstellen lassen. Als Lötmittel .sind alle gebräuchlichen Weichlotlegierungcn verwendbar.

Für das Löten \^ron Aluminium und seinen Legierungen, insbesondere bei magnesiumhaltigen Legierungen, verwendet man die Tctrazenhalogenhydrate zweckmäßig in Form eines Reaktionslotes an, bei welchem sich das zur Verbindung erforderliche Lotmetall aus

Sn dem Rcaktionslot während des Lötvorganges selbst abscheidet. Ein solches Reaktionslot kann z. B. zusammengestellt werden aus Ki? Teilen Chlorzinn entwässert, 14,5 Teilen Chlorzink entwässert und 15 bis 20 Teilen 'IVtrametliyltetrazenchlorhydrat.

Aber auch andere Verbindungen von Telrazenbasen mit Säuren haben sich für das Löten mit Ausnahme von Aluminium und seinen Legierungen als geeignet erwiesen, wie

fin beispielsweise das Tetramethyltetrazenphospiuit, das zweckmäßig auch in Mischung mit Kolophonium (6 °/o der Base) Verwendung findet.

Die Tetrazenbasen können aber auch vorteilhaft in der Form einer Komplexverbindung verwendet werden, die durch die Verbindung eines Halogenhydrates einer Tetrazenbase mit einem Halogenid des vierwertigen Zinns entsteht.

Ein solches Lötmittel hat gegenüber den einfachen Halogenhydraten der Tetrazene den großen Vorzug der außerordentlichen Beständigkeit gegen Luftfeuchtigkeit, da das Halogen bei diesen Verbindungen nicht als Halogenion, welches beispielsweise das Zink des Lötstaubes zu Zinkhalogenid zersetzt, abgespalten wird, sondern in Form des sich gegenüber dem Metallstaub, beispielsweise einer Aluminiumweichlötpaste, unwirksam verhaltenden Ions einer Halogenzinnsäure.

Als Komponenten der Komplexsalzbildung kommen alle Halogenhydrate, also die Chlor-, Bronn, Jod- und Fluorhydrate der Tetrezenbasen sowie alle vier Stannihalogenide (Zinn-4-chlorid, -bromid, -jodid, -fluorid) in Frage. Es kann also beispielsweise ein Tetrazenbasenbromhydrat mit Stannibromid zu dem Basensalz der Bromzinnsäure, d. h. zu einem Bromostannat, oder auch mit Stannichlorid, -jodid oder -fluorid zusammentreten, wodurch Komplexsalze von gemischten Halogenzinnsäuren entstehen, also ein Basendibromotetrachlorostannat oder ein Basendibromotetrajodostannat usw.

Die Komplexsalzbildung kann durch folgende Formel veranschaulicht werden:

[(X)₂ N-N = N - N(X)J₂ SnY₄Z₂

wobei X ein beliebiger organischer Rest ist '00 und Y und Z beliebige Halogenatome bedeuten. Y und Z können auch das gleiche Halogenatom sein.

Die obenerwähnten Komplexsalze wirken außerordentlich stark lösend, insbesondere auf Aluminiumoxyd ein. Das in ihnen enthaltene Zinn scheiden sie während des Lötvorganges ab und bilden auf dem blanken Aluminium verzinnte Flächen aus.

Weiterhin wurde festgestellt, daß, wenn man eines der genannten Komplexsalze mit wasserfreiem Zinn-2-halogenid, insbesondere Zinnchlorür, und Zinkhalogenid, insbesondere Chlorzink, mischt, man ein ganz besonderes gutes Lötmittel für die Lötung von Aluminiumlegierungeu mit hohen Magnesiumgehalten erhält.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Mischung scheidet sich, nachdem das Komplexsalz die Oxydhäute abgelöst hat, durch Wechselwirkung mit dem Aluminium eine Legierung von Zinn und Zink aus, welche die

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Lötverbindung herstellt. Das bei der Umsetzung entstehende Aluminium- und Magnesiumhalogenid wird dabei von unzersetztem Komplexsalz aufgenommen und verflüchtigt sich restlos.

Es bleiben also keine aluminium- und magnesiumhalogenidhältigen Schlacken an der Lötstelle zurück, so daß eine Korrosion durch solche Salzreste ausgeschlossen ist. Das

ίο Magnesiumhalogenid, insbesondere -chlorid, hemmt also bei dem erfmdungsgemäßen Lötmittel wie bei den bekannten Lötmischungen in Form einer festen Ausscheidung nicht mehr den Lötvorgang und verhindert nicht die Diffusion des gebildeten Lötmetalls in die Oberfläche der Legierung.

Die erfindungsgemäße Mischung, die wasserempfindliche Salze, wie Zinnchlorür und Chlorzink, enthalten kann, kann - in solchem Falle gegen die Einflüsse der Luftfeuchtigkeit dadurch geschützt werden, daß man die Mischung mit einem wasserabstoßenden organischen öl, wie Paraffinöl, mit Vaseline o. dgl. anreibt.

as Die Mischungsverhältnisse zwischen Zinkhalogenid und -Zinn-2-halogenid können in • weiten Grenzen verändert werden, ohne die Wirksamkeit des Lötmittels zu beeinträchtigen. Als besonders günstig ist ein solches Mischungsverhältnis von Zinksalz zu Zinnsalz, daß sich beim Lötvorgange die eutektische Zinn-Zink-Legierung mit dem niedrigsten Schmelzpunkt (91 Teile Zinn und 9 Teile Zink) ausscheidet.

Das erfindungsgemäße Lötmittel lötet ohne die geringsten Schwierigkeiten selbst' Aluminiumlegierungen mit verhältnismäßig hohen Mg-Gehalten.

Es wurde beispielsweise eine sich als sehr geeignet erwiesene Mischung von 1 Gewichtsteil Tetramethyltetrazenchlorostannat und 4 Gewichtsteilen einer Mischung hergestellt, die aus 145 g entwässertem Stannochlorid und 19 g entwässertem Ziukchlörid bestand.

Als Lot für diese Mischung hat sich als sehr gut ein ³⁰Z₇₀ Zinubleilot erwiesen. Die genannte Mischung kann beispielsweise in Hohldrähte der genannten Ziuu-Blei-Legierungen eingefüllt werden, z. B. auf 3 mm henintcr-

So gezogenes Rohr mit 14% Lötmittelfüllung. Mit den bekannten Lötmilteln binden die gewöhnlichen Zinnlote nicht.

Zinn-Zink-Legiertmgen, besonders die im eutektischen Verhältnis stehenden, können zum Löten von Aluminium und dessen Legierungen verwendet werden. Da nun aber auf der Zinn-Ziuk-Legierung alle üblichen Blei-Zinn-Legierungen sehr gut haften, kann man mit üblichen Blei-Zinn-Legierungen auch auf Aluminium leiten, wenn man dafür sorgt, daß sich auf der zu lötenden AluniiniuniobiT-fläche zunächst einmal eine Zinn-Zink-Legierung abscheidet. Dies ist z. B, ohne weiteres möglich mit einem Reaktionslot entsprechend der oben angegebenen Zusammensetzung. Bringt man ein solches Reaktionslot auf einem Aluminiumblech auf die Reaktionstemperatur, so scheidet sich, auf dem Aluminium festhaftend, eine Schicht einer Zinn-Zink-Legierung ab, auf der man nun ohne weiteres mit gewöhnlichen Zinnloten loten kann.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können zur Aluminiumlötung der erfindungsgemäßen Mischung auch noch entwässerte Halogenide von Metallen beigegeben werden, die edler sind als das zu lötende Aluminium oder magnesiumhaltig« Aluminium. Als zweckmäßig haben sich beispielsweise das Blei-2-chlorid (PbCl₂), das Cadmiumchlorid (CdCl₂), das Antimon-3-chlorid (SbCl₃) und das Wismut-3-chlorid (BiCl₃) erwiesen.

Es ist durch die eben genannten Zusätze möglich, beispielsweise die Lage des Schmelzpunktes des reduzierten Metalls in weiten Grenzen zu ändern, was in häufigen Fällen sehr zweckmäßig ist.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Lötmittel, zusammengesetzt auf der Grundlage organischer Basen, dadurch gekennzeichnet, daß es ein oder mehrere Tetrazene oder deren organische Derivate oder Verbindungen dieser Stoffe mit Säuren enthält.

2. Lötmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es die Tetrazenbase oder deren organische Derivate oder deren Verbindungen mit Säuren in Mischung mit Kolophonium enthält.

3. Lötmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die Tetrazene oder deren organische Abkömmlinge in Form von Halogenhydraten enthält.

4. Lötmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die Tetrazenbase oder deren organische Ab- no kömmlinge in Form einer Verbindung mit Phosphorsäure enthält.

5. Lötmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die Tetra^ zenbasc oder deren organische Abkömmlinge in Form einer Komplexverbindung enthältj die aus einem Halogenhydrat der Tetrazenbase mit einem Tetrahalogenid des Zinns entsteht.

6. Lötmittel nach Anspruch 5 für die tao LÖtung von Aluminium oder dessen Legierungen, gekennzeichnet durch den Zu-

satz einer Halogenverbindung eines Metalls, das edler ist als das zu lötende Aluminium oder dessen Legierungen.

7. Lötmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es die Komplexverbindung des Chlorhydrates einer Tetrazenbase mit Zinn-4--chlorid enthält.

8. Lötmittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet; daß das aus dem Halogenhydrat einer Tetrazenbase und Zinntetrahalogenid gebildete Komplexsalz mit einem Zinn-2 -halogenid, insbesondere Zinnchlorür, und. einem Zinkhalogenid, insbesondere Zinkchlorid, gemischt ist.

9. Lötmittel nach Anspruch 8,· gekennzeichnet durch ein solches Mischungsverhältnis von Zinksalz zu Zinnsalz, daß sich beim Lötvorgang die eutektische Zinn-Zink-Legierung abscheidet.

10. Verfahren zum Löten von Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit einem Lötmittel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine übliche Blei-Zinn-Legierung als Lötmetall dient.

11. Lötmittel nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Zusatz eines wasserabstoßenden organischen Öles oder Fettes, wie Paraffinöl oder Vaseline.