NL7905877A

NL7905877A - Soldeermaterialen en werkwijze voor het bereiden van deze soldeermaterialen.

Info

Publication number: NL7905877A
Application number: NL7905877A
Authority: NL
Original assignee: Johnson Matthey Co Ltd
Priority date: 1978-08-01
Filing date: 1979-07-31
Publication date: 1980-02-05
Also published as: FR2432360A1; ES483021A1; ZA793893B; GB2027617A; SE7906495L; GB2027617B; CA1146025A; US4301211A; BE878006A; JPS5545591A; IT1193704B; IN152853B; IE48459B1; DE2931040A1; NO792504L; AU4936179A; IE791465L; DK323379A; IT7968595A0

Description

* ¢-^ 4 -1- 20870/JD/iv

Aanvrager: Johnson Matthey & Co. Limited, Londen, Groot-Brittannië.

Korte aanduiding: Soldeermaterialen en werkwijze voor het bereiden vans deze soldeermaterialen. * ’/.

* Êii'iti 5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op soldeermaterialen. Boven dien heeft deze uitvinding betrèkking op een werkwijze voor het bereiden van soldeermaterialen.

Solderen is een gewoonlijke gebruikte werkwijze van het aan elkaar bevestigen van metalen delen door middel van een legering met een lager smelt-10 punt dan de aan elkaar te bevestigen delen. Zo'n legering wordt "soldeerlegering" genoemd en, zal als zodanig in de beschrijving aangeduid worden. Ih de literatuur wordt echter vaak een "soldeerlegering" beschreven als "soldeermetaal" en "vulmetaal".

In de praktijk van het solderen worden de metalen delen zodanig aan 15 elkaar bevestigd dat er een klein gat is, het zogenoemde "verbindingsgat" tussen in elkaar grijpende oppervlakten. Daarna worden de delen ten minste in het gebied van de bedoelde verbinding verhit op een temperatuur boven het smeltpunt van de soldeerlegering, onder hun eigen.smeltpunt ( of in het geval van twee of meer delen gemaakt van niet gelijke metalen of legeringen, onder het 20 laagste smeltpunt), waarna de soldeerlegering aangebracht en zodanig gesmolten wordt dat het verbindingsgat gevuld wordt door het mechanisme van capillaire stroming. De metalen delen smelten niet, maar worden vast aan elkaar bevestigd wanneer de soldeerlegering stolt. De soldeerlegeringen smelten kenmerkend bij temperaturen boven 425°C.

25 Wanneer metalen delen aan elkaar bevestigd worden door solderen, is het belangrijk dat zowel de gesmolten soldeerlegering en het bevestigingsge-bied van de delen die aan elkaar bevestigd moeten worden, vrij zijn van oxyde-films op het moment van de vorming van de verbinding. Dit kan bewerkstelligd worden door het solderen in een reducerende atmosfeer in een oven'*üit te voe-30 ren; wanneer echter het solderen in lucht uitgevoerd wordt, wordt het vereiste vrij zijn van oxydefilms op de gesmolten soldeerlegering en op de te bevestigen delen bewerkstelligd door middel van een vloeimiddel. Deze omvat in het algemeen een mengsel van boraten, fluoboraten en soms chlorides van een of meerdere alkalimetalen.

35 Ofschoon het voornaamste doel van het vloeimiddel het belemmeren is, 790 58 77 ..· ;· : ·;ΐ . <* ' ' - ' -2- 20870/JD/iv gedurende het verwarmen, van de oxydatie van de gesmolten soldeérlegering en van ten minste de gekozen gebieden van de delen die aan elkaar bevestigd worden, moet het ook smelten en stromen; bij een temperatuur onder het smeltpunt van de soldeerlegering, de oppervlakken van de metalen delen bevochtigen, het 5 ' bevochtigen van de metalen delen door de gesmolten soldeerlegering vergemakkelijken, en in staat zijn verplaatst te worden door de gesmolten soldeerlegering* ^

Normaal wordt in de praktijk bij het solderen het soldeervloeimiddel aangebracht in de vorm van. een pasta, op het bfevestigingsgebied wanneer de werk-10 stukken koud zijn, waarna het bevestigingsgebied tot de soldeerteraperatuur bereikt is, verwarmd wordt, en dan de soldeerlegering door het eindgedeelte van een "soldeerstaaf" te smelten in het verbindingsgat aan te brengen, welke soldeerstaaf een staaf van de soldeerlegering is*

Ten einde de bekende toepassing van het vloeimiddel op deze manier te 15 vermijden en daarbij een stap in het soldeerproces te. elimineren, zijn vloeimiddel- bedekte soldeerstaven ontwikkeld.

Zulke vloeimiddel-bedekte soldeerstaven worden gemaakt door eerst een soldeervloeimiddelpoeder met water of een organische vloeistof te vermengen tot een deegachtige substantie* Het verkregen mengsel, wordt dan in dè houder 20 van een extrusiepers gebracht waarbij geëxtrudeerde ronde staven, gemaakt van de soldeerlegering, door het centrum van de extrusiematrijs worden geleid.

Op deze manier wordt een nagenoeg concentrische deklaag van het vïoeimiddel-pasta met een gewenste dikte op de soldeerstaven bereid*. Ten slotte worden de vloeimiddel-bedekte staven gebakken om de deklaag te harden.

25 Een nadeel van de tegenwoordige beschikbare vloeimiddel-bedekte soldeer staven, welke in het algemeen op de bovenvermelde manier gemaakt'worden, is dat de deklagen relatief breekbaar zijn. Als gevolg daarvan gaan de vlöëimiddel-deklagen gemakkelijk stuk tijdens het vervoer en verwerken, zodat gedeeltes van de deklagen losraken van de staven en hun bruikbaarheid en rendement over-30 eenkomstig verminderen.

Een doel van de onderhavige uitvinding is te voorzien in een vloeimiddel-bedekte soldeerstaaf waarbij de vloeimiddeldeklaag een zekere mate van elasticiteit daaraan verleent, waarbij de nadelen van bekende staven, zoals tevoren beschreven, geëlimineerd worden of ten minste-'voor een deel beperkt.

35 De onderhavige uitvinding geeft een soldeermateriaal, welke gekenmerkt ' ' .

790 5 8 77 «Γ Λ * *· \ -3- 20870/JDsttv r' wordt, doordat dit een soldeerlegering omvat met een deklaag, welke een sol-deervloeimiddel en een elastomeer omvat. Het bereiden van vloeimiddel-bedekte staven van de soldeerlegering omvat het extruderen om de staven van de soldeerlegering van een deegachtige pasta omvattende het gepoederde soldeervloei-5 middel en een oplossing van een elastomeer.

Een uitgebreid experimenteel onderzoek heeft aangetoond dat een elastomeer geschikt voor de eerste of tweede kenmerken van de uitvinding bijïvoor-keur de volgende eigenschappen moet hebben: ( T) De elastomeeroplossing, wanneer’het gemengd wordt met een vloeimid-10 delpoeder, moet een pasta geven, welke bij de extrusie op een sol- deerstaaf in staat is een zachte dichte continue deklaag te geven met een voldoende nieuwe sterkte ten einde de pas bedekte staaf gemakkelijk en veilig te verwerken.

2) Het elastomeer moet zodanig zijn dat het vers bereide mengsel van 15 het vloeimiddelpoeder en elastomeeroplossing werkzaam zal blijven gedurende een tijd welke voldoende lang-is voor het uitvoeren van de vloeimiddelbedekkingswerkwijze.. ·"“ 3} Het elastomeer en elke andere component van het mengsel welke in de vloeimiddeldeklaag blijft op de soldeerstaven, wanneer ze klaar 20 zijn voor het gebruik,, mogen niet interfereren met het voornaamste doel van het soldeervloeimiddel. Het elastomeer en elle andere component die in de vloeimiddeldeklaag blijft, moeten goede afbrandings-eigenschappen hebben, dat wil zeggen ze mogen geen grote hoeveelheden rook geven wanneer een vloeimiddel-bedekte staaf volgens de 25 uitvinding verwarmd wordt, en ze moeten afbrandbaar zijn of volle dig vluchtig zonder vaste residuen achter te laten.

4) Het elastomeer moet zodanig zijn dat het mengsel dat het vloeimiddelpoeder en het elastomeer bevat, in staat zal zijn een deklaag te geven welke, na het harden of drogen of beide voldoende flexibel 30 is ten einde een ruwe verwerking te weerstaan.

5) Het elastomeer moet zodanig zijn dat het mengsel dat het vloeimiddelpoeder en elastomeer bevat, de bovenvermelde gewenste eigenschappen 1)-4} heeft, in toevoeging op een voldoend hoog vloeimiddelgehalte om de uit te voeren soldeerwerkwijze efficiënt in staat te stellen.

35 Bij voorkeur moet het vloeimiddelgehalte niet groter dan 95, bij voorbeeld 70 gew.% zijn.

790 58 77 . ^ ' - s> " -4- 20870/JD/iv

Volgens een ander aspect van de uitvinding moet daarom het elastomeer van de onderhavige uitvinding de eigenschappen 4) en 5), welke hierboven verklaard zijn, hebben en bij voorkeur een van de eigenschappen 1)-3.).,

Het is gebleken dat alle bovenvermelde eigenschappen 1>-5) optreden 5 bij elastomeren zoals polyisobutylenen met een. hoog molecuulgewicht en bepaalde synthetische rubbers. Bepaalde rubbers zijn butyl-, poiybutadieen-, polyisopreen- en butadieenstyreenrubbers. Het polyisobutyleen of een synthe-tische rubber (in een geschikt oplosmiddel) kan op zich gebruikt worden ter bereiding van een vloeimiddel/elastomeermengsel. Als alternatief kunnen raeng- 10 seis van polyisobutyleen en een. of meerdere synthetische rubbers of mengsels van twee of meerdere synthetische rubbers gebruikt worden. Geschikte oplosmiddelen omvatten xyleen, ofschoon deze natuurlijk, niet de enige oplosmiddelen zijn welke gebruikt kunnen worden. Een bijzonder effectief oplosmiddel is het oplosmiddel dat zowel xyleen als keroseen bevat.

15 Een samenstelling van het beginmengsel dat een sterke,, harde deklaag met enige mate van flexibiliteit zal ge ven, wordt als volgt gegevenf 1 gew, deel butylrubber, 4 gew. delen xyleen, en 10 gew. delen soldeervloeimiddelpoeder.

20 Bij voorkeur is het beginmengsel dat een sterke, harde deklaag met enige mate van flexibiliteit zal geven, als volgt: 1 gew. deel butylrubber, 3-4 gew. delen xyleen, en 10gew. delen soldeervloeimiddelpoeder.

25 Een samenstelling van het beginmengsel ter bereiding van een enigszins zachtere en erg flexibele deklaag is: 1 gew. deel polyisobutyleen met een hoog molecuulgewicht, " 3 gew. delen xyleen, en 11 gew. delen soldeervloeimiddelpoeder.

30 Wanneer een beginmengsel. bereid wordt, is het gemakkelijk eerst de or ganische drager te bereiden door het elastomeer op te lossen iri het oplosmiddel en dan het soldeervloeimiddelpoeder op de drager toe te voegen. Geschikte organische dragers zijn die met de volgende samenstellingen: elastomeer 10-30 gew.% 35 keroseen 30-70 gew.% xyleen 10-40 gew.% stabiliserend middel 0,1-0,3 gew.%, 700 5 8 77 • % £

* I

* r -5- 20870/JD/iv waarbij de functie van het stabiliserend middel het ten minste minimaliseren is van de depolymerisatie van het elastomeer welk polyisobu.tyleen, synthetische rubber of mengsels van deze zoals tevoren aangegeven,kan zijn.

Een bijzonder effectieve organische drager heeft de samenstelling: 5 polyisobutyleen 22,5 gew.% keroseen ’ 52,3 gew.% è -/· xyleen 25,0 gew.% gebutyleerd hydroxytolueen 0,2 gew.%, waarbij het gebutyleerde hydroxytolueen het stabiliserend middel is 10 en polyisobutyleen het elastomeer.

Wanneer de organische drager bereid wordt, is het gemakkelijk het elastomeer in een mengsel van het oplosmiddel en het stabiliserend middel door zacht roeren in een gas-afdichtende houder bij ongeveer 80°C op te lossen.

Ten einde het beginmengsel uit een organische drager te bereiden, zo- 15 als die welke hierboven gegeven worden, wordt 65-95 gew.% gepoederd soldeer- « * vloeimiddel toegevoegd aan 5-35 gew.% drager en geroerd, bijvoorbeeld in een inrichting zoals een Hobart Dough menger. De voorkeurhebbende hoeveelheden wanneer de organische drager gebruikt wordt, zijn: soldeervloeimiddelpoeder 80,6 gew.% 20 organische drager 19,4 gew.%.

Aanvraagster is gebleken dat het toevoegen van een kleine hoeveelheid van een bevochtiging bevorderend middel, wanneer het soldeervloeimiddelpoeder toegevoegd wordt aan de organische drager, het mengen vergemakkelijkt en tot de vorming van een homogeen produkt leidt. Verder is het bruikbaar een kleur-25 stof op dit moment toe te voegen ten einde het mengsel te identificeren en eventueel de vloeimiddeldeklaag op een soldeerstaaf.

Een geschikt bevochtiging bevorderend middel is DU0MEEN T, in de handel gebracht door AKZO Chemie (UK) Limited. Dit is een mengsel van oleïnezuur en 1,3 diaminepropaan en is normaal in de hoeveelheid van ongeveer 0,01 gew.% 30 van het mengsel.

De kleurstoffen welke geschikt zijn gebleken voor het kleuren van het mengsel zijn de volgende organische kleurstoffen, in de handel gebracht door Keegan, Brico en Tetley Chemicals Limited,.Londen: 35 790 5 8 77 tr. vr’ r - c- ^ , · -6- 20870/JD/iv

Waxoline groen 5GSW

Waxoline geel RPEW

Waxoline rood MP

Waxoline blauw A -¾ 5 Waxoline oranje EPFW en ΗΦ "r,i . Kenawas bruin 5806. * ν

De mechanische eigenschappen van de deklaag, zoals sterkte en flexibiliteit, kunnen gevarieerd worden door een geschikte keuze van het molecuulge-wicht van polyisobutyleen wanneer deze op zich gebruikt wordt; door mengsels 10 te gebruiken van polyisobutyleen en synthetische rubber in variërende hoeveelheden; door de keuze van het molecuulgewicht van polyisobutyleen in zulke mengsels en door het variëren van de hoeveelheid vloeimiddel in het beginmengsel.

Er wordt gebruik gemaakt van een harde deklaag van polyisobutyleen met een molecuulgewicht boven 125*000, bijvoorbeeld 140.000. Zachtere deklagen hebben 15 een materiaal met een molecuulgewicht. van ongeveer 90.000 of minder, bijvoorbeeld 55.000.

Een geschikte vorm van polyisobutyleen wordt onder het handelsmerk VISTANEX verkocht en voor zachte deklagen is VISTANEX MM L-80 met een gemiddeld. Staudinger molecuulgewicht tussen 64.000 en 81.000 geschikt. Voor 20 hardere deklagen kan aan de andere kant VISTANEX MM L-140 met een gemiddeld Staudinger molecuulgewicht tussen 117.000 en 135.000 gebruikt worden.

De samenstelling van een kenmerkend beginmengsel kan als volgt zijn:: gew.%

Vistanex MM L-80 4,34 25 Keroseen 10,13 xyleen 4,80 gebutyleerd hydroxytolueen ("BHT" stabilisator) 0,04

Waxoline geel RPEW kleurstof 0,08

Duomeen T 0,01 30 soldeervloeimiddelpoeder 80,60 100,00 ' *,rf

Ten einde soldeerstaven met een mengsel zoals tevoren beschreven te bedekken, wordt het mengsel gepast samengeperst in korte buizen met dikke wanden, welke dan geplaatst worden in een extrusiepers en om opvolgende sol-35 deerstaven geextrudeerd. Deze bedekte staven worden dan verwarmd op 80°C ten- 790 58 77 r J r % -7- 20870/JD/iv einde de vluchtige stoffen te verwijderen en de deklagen te harden.

Elke tegenwoordig toepasbare soldeerlegering en soldeervloeimiddel kan gebruikt worden voor de doelstellingen van de onderhavige uitvinding.

Het moet opgemerkt worden dat in conventionele soldeerwerkwijzen, uit-5 gevoerd met een vloeimiddeldeklaag verschillende vloeimiddelen, afhankelijk van de samenstelling en smèltpunt van de soldeerlegering gebruikt, worden en van de samenstelling van de te bevestigen materialen. Dezelfdes factoren beheersen de samenstelling van het vloeimiddel, gebruikt bij de bereiding ven vloeimiddel-bedekte soldeerlegeringsstaven.

10 ' Een kenmerkend succesvol produkt, gemaakt in overeenstemming met de onderhavige uitvinding, omvat een zilver-koper-zink-cadmium-legeringsstaaf (verkocht onder het handelsmerk EASY-FLO) bedekt met een mengsel omvattende een kaliumboraat/kaliumfluorboraatflux (verkocht onder het geregistreerde handelsmerk TENACITY als Tenacity Flux no. 2).

15 Aanvraagster is gebleken dat de deklagen op vloeimiddel-bedekte sol- deerstaven volgens de onderhavige uitvinding een hoge mate van elasticiteit hebben en veel minder breekbaar zijn dan de deklagen op de meeste tegenwoordig beschikbare soldeerstaven. Een procedure welke ontwikkeld is door aanvraagster voor het testen van elasticiteit'van de deklaag, omvat het buigen van 20 de soldeerstaaf om ronde testspillen met verminderde diameter totdat, in elk geval, de twee armen van de staaf eerst evenwijdig aan elkaar zijn, waarna de staaf teruggebogen wordt tot deze nagenoeg recht is. Opeenvolgende testen worden uitgevoerd op ongerekte delen van de staaf of op verse monsters van;-.de staaf totdat de spildiameter bereikt wordt waarbij de deklaag breekt geduren-25 de het buigen of rechtmaken van de staaf of beide.

Van de tegenwoordig beschikbare vloeimiddel-bedekte soldeerstaven kunnen eikelen .nauwelijks helemaal gebogen worden zonder dat de deklaag breekt. Van anderen breken de deklagen wanneer deze gebogen worden om spillen met een diameter van 9,5 cm en velen zjn niet bestand tegen het buigen om een spil 30 met een diameter kleiner dan 3,8 cm. Bepaalde monsters van de beste staven bleken buigbaar te zijn au spillen met diameters van 0,95 cm en terugbuig-baar zonder beschadiging; maar deze was de kleinst bereikbare grootte ^

Als zodanig konden alle vloeimiddel-bedekte soldeerstaven volgens de onderhavige uitvinding gebogen worden om spillen met een diameter van 0,6 cm 35 en teruggebogen zonder beschadiging van de deklaag. Verder konden ze terug- 790 5 8 77 • -ήρ ί1 '*· . *.

/ * -8- 20870/JD/iv gebogen worden zonder een spil totdat de twee armen elkaar raken en dan weer teruggebogeni zonder beschadiging van hun deklagen.

Zij tonen duiddijk de veel grotere superioriteit van de vloeimiddel-bedekte soldeerstaven volgens' de onderhavige uitvinding aan tegenover de 5 meeste tegenwoordig beschikbare staven van dit type, ten minste wat betreft de elasticiteit en betrouwbaarhèid van de deklagen.

-CONCLUSIES- ( 10 790 5 8 77

Claims

2. Soldeermateriaal volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het elas tomeer een of meer stoffen omvat, gekozen uit de groep bestaande uit polyiso-butylenen met een hoog molecuulgewicht en synthetische rubbers.
3. Soldeermateriaal volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat synthetische rubbers gekozen worden uit de groep bestaande uit butyl-,, .polybuta- 10 dieen-, polyisopreen- en butadieenstyreenrubbers. ;·-
4. Soldeermateriaal volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat polyisobutyleen een molecuulgewicht heeft tussen 55.000 en 140.000.
5. Soldeermateriaal volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat polyisobutyleen een molecuulgewicht heeft liggend tussen 64.000 en 135.000.
6. Soldeermateriaal volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het vloeimiddel aanwezig is in een hoeveelheid tot 95 gew.%. :
7. Soldeermateriaal volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de soldeerlegering in de vorm van een staaf is, welke omhuld is met de deklaag omvattende het soldeervloeimiddel en het elastomeer.
8. Werkwijze voor het bereiden van een soldeermateriaal volgens conclu sie 1-7, met het kenmerk, dat een pasta, omvattende het soldeervloeimiddel in poedervorm en een organische drager, die het elastomeer bevat, op de soldeerlegering wordt aangebracht.
9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de drager een 25 of meer oplosmiddelen omvat, gekozen uit de groep xyleen, keroseen en isopreen.
10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de drager een stabiliserend middel omvat voor het beperken van de depolymerisatie van het elastomeer.
11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het stabili- 30 serend middel gebutyleerd hydroxyiolueen is.
12. Werkwijze volgens conclusie 8-11, met het kenmerk, dat de drager gemaakt wordt uit een beginmengsel omvattende 65-95 gew.% gepoederd soldeervloeimiddel en 5-35 gew.% drager.
13. Werkwijze volgens conclusies 8-12, met het kenmerk, dat de*drager 35 10-30 gew.% elastomeer, 30-70 gew.% keroseen, 10-40 gew.% xyleen,::-en 0,1-0,3 gew.% 790 58 77 . *v. £ _T'-V '.'··* ' -10- 20870/JD/iv stabiliserend middel omvat»
14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de drager 22,5 gew.% polyisobutyleen, 52,3 gew.% keroseen, 25,0 gew.% xyleen en 0,2- gew.% gebutyleerd hydroxytolueen omvat.
15. Werkwijze volgens conclusies 8-14, met het kenmerk, dat de drager een’bevochtiging bevorderend middel omvat in een hoeveelheid tot 0,01 gew.%
16. Werkwijze volgens conclusie 15V met het kenmerk, dat het bevochtiging bevorderend middel een mengsel van oleïnezuur en 1,3-diaminopropaan omvat. <. 10 ‘ ’ ri/.r ' . r 790 58 77