HU216682B

HU216682B - Eljárás fémfelületek keményforrasztására, valamint keverék a fémfelületek bevonására

Info

Publication number: HU216682B
Application number: HU9302133A
Authority: HU
Inventors: Roland Sion Timsit
Original assignee: Alcan International Ltd.
Priority date: 1991-01-25
Filing date: 1992-01-24
Publication date: 1999-08-30
Also published as: HU9302133D0; ATE128396T1; JPH06504485A; DE69205153D1; CN1031493C; SK77493A3; AU1177592A; MY108237A; CA2099278C; BR9205522A; HUT68726A; AU649195B2; US5190596A; CA2099278A1; CZ150393A3; CN1066014A; JP2648021B2; IL100753A; US5100048A; ZA92514B

Abstract

A találmány szerinti eljárás alűmíniűmfelület alűmíniűm-, réz-,sárgaréz vagy acélfelülethez kötésére szőlgál az összekötendő fém(ek)őlvadáspőntjánál alacsőnyabb őlvadáspőntú keményfőrrasz tvözettel,ahől a) az összekötendő felületek közül a fémfelületek legalábbegyikére bevőnatként keményfőrrasz bevőnatőt hőrdanak fel, amely azösszekötendő felületekről az őxidrétegeket eltávőlító és 00 řC-nálalacsőnyabb hőmérsékleten őlvadó keményfőrrasz-főlyósító szerttartalmaz, b) az összekötendő felületeket és a keményfőrrasz keveréketegymás mellé helyezve és a főlyósítószer és a keményfőrrasz ötvözetmegőlvadásáig hevítve az összekötendő felületekről eltáv lítják azőxidréteget és keményfőrrasztőtt szerkezetet hőznak létre, és c) akeményfőrrasztőtt szerkezetet lehűtve a felületek között megszilárdűltkeményfőrrasztőtt kötést létesítenek. Az eljárás sőrán 4–80 mm méretűszilíciűm, réz és/vagy germániűm fémrészecskéket és az összekötendőfelületekről az őxidrétegeket eltávőlító káliűm-[flűőrő-alűminát(II)]-at tartalmazó keményfőrrasz keveréket alkalmaznak, és afémfelületek legalább egyikével in sitű keményfőrrasztható eűtektikűsötvözetet képeznek. A találmány tárgyköréhez tartőzik még a fentieljárás lefőlytatásáhőz alkalmas keverék a fémfelületek bevőnására. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás alumíniumfelület alumínium-, réz-, sárgaréz vagy acélfelülethez kötésére az összekötendő fém(ek) olvadáspontjánál alacsonyabb olvadáspontú keményforrasz ötvözettel. A találmány az eljárás lefolytatására alkalmas, az alumínium-, réz-, sárgaréz vagy acélfelülethez kötendő alumíniumfelület bevonására szolgáló keverékre is vonatkozik.

Alumíniumrészek összekötésére ismert az az eljárás, amely szerint az összekötendő részek felületei közé vagy azokkal érintkezve alumínium keményforrasztására szolgáló ötvözetet helyeznek el, majd a keményforrasz ötvözetet és az összekötendő felületeket alkalmasan összeszerelve olyan hőmérsékletre hevítik, amelynél a keményforrasz ötvözet megolvad, míg az alumíniumrészek szilárd állapotban maradnak (keményforrasztási hőmérséklet). Az ezt követő hűtés során a keményforrasz ötvözet fémszalagot vagy kötést képez, amely összeköti az alumíniumrészek egyesítendő felületeit. Annak biztosítására, hogy a hőkezelési műveletben szelektív módon csak a keményforrasz ötvözet olvadjon meg, a kemény forrasz ötvözet olvadáspontját előnyösen úgy szokás megválasztani, hogy legalább 30-40 °C-kal alacsonyabb legyen, mint az alkatrészeket alkotó fémé. Alkalmas alumínium keményforrasz ötvözet lehet eutektikus összetételű Al-Si ötvözet, amely 577 °C hőmérsékleten olvad meg.

Általános gyakorlat az összekötendő felületek legalább egyikének előzetes plattírozása alumínium keményforrasz ötvözet rétegével. Az ilyen - általában keményforrasztási lemezként ismert - előzetesen plattírozott termékek viszonylag költségesek, ezért számos esetben a keményforrasz ötvözetet inkább egyéb alakban használják, mint plattírozásként. A keményforrasz ötvözet alkalmazásának egyik ismert alternatívája az, hogy az összekötendő felületekre vagy azok egyikére megfelelő folyékony vagy pasztaszerű hordozóanyagban, porított vagy szemcsés alakban felhordják, vagy pedig közvetlenül a felület(ek) mellett helyezik el.

A US 3 971 501 számú szabadalmi leírás eljárást ismertet alumíniumfelületek összekötésére alumínium keményforrasz ötvözettel, amelynek során az összekötendő felületekre porított alakú alumínium keményforrasz ötvözet és porított folyósítószer keverékét hordják fel. Ezt követően a bevonatot megszárítják, és a felületeket a keményforrasztási hőmérsékletre hevítve elvégzik a keményforrasztást. Ez az eljárás az egyéb ismert rendszerekhez hasonlóan keményforrasz ötvözetet alkalmaz.

Bár kifejlesztettek folyósítószer-mentes keményforrasztási eljárásokat is, ezek alkalmazása korlátozott egyrészt gazdaságossági, másrészt egyéb megfontolásokból, amelyek az ilyen eljárások eredményes gyakorlati kivitele által megkívánt sajátos körülmény ékből és berendezésekből fakadnak. Alumínium keményforrasztása során ezért általában szükséges folyósítószer alkalmazása a kötés helye szerinti fémfelületeken általában jelen lévő oxid eltávolítására, valamint a megolvadt keményforrasz ötvözet folyásának elősegítésére a hevítési művelet során. A folyósítószerként használt anyagtól azt várják el, hogy a keményforrasztási hőmérsékleteken a fém-oxidokat feloldja és/vagy egyéb módon eltávolítsa, míg az alumíniummal szemben ezeken a hőmérsékleteken lényegében inért anyagként viselkedjen. Minthogy a folyósítószerek általában csak akkor reakcióképesek, ha legalább részben olvadt állapotban vannak, az alumínium keményforrasztására szolgáló folyósítószereknek gyakorlati szempontból részben vagy teljesen olvadt állapotban kell lenniük a kemény forrasztási hőmérsékleteken, így 577 °C-t nem lényegesen meghaladó, előnyösen annál alacsonyabb hőmérsékleteken.

Az alumínium keményforrasztása során eddig iparilag alkalmazott folyósítószerek főleg kloridok keverékei voltak, amelyek bizonyos esetekben kisebb mennyiségű fluoridadalékokat tartalmaztak. Az alumínium keményforrasztásához jelenleg eredményesen alkalmazott folyósítószert NOCOLOK kereskedelmi néven hozzák forgalomba. Ez a folyósítószer lényegében kálium[fluoro-aluminát(III)].

A találmány feladata javított eljárás kidolgozása alumíniumfelületek, valamint alumínium egyéb felületekhez, így rézhez, sárgarézhez vagy acélhoz kötésére keményforrasztással anélkül, hogy a keményforrasztandó felületeken előzőleg plattírozás útján keményforrasz ötvözetet létesítenénk.

A találmány javított eljárást biztosít alumínium fémfelületekhez kötésére az összekötendő felületeket alkotó fémek olvadáspontjánál alacsonyabb olvadáspontú keményforrasz ötvözettel. Ennek alapján a találmány eljárás alumíniumfelület alumínium-, réz-, sárgaréz vagy acélfelülethez kötésére az összekötendő fém(ek) olvadáspontjánál alacsonyabb olvadáspontú keményforrasz ötvözettel. Eljárás alumíniumfelület alumínium-, réz-, sárgaréz vagy acélfelülethez kötésére az összekötendő fém(ek) olvadáspontjánál alacsonyabb olvadáspontú keményforrasz ötvözettel, amelynek során

a) az összekötendő felületek közül a fémfelületek legalább egyikére bevonatként keményforrasz bevonatot hordunk fel, amely az összekötendő felületekről az oxidrétegeket eltávolító és 600 °C-nál alacsonyabb hőmérsékleten olvadó keményforrasz-folyósító szert tartalmaz,

b) az összekötendő felületeket és a keményforrasz keveréket egymás mellé helyezve és a folyósítószer és a keményforrasz ötvözet megolvadásáig hevítve az összekötendő felületekről eltávolítjuk az oxidréteget, és keményforrasztott szerkezetet hozunk létre, és

c) a keményforrasztott szerkezetet lehűtve a felületek között megszilárdult keményforrasztott kötést létesítünk.

Az eljárás során 4-80 pm méretű szilícium, réz és/vagy germánium fémrészecskéket és az összekötendő felületekről az oxidrétegeket eltávolító kálium[fluoro-aluminát(in)]-at tartalmazó keményforrasz keveréket alkalmazunk, és a fémfelületek legalább egyikével in situ keményforrasztható eutektikus ötvözetet képezünk.

A bevonatként szolgáló keveréket felhordhatjuk száraz por, paszta vagy zagy, előnyösen illékony, cseppfolyós hordozóanyagban lévő zagy alakjában, ahol a hordozóanyag lehet vizes alapú vagy szerves vegyületen, így alkoholon alapuló.

HU 216 682 Β

A bevonatként használt keverékben fémként előnyösen szilíciumot alkalmazunk, azonban alkalmazhatók egyéb fémek, így réz vagy germánium is. A leírásban és a csatolt igénypontokban a „fém” kifejezésen valamely elemi állapotú fémet értjük, ahogyan az ötvözetlen - tulajdonságait nem befolyásoló, kis mennyiségű szennyeződéseket tartalmazó - állapotban a kereskedelemben kapható. A fő követelmény az, hogy a bevonatként használt keverékben legyen jelen olyan fémkomponens, amely a keményforrasztási hőmérsékleteken az alumíniumban vagy az egyéb összekötendő fémben oldódni képes, és a fémmel in situ keményforraszötvözetréteget képez.

A bevonatként használt keverék folyósítószer-komponense bármilyen anyag lehet, amely képes eltávolítani az oxidréteget, és amely 600 °C-nál kisebb hőmérsékleten olvad meg. Folyósítószerként előnyösen komplex kálium- [fluoro-aluminát(III)]-at használunk. A leírásban kálium-[fluoro-aluminát(III)]-on olyan anyagokat értünk, amelyek a kálium-, alumínium- és fluorelemeket tartalmazzák olyan arányban, hogy a KF-, A1F₃-, KA1F₄-, K₂A1F₅-, K₃AlF₆-vegyületek egyike, kettős vagy egyéb kombinációja van jelen. Az összetételt elemi összetételként 20-45 tömeg% kálium-, 10-25 tömeg% alumínium- és 45-60 tömeg% fluoradatokkal vagy a legegyszerűbb ekvivalens vegyületekként 40-70 tömeg% A1F₃- és 30-70 tömeg% KF-adatokkal fejezhetjük ki. Ilyen folyósítószereket ismertet többek között az 1055 914 számú nagy-britanniai szabadalmi leírás (53-55 tömeg% A1F₃és 45-47 tömeg% KF) és a 3 951 328 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás (45-65 tömeg% A1F₃ és 35-55 tömeg% KF, amely K₃A1F₆ és KA1F₄577 °C hőmérsékleten olvadó elegyét adja).

A kívánt folyósítószer-tulajdonságokkal rendelkező egyéb kálium-[íluoro-aluminát(III)]-vegyületeket alkotnak 65,6-99,9 tömeg% KA1F₄ és 34,4-0,1 tömeg% K₃A1F₆ elegyei, továbbá a 0 295 541 számú európai közrebocsátási iratban ismertetett, 31,5-56,2 tömeg% KF és 68,5-43,8 tömeg% A1F₃ használatával készített elegy. További összetételt ismertet a 4579605 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás, amelynek megfelelő folyósítószer a K₂A1F₅ és K₂A1F₅.H₂O vegyületek egyikét tartalmazza KF mellett.

A kereskedelmi forgalomba hozott kálium-[fluoroaluminát(III)]-ra egyik példa a NOCOLOK kereskedelmi nevű folyósítószer. További folyósítószerek az egyéb kálium-[fluoro-aluminát(III)]-vegyületek, így a KA1F₄, K₂A1F₅, K₃A1F₆ és azok keverékei, továbbá a folyósítószer olvadáspontjának csökkentésére cézium-kloriddal, rubídium-kloriddal, lítium-fluoriddal, cézium-fluoriddal és/vagy egyéb alkálifém-halogenidekkel kevert kálium[fluoro-aluminát(III)]-vegyületek. Az alumínium keményforrasztásához használt egyéb ismert folyósítószerek: alkálifém- és alkáliföldfém-kloridok és -fluoridok keverékei, ammónium-klorid, ammónium-íluorid, kálium-hidrogén-difluorid (KHF₂), nátrium-hidrogéndifluorid (NaHF₂), ammónium-hidrogén-difluorid (NH₄HF₂), cink-klorid, továbbá cink-klorid, kálium-hidrogén-difluorid és ammónium-klorid keverékei, valamint kálium-[hexafluoro-cirkonát(IV)] (K₂ZrF₆).

További előnyös folyósítószert ír le a 2241 513 számú nagy-britanniai közrebocsátási irat. Ez a folyósítószer cézium-fluoridot, alumínium-íluoridot és kristályos alumínium-hidroxidot és/vagy alumínium-oxidot tartalmaz a következő képletű, a céziumot komplex sóként tartalmazó kristályos vegyület alakjában:

x.CsF-y.AlF₃- l/2.z.[Al₂O₃.nH₂O és/vagy A1₂O₃],

A képletben x+y+z= 100, x/y<3,

42<x<66, és z>2, ahol az összefüggésekben megadott adatok mol%-ban vannak kifejezve.

n értéke az A1₂O₃ kristályvizének bármely lehetséges értéke lehet.

A fenti kristályos vegyület olvadáspontja a 440-580 °C hőmérséklet-tartományban van. Ez a folyósítószer nem korrozív hatású és biztonságosan használható.

A bevonatként használt keverékben a fémkomponensnek a folyósítószerhez viszonyított tömegaránya 0,1:1-5:1, előnyösen 0,25:1-1:1.

A bevonatként használt keverékben a fémkomponens előnyösen kis méretű részecskék, így 4-80 pm, előnyösen 5-50 pm méretű részecskék alakjában van jelen.

A találmány előnyös kiviteli alakjában a bevonatként használt keverék paszta képzésére szolgáló kötőanyag-komponenst is tartalmazhat. Ezt a kötőanyagot a számos kötőanyag közül úgy választhatjuk meg, hogy a folyósítószer és az eutektikus ötvözet olvadáspontjánál kisebb hőmérsékleten elpárologjon. Alkalmas kötőanyagok többek között a poli(etil-metakrilát) és a butilakrilát vagy l-(2-metoxi-l-metil-oxi)-2-propanol, hordozóanyagként alkalmas a propilénglikol vagy a 2-metil-2,4-pentándiol.

A bevonatként használt keverékből általában 130 g/m²nél kevesebbet, előnyösen 30-100 g/m² mennyiséget viszünk fel a felületre. Ha a keverék kötőanyagot tartalmaz, 130 g/m²-ig terjedő mennyiségben alkalmazható. Kötőanyagot nem tartalmazó keveréket azonban nem célszerű alkalmazni 100 g/m²-t meghaladó mennyiségben. Megállapítottuk, hogy különösen előnyösen olyan mennyiségben alkalmazható a bevonatként használt keverék, hogy az a felületen 20-30 g/m² mennyiségű folyósítószert biztosítson.

Ha a bevonatként használt keverék fémkomponensét szilíciumrészecskék alkotják, és az összekötendő fém alumínium, a találmány szerinti kötési eljárást előnyösen az 500-650 °C hőmérséklet-tartományban folytatjuk le. A keményforrasztás minősége, azaz a keményforrasztás hézagmentessége, a forrasz méretei és hasonló jellemzők a keményforrasz keverékben a szilícium/folyósítószer viszonylagos mennyiségétől, a felület ezen keverékkel való fedettségétől és a keményforrasztási hőmérsékleten a hőn tartási időtől függenek.

A keményforrasztás a folyósítószer és a felületi fém kölcsönhatása útján megy végbe. A keményforrasztási hőmérséklet az összekötendő felületi fémtől vagy fé3

HU 216 682 Β mektől függ. Alumíniumfelületek keményforrasztása így lehetséges az 500-650 °C hőmérséklet-tartományban, míg alumínium keményforrasztása rézhez az 570-590 °C hőmérséklet-tartományban.

Ha alumíniumfelületeket kötünk össze, a folyósítószer 600 °C-on megolvad, és feloldja vagy eltávolítja az összekötendő alumíniumfelületeken eredendően jelen lévő oxidréteget, ezáltal a finom szilíciumpomak új alumíniumfelületet teszünk szabaddá. A szilícium ezen hőmérsékleten az alumíniumban mutatott nagy oldhatósága következtében gyorsan beoldódik a szabaddá tett alumíniumfelületbe, ennek során mindkét alumínium alkatrészben a 12,6 tömeg% Si/87,4 tömeg% Al eutektikus ötvözethez közeli összetételűnek vélt Al/Si ötvözet felületi rétege keletkezik. Minthogy ezen eutektikus ötvözet olvadáspontja csak 577 °C, a szilíciumot tartalmazó alumíniumfelületek 577 °C-ot meghaladó hőmérsékleteken megolvadnak, és megfolyósodnak a kérdéses kötés felületi hézagának kitöltésére. A megolvadt folyósítószer csökkenti az Si/Al eutektikus ötvözet olvadékának felületi feszültségét, és a megolvadt ötvözetet behúzza a kötés felületi hézagaiba, és ezáltal javítja a keményforrasztással létrehozott kötés minőségét. Megjegyezzük, hogy a folyósítószer porával túl nagy mennyiségű szilíciumot használva meghiúsulhat alacsony olvadáspontú és nagy folyási képességű ötvözetréteg kialakulása az alumínium felületén, és ezáltal kielégítő keményforrasz képződése a kötésben. Minthogy az Al/Si eutektikus ötvözet képződése a szilícium alumíniumba történő diffúziójától függ, a keményforrasztási művelet 577 °C-ot meghaladó hőmérsékleten kellő hosszúságú időtartamot igényel a szilícium diffúziója számára, továbbá ahhoz, hogy ezt követően az ötvözet és a forrasz képződését kiváltó folyamatok végbemehessenek. Ez az időtartam a forrasz méreteitől függően rendszerint 2 és 5 perc között van.

Azt is megállapítottuk, hogy ötvözőelemeket, így mangánt, rezet és hasonlókat tartalmazó alumínium alkatrészekből előállított kötésekben a keményforrasztás során képződő forraszok minőségét az alumíniumon kívül oly módon is javíthatjuk, hogy nyomokban ezeknek vagy más elemeknek, vagy ezen vagy egyéb elemek ötvözeteinek porát adjuk a bevonatként használt keverékhez. Jobb tulajdonságú kötések előállítására a bevonatként használt keverék az eutektikumot képező fém részecskeméretével azonos méretű egyéb fémporokat is tartalmazhat. így a bevonatként használt keverékhez rézpor hozzáadása ahhoz vezet, hogy a keményforrasztás során az eredeti ötvözetek mechanikai szilárdságának növekedéséhez elegendő mennyiségű réz diffundál a kötésekbe - általánosabban véve a kötést tartalmazó szerkezet alapötvözetébe. Egyenként vagy egymással alkotott kombinációban Fe-, Μη-, Ni- és Zn-por hozzáadása a bevonatként használt keverékhez az összekötött alumínium alkatrészeknek nagyobb mechanikai szilárdságot, nagyobb melegszilárdságot és/vagy javított hőkezelhetőséget kölcsönöz. Bi- és Sr-adalékokkal elérhetjük azt, hogy a keményforrasztás során az eutektikus folyadék jobban nedvesíti az eredeti ötvözetet. A keményforrasztott alkatrészek korrózióállóságát Μη-, Cr-, Sb-, V- vagy Zn-por hozzáadásával javíthatjuk. Zn-adalékok hozzájárulhatnak ahhoz, hogy anódos oxidációt követően kitűnő felületminőséget kapjunk. A keményforrasztott szerkezet hegeszthetőségét a bevonatként használt keverékhez adott Be-adalékokkal javíthatjuk.

Az előzőekben ismertetett keverék használatával keményforrasztás útján előállított alumíniumkötés és a kötéssel szomszédos fém korrózióállóságát jelentősen növelhetjük azáltal, hogy a keményforrasz keverékbe galvánanódként oldódó anyagot, így cinkport vagy hasonlót viszünk be. A galvánanódként oldódó anyag mennyiségét úgy kell megválasztani, hogy kielégítse a korrózióvédelem nyújtásához szükséges követelményeket anélkül, hogy rontaná a keményforrasz általános minőségét.

A következőkben a találmányt példákkal szemléltetjük.

1. példa

AA1100 típusú alumíniumötvözetből készült két darab 25 mm széles, 28 mm hosszú és 1,3 mm vastag lemezcsíkot használtunk.

A bevonatként használt folyósítószer/szilícium keveréket úgy állítottuk elő, hogy NOCOLOK kereskedelmi nevű keményforrasztási folyósítószert és 30 μιη jellemző részecskeméretű fémszilícium port kevertünk össze. A folyósítószert és a szilíciumot az alábbi 1. táblázatban feltüntetett különböző arányokban alkalmaztuk.

A bevonatként használt folyósítószer/szilícium keveréket izopropil-alkoholban felzagyoltuk. A kapott zagyot a lemezcsíkok felületére úgy vittük fel, hogy a lemezcsíkokat bemártottuk a zagyba, majd kiemeltük, és 150 °C hőmérsékleten 5 percen át szárítottuk azokat. A két lemezcsíkot „T” alakban összeszereltük, és keményforrasztó kemencében nitrogénatmoszféra alatt 600 °C-ra hevítettük. A keményforrasztási művelet teljes időtartama 12 perc volt, ebből az 560-605 °C-os maximális hőmérsékletre 3 perc időtartam esett.

A kemény forrasztás minőségét feljegyeztük a forrasz mérete és minősége alapján. Az adatokat az 1. táblázat tünteti fel.

1. táblázat

Hordozóanyag	Si/folyósítószer tömegaránya	Alkalmazott fajlagos tömeg	A keményforrasztás minősege
Összesen g/m²	Folyósitószer g/m²	Si g/m²
-	0,56	15,6	10	5,6	vékony forrasz
-	1,23	21	9,4	11,6	kitűnő forrasz

HU 216 682 Β

1. táblázat (folytatás)

Hordozóanyag	Si/folyósítószer tömegaránya	Alkalmazott fajlagos tömeg	A kemcnyforrasztás minősege
Összesen g/m²	Folyósitószer g/m²	Si g/m²
izopropil-alkohol	0,5	10	6,7	3,3	részleges keményforrasztás
izopropil-alkohol	0,25	9,6	7,7	1,9	nincs keményforrasztás

A vizsgálati eredmények azt jelzik, hogy a keményforrasztás megvalósításához 3,3 g/m² fajlagos mennyiségű szilíciumpor nem elegendő, 11,6 g/m² esetén azonban kitűnő minőségű keményforrasztáshoz jutunk

2. példa

A zagy készítéséhez víz és izopropil-alkohol használatát hasonlítottuk össze. Ismert, hogy az izopropil-alkohol előzetes tisztítás nélkül is nedvesíti az alumínium felületét, minthogy az alumíniumlemez felületén lévő olaj- és zsírrétegen áthatol. Az ipari gyakorlatban azonban csak vizes hordozórendszer alkalmazható. Vizsgálatot végeztünk annak meghatározására, hogy hordozóanyagként vizet használva a kielégítő keményforrasztáshoz elegendő folyósítószer és szilícium felvihető-e a lemez felületére.

Különböző szilícium: folyósítószer arányú folyósítószer/szilícium keveréket készítettünk, és a 2. táblázatban feltüntetett, eltérő koncentrációjú zagyokat állítottuk elő. Ezekhez a vizsgálatokhoz mintaként két, AA1100 típusú alumíniumlemez között lévő hullámosított AA3003 típusú alumíniumlemezből álló szokásos alumínium hőcserélő egy kis részletét használtuk. Ezen anyagok egyike sem volt plattírozva a szokásos, 11 ιοί 5 meg% szilíciumot tartalmazó alumíniumötvözettel.

A vizsgálat során a hordozóanyagként alkoholt tartalmazó zagyot közvetlenül a fémfelületre, míg a vizes zagyot tisztított fémfelületre vittük fel. Annak biztosítására, hogy a hordozóanyagként vizet tartalmazó zagy jól nedvesítse a felületet, a tisztítást úgy végeztük, hogy a vizsgálati mintát 5 -15 s időtartamra nátrium-hidroxid 5 tömeg%-os oldatába merítettük.

A vizsgálati mintára úgy vittük fel a folyósítószer/szilícium keverék zagyát, hogy a mintát bemártot25 tűk a zagyba, majd kiemeltük, és 150 °C hőmérsékleten 5 percen át szárítottuk azokat. Meghatároztuk a minta tömegének növekedését, és abból számítottuk a felületen lévő folyósítószer és fémszilícium mennyiségét. Az eredményeket a 2. táblázat tartalmazza.

Az eredmények azt jelzik, hogy a hordozóanyagként vizet tartalmazó zagyból megfelelő tömegű fémszilíciumot és folyósítószert lehetett felvinni a felületre.

2. táblázat

Zagykon- centráció (tömcg% szilárd anyag)	Zagytípus	Száraz zagybevonat tömege
Alkoholhordozóanyag	HjO-hordozóanyag
Si/folyósítószer tömegarány	Si/folyósitószer tömegarány
1:1	1:2	1:3	1:2,8	1:3,3	1:4
20	Si (g/m²)	2,5	1,7	1,2	-	-	-
Folyósítószer (g/m²)	2,5	3,4	3,4	-	-	-
Összesen (g/m²)	5,0	5,1	4,6	-	-	-
30	Si (g/m²)	3,9	2,7	2,1	-	-	-
Folyósítószer (g/m²)	3,9	5,4	6,3	-	-	-
Összesen (g/m²)	7,8	8,1	8,4	-	-	-
40	Si (g/m²)	6,4	4,6	4,5	7,0	6,5	4,3
Folyósítószer (g/m²)	6,4	9,3	13,4	19,5	21,5	17,1
Összesen (g/m²)	12,8	13,9	17,9	26,5	28,0	21,4

3. példa

A 2. példában ismertetett módon vizsgálati mintákat készítettünk. Folyósítószer és szilícium keverékét hordozóanyagként izopropil-alkoholt tartalmazó zagyból vittük fel, ennek során három különböző - 20, 30 és 40 tömeg% - mennyiségű szilárd anyagot tartalmazó zagykoncentrációt használtunk, hogy a 3. táblá60 zatban feltüntetett módon különböző fajlagos tömegű

HU 216 682 Β szilíciumot és folyósítószert tartalmazó bevonatokat kapjunk.

A mintát bemártottuk a zagyba, majd a hordozóanyagot 150 °C hőmérsékleten 5 perc időtartamig végzett szárítás útján eltávolítottuk. A mintákkal három különböző véghőmérsékleten - 585, 590 és 600 °C-on nitrogénatmoszférában az 1. példában leírt módon végeztünk keményforrasztást.

3. táblázat

Alkoholos Si/folyósítószer keményforrasztási rendszer; a forrasz méretének vizuális meghatározása

Zagykoncentráció	20 tömeg% szilárd anyag	30 tömcg% szilárd anyag	40 tömeg% szilárd anyag
Hőmér- séklet (°C)	Folyósítószer- arány	1:1	1:2	1:3	1:1	1:2	1:3	1:1	1:2	1:3
600	Si (g/m³)	2,6	1,9	1,3	3,9	3,1	2,2	6,5	4,7	4,5
Folyósítószer (g/m²)	2,6	3,8	3,9	3,9	6,2	6,6	6,5	9,4	13,5
Forraszminős ég	A	A	B	A	B	C*	A	A	B
590	Si (g/m²)	2,4	1,6	0,9	3,9	2,3	2,1	6,6	4,1	4,5
Folyósítószer (g/m²)	2,4	3,1	2,5	3,9	4,6	6,3	6,6	8,3	13,3
Forraszminős ég	B	C	D	A	D	D	A	A	A
585	Si (g/m²)	2,4	1,6	1,3	4,0	2,7	2,0	6,0	5,1	4,4
Folyósítószer (g/m²)	2,4	3,3	3,9	4,0	5,4	6,0	6,0	10,0	13,3
Forraszminős ég	D	D	D	A	C	C	C	B	A

A forrasz jellemzése:

A - összefüggő/nagy

B - összefuggö/közepes C - összefiiggő/keves D - nem összefíiggő/nagyon kevés * - anomáliát mutató

A fenti eredmények azt mutatják, hogy kielégítő eredményeket kapunk a folyósítószer és fém következő tartományaiban: 40

600 °C keményforrasztási hőmérsékleten kielégítő eredményeket kapunk 1,3 g/m² fajlagos tömegű szilícium és 1:3 szilícium: folyósítószer arány esetén. 1:3 értéket meghaladó szilícium: folyósítószer arány mellett 2-6,5 g/m² fajlagos tömegű szilícium esetén kapunk 45 kielégítő forraszokat.

590 °C keményforrasztási hőmérsékleten kielégítő eredményeket kapunk 2,4 g/m² fajlagos tömegű szilícium esetén, feltéve, hogy a szilícium: folyósítószer arány 1:1.

585 °C keményforrasztási hőmérsékleten kielégítő eredményeket kapunk 4,0 g/m² fajlagos tömegű szilícium és 1:1 értékű szilícium:folyósítószer arány esetén.

A fenti adatok alapján tehát magasabb kemény forrasztási hőmérsékleteken kielégítő keményforrasztáshoz a szilícium kisebb koncentrációkban szükséges.

4. példa

A mintákat a 2. példában ismertetett módon készítettük. A szilícium és NOCOLOK folyósítószer keveré- 60 két hordozóanyagként vizet tartalmazó zagyból vittük fel; a szilárd anyag koncentrációja 40 tömeg% volt.

A keményforrasztást 600 °C hőmérsékleten folytattuk le. A forrasz minőségét vizuálisan határoztuk meg, az eredményeket a 4. táblázat foglalja össze.

4. táblázat

Zagykoncentráció	40 tömeg% szilárd anyag
Hőmér- séklet (°C)	Folyósítószer- arány	1:2,8	1:3,3	1:4
600	Si (g/m²)	7,0	6,5	4,3
	Folyósítószer (g/m²)	19,5	21,5	17,1
	Forraszminőség	A	B	C

A forrasz jellemzése:

A - összefuggő/nagy B - összefüggő/közepes C - összefüggő,/kevés

HU 216 682 Β

Ezek az eredmények azt jelzik, hogy 7,0 g/m² fajlagos tömegű szilícium szükséges reprodukálhatóan jó minőségű forrasz eléréséhez, és hogy 4,30 g/m² fajlagos tömegű szilícium nem elegendő, ha a szilícium: folyósítószer arány kisebb, mint 1:3,3.

5. példa

Ez a példa a korrózióállóság javítását szemlélteti abban az esetben, ha a NOCOLOK/szilíciumpor keverékhez fémcink porát adjuk.

A folyósítószer/fém keverék a következő alkotórészeket tartalmazta:

tömegrész cinkpor (99,9% tisztaságú, 8 pm méretű), rész szilíciumpor (99,1% tisztaságú, 44 pm méretű), rész NOCOLOK folyósítószer.

Ezt a keveréket kellő mennyiségű vízben felzagyolva 40 tömeg% szilárdanyag-tartalmú zagyot állítottunk elő.

A folyósítószer/fém keveréket 25,4 mmx38,l mm méretű AA1100 és AA3003 típusú alumíniumötvözetből készült lemezcsíkokra vittük fel, amelyeket előzőleg nátrium-hidroxid 5 tömeg%-os vizes oldatába merítve tisztítottunk, majd a zagyba mártottuk és megszárítottuk azokat. A kapott fajlagos tömeg értéke 4,3 g/m²szilícium, 4,5 g/m² cink és 17,2 g/m² NOCOLOK folyósítószer volt.

A két lemezcsíkot „T” alakban összeszereltük, és nitrogénatmoszféra alatt 600 °C-ra hevítve keményforrasztást végeztünk.

A lemezcsíkokat feldaraboltuk, és a forrasz keresztmetszetét pásztázó elektronmikroszkóppal vizsgáltuk.

A vizsgálatok azt mutatták, hogy a cink az alumíniumötvözetbe legalább 50 pm mélységbe bediffundált, és hogy a szilícium majdnem teljes mennyisége reagált az alumíniummal 11 tömeg% szilíciumot tartalmazó eutektikus ötvözet keletkezése közben.

Ezt követően a lemezcsíkokat korróziós vizsgálatban tanulmányoztuk, és olyan lemezcsíkokkal hasonlítottuk össze, amelyeket a szokásos NOCOLOK keményforrasztási eljárással, a folyósítószerhez szilíciu10 mot vagy cinket nem adva állítottunk elő. A korrózióvizsgálat eredményei azt mutatták, hogy cink hozzáadása a folyósítószerhez nem befolyásolta hátrányosan a szilícium diffúziós folyamatát és a lemezcsíkok korrózióállóságát.

6. példa

A találmány szerinti eljárást alkalmazhatjuk alumínium rézhez történő kötéséhez is. Ehhez a vizsgálathoz átlapolásos kötési elrendezést használtunk, amely

63 mmx50 mm méretű alaplapból és 25 mmx75 mm méretű lemezcsíkból állt, ahol az utóbbi 50 mm-re átlapolta az alaplemezt. Az (AA1100 típusú) alumíniumból készült alkatrészt nátrium-hidroxid 65 °C hőmérsékletű, 5 tömeg%-os oldatában tisztítottuk, 50%-os salétromsavban semlegesítettük, majd vízzel öblítettük, és füvatott levegővel szárítottuk. A rézből készült alkatrészt 1 percen át 50%-os salétromsavban tisztítottuk, majd vízzel öblítettük, és füvatott levegővel szárítottuk.

A kísérleti körülményeket az 5. táblázat foglalja össze.

5. táblázat

Mintaelrcndczcs	Zagykoncentráció* (tömeg% összes szilárd anyag)	Teljes fajlagos tömeg (g/m²)	Si fajlagos tömege (g/m²)	Folyósítószer fajlagos tömege (g/m²)	Az elért legmagasabb hőmérséklet (°C)
Cu-lemezcsík Al-alaplap	50	44,3	11,1	33,3	584
Al-lemezcsík Cu-alaplap	50	56,4	14,1	42,3	576
Al-lemezcsík Cu-alaplap	30	32,9	8,2	24,7	580

* Csak a lcmczcsík alsó oldala volt bevonva folyósítószer+szí lícium keverékével; az alaplap nem volt bevonva.

A rézlemezcsík- és alumíníumalaplemez-elemekből összeállított szerkezetben kötés jött létre, ha az elérte az 584 °C hőmérsékletet, azonban az alumínium alaplemez jelentős mértékű eróziót szenvedett a rézanyagú lemezcsík sarkai körül. Egy alumíniumanyagú lemezcsík és rézanyagú alaplemezelemekből álló szerelvényben, amely elérte az 576 °C hőmérsékletet - valószínűleg a nem kellő hőmérséklet miatt - nem alakult ki forrasz. Kisebb (8,2 g/m²) fajlagos tömegű szilíciummal végzett keményforrasztás eredményesnek bizonyult.

A találmány szerinti eljárást alkalmazhatjuk olyan fémgyártmányok szereléséhez, amelyekben két vagy több alkatrészt keményforrasztással kell összekötni, ahol az alkatrészek egyike alumínium.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás alumíniumfelület alumínium-, réz-, sárgaréz vagy acélfelülethez kötésére az összekötendő fém(ek) olvadáspontjánál alacsonyabb olvadáspontú keményforrasz ötvözettel, amelynek során

a) az összekötendő felületek közül a fémfelületek legalább egyikére bevonatként keményforrasz bevonatot hordunk fel, amely az összekötendő felületekről az oxidrétegeket eltávolító és 600 °C-nál alacsonyabb hőmérsékleten olvadó keményforrasz-folyósító szert tartalmaz,

b) az összekötendő felületeket és a keményforrasz keveréket egymás mellé helyezve és a folyósítószer és a

HU 216 682 Β keményforrasz ötvözet megolvadásáig hevítve az öszszekötendő felületekről eltávolítjuk az oxidréteget, és keményforrasztott szerkezetet hozunk létre, és

c) a keményforrasztott szerkezetet lehűtve a felületek között megszilárdult keményforrasztott kötést létesítünk, azzal jellemezve, hogy 4-80 μιη méretű szilícium, réz és/vagy germánium fémrészecskéket és az összekötendő felületekről az oxidrétegeket eltávolító kálium-[fluoro-aluminát(III)]-at tartalmazó keményforrasz keveréket alkalmazunk, és a fémfelületek legalább egyikével in situ keményforrasztható eutektikus ötvözetet képezünk.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém és a keményforrasz-folyósító szer keverékét száraz porként használjuk.
3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém és a keményforrasz-folyósító szer keverékét zagyként használjuk.
4. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a zagyban illékony, cseppfolyós hordozóanyagot használunk.
5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fém és a keményforrasz-folyósító szer keverékét szerves és szervetlen kötőanyagot tartalmazó pasztaként használjuk.
6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a bevonatban fémként szilíciumot használunk.
7. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy 20-45 tömeg% kálium, 10-25 tömeg% alumínium és 45-60 tömeg% fluor elemi összetételű keményforrasz-folyósító szert használunk.
8. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a legegyszerűbb ekvivalens vegyületekként kifejezve 40-70 tömeg% A1F₃- és 30-60 tömeg% KF-tartalmú keményforrasz-folyósítószert használunk.
9. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a keményforrasztott kötés és/vagy annak környezete tulajdonságait módosító legalább egy további, Be-, Cu-, Fe-, Μη-, Ni-, Zn-, Bi-, Sr-, Cr-, Sb- és/vagy V-port is tartalmazó fém és keményforrasz-folyósító szer keveréket használunk.
10. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy fém és keményforraszfolyósító szer olyan keverékét használjuk, amely a folyósítószer olvadáspontját csökkentő alkálifémsót is tartalmaz.
11. Az 1-10. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy bevonatként 0,1:1-5:1 tömegarányú fém: folyósítószer keveréket használunk.
12. Az 1-11. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy két alumíniumfelületet kötünk össze egymással, és ennek során azokat az 500-650 °C hőmérséklet-tartományba hevítjük.
13. Az 1-12. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy alumínium- és rézfelületet kötünk össze egymással, és ennek során azokat az 570-590 °C hőmérséklet-tartományba hevítjük.
14. Az 1-13. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy 5-50 μιη részecskeméretű, eutektikumot képező fémet használunk.
15. A 11. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy 10-30 g/m² mennyiségű folyósítószert hordunk fel a felületre.
16. Keverék alumínium-, réz-, sárgaréz vagy acélfelülethez kötendő alumíniumfelület bevonására, azzal jellemezve, hogy 4-80 μιη méretű szilícium-, réz és/vagy germánium fémrészecskéket és 600 °C-nál alacsonyabb hőmérsékleten olvadó és olvadékállapotban az összekötendő felületekről az oxidrétegeket eltávolító kálium[fluoro-aluminát(III)] keményforrasz-folyósító szert tartalmaz.
17. A 16. igénypont szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy a folyósítószer és az eutektikus ötvözet olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérsékleten illékony kötőanyagot is tartalmaz.
18. A 16. vagy 17. igénypont szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy 20-45 tömeg% kálium, 10-25 tömeg% alumínium és 45-60 tömeg% fluor elemi összetételű keményforrasz-folyósító szert tartalmaz.
19. A 16. vagy 17. igénypont szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy a legegyszerűbb ekvivalens vegyületekként kifejezve 40-70 tömeg% AlF₃-ot és 30-60 tömeg% KF-ot tartalmaz.
20. A 16-19. igénypontok bármelyike szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy a keményforrasztott kötés és/vagy annak környezete tulajdonságait módosító legalább egy további, Be-, Cu-, Fe-, Μη-, Ni-, Zn-, Bi-, Sr-, Cr-, Sb- és/vagy V-port is tartalmaz.
21. A 16-20. igénypontok bármelyike szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy a folyósítószer olvadáspontját csökkentő alkálifémsót is tartalmaz.
22. 16-20. igénypontok bármelyike szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy a bevonatban fémet és folyósítószert 0,1:1-5:1 arányban tartalmaz.
23. A 16-22. igénypontok bármelyike szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy paszta alakjában lévő keveréket tartalmaz.
24. A 16-23. igénypontok bármelyike szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy alumínium, réz, sárgaréz vagy acél felületére van felhordva.