NO122350B

NO122350B -

Info

Publication number: NO122350B
Application number: NO163386A
Authority: NO
Inventors: C Simpelaar
Original assignee: Modine Mfg Co
Priority date: 1965-10-11
Filing date: 1966-06-10
Publication date: 1971-06-14
Also published as: DE1483469A1; FI46742C; DK135156B; ES332117A1; BE677928A; JPS4936864B1; DK135156C; SE326090B; DE1483469B2; FI46742B; IL25787A; US3301688A; NL6609740A

Description

Fremgangsmåte til sammenføying av metaller

hvorav minst ett er aluminium, magnesium

eller en legering derav.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en fremgangsmåte til sammenfoying av metaller hvorav minst et er aluminium, magnesium eller en legering derav, ved hjelp av et bindemiddel.

I US patent nr. 2 867 037 angis en sammensetning som er egnet for belegging og lodding av aluminium, men som nødvendiggjor et separat loddemiddel. Patentets sammensetning omfatter en stor mengde natriumklorid som på en eller annen måte hindrer at sammensetningen alene danner en sterk binding.

Bindemidlet som anvendes i foreliggende fremgangsmåte inneholder en bindende metallforbindelse bestående av sinkhalogenid omsatt med en spesiell type opplosningsmiddel slik at forbindelsen uten omroring ikke utfelles i vesentlig grad i lopet av relativt lange tidsperioder. Det flytende bindemiddel er hovedsakelig enten klart eller gjennomskinnelig, med i alt vesentlig ingen store partikler i suspensjon.

En fordel ved foreliggende oppfinnelse er at det bindende metall utfelles fra en kjemisk forbindelse av metallet og derfor er i en tilstand av meget hoy renhet. SammenfSyninger av denne typen avhenger som kjent i stor grad av en tilstand av hoy renhet av det bindende metall for å oppnå tilfredsstillende resultater.

En annen fordel med å utfelle det bindende metall fra en kjemisk forbindelse av metallet, er at det kan brukes mindre mengder av bindende metall. Dette reduserer ikke bare vekten av den endelige konstruksjon, men tillater også sammenføyning av meget små tykkelser av basismetall uten å legere gjennom det tynne metallet. Dette var ikke mulig tidligere fordi de suspenderte partikler i tidligere an-vendte flytende bindemidler hadde tendens til å samle seg på spesielle områder, særlig i innviklede konstruksjoner slik som f.eks. varme-vekslere. På grunn av at mindre mengder av bindemiddel kan benyttes, blir omkostningene betraktelig redusert og det oppnås renere og lysere sammenfoyninger. Tdet de fleste kjemiske forbindelser (og spesielt sinkhalogenidene), i de ifolge oppfinnelsen benyttede bindemidler reagerer med det benyttede opplosningsmiddel, tilveiebringes en ens-artet eller homogen bindemiddelvæske. Bruken av reaktantopplosnings-middel reduserer videre i alt vesentlig tap ved fordampning og brenn-barhet.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å til-veiebringe en forbedret fremgangsmåte for sammenfoying av basis-metaller hvorved de bindende forbindelser som anvendes, inkludert sinkhalogenid, består i en relativt ikke-bunnfellende tilstand i en væske, idet det bindende metall eller metaller tilveiebringes under sammenfoyningsprosessen fra forbindelsen, og tilstrekkelig varme er tilgjengelig, enten tilfort eller utviklet, til å smelte minst ett av metallene på sammenfoyningsstedet.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er det således tilveie-bragt en fremgangsmåte til sammenfoyning av metaller, hvorav minst ett er aluminium, magnesium eller en legering derav, og denne fremgangsmåte er kjennetegnet ved at metallene anbringes i kontakt med hverandre og at de sammensatte metallene påfores en homogen, klar til gjennomskinnelig væske som er vesentlig fri for natriumklorid og for faste stoffer, hvilke er stSrre enn kolloidal stSrrelse og hvor væsken vesentlig består av minst ett fluss-salt, et væskeformig opplosningsmiddel med egenskaper som en Lewis-base overfor et sinkhalogenid som virker som en Lewis-syre ved at det med sinkhalogenidet danner et koordinatkompleks som ved oppvarming dekomponerer mens det befinner seg i kontakt med metallene under avgivelse av sink, og mer enn 10 % sinkhalogenid beregnet på væskens vekt, for vesentlig fullstendig metning av det opplosningsmiddel ved hjelp av hvilket hele sinkhalo-genidmengden er bundet i komplekset, og at metallene deretter oppvarmes mens de befinner seg i kontakt med hverandre til en temperatur ved hvilken komplekset dekomponerer under avgivelse av sink ved kon-taktflatene.

Minst ett av basismetallene må være anodisk med hensyn til sinken og andre bindende metaller i bindemiddelsaltene. I slike tilfelle vil basismetallet eller basismetall-legeringen erstatte sinken og eventuelt annet tilstedeværende bindende metall i saltet som deretter vil forene seg med basismetallet eller basismetall-legeringen for således å danne sammenfSyningen. Elektronanalysen viser at sinken og andre metaller i sammensetningen som er redusert fra deres salter, legerer seg med basismetallet. Homogeniteten av det flytende bindemiddel resulterer i at metallene i sammenfSyningen er jevnt fordelt i denne. Det må være tilstrekkelig varme tilgjengelig for å bevirke denne legeringsdannelse og denne varmen kan tilfSres eller kan utvikles i en eksoterm reaksjon som fSlger etter den til-forte varme.

Aluminium og/eller magnesium eller legeringer derav kan med gunstig resultat sammenfSyes med metaller slik som aluminium, kobber, jern, nikkel, sink, magnesium, kadmium, sSlv og legeringer derav, under anvendelse av foreliggende fremgangsmåte.

Den viktigste bindende forbindelse eller saltet er sinkhalogenid, idet aluminiumet og magnesiumet fra basismetallet begge erstatter sink som da er tilgjengelig for legering med basismetallet for å danne sammenfSyningen. Et lett tilgjengelig og effektivt sinkhalogenid er sinkklorid.

Bindemidlene som anvendes i foreliggende oppfinnelse in-kluderer som omtalt ovenfor i tillegg til det nevnte sinkhalogenid, et reaktant-opplSsningsmiddel. Disse opplSsningsmidler er de som har egenskaper som en Lewis-base og som reagerer med sinkhalogenidet for å danne komplekser som, når de finnes i korrekte mengder, ikke utfelles materielt fra væsken over ganske store tidsperioder. Mengden av sinkhalogenid i bindemidlet er minst 10 vektprosent av det flytende bindemiddel og fortrinnsvis minst 4-0 vektprosent av bindemidlet, idet maksimumsmengden bare er begrenset av sinkhalogenidets reaktivi-tet med opplosningsmidlet. Den maksimale mengde sinkhalogenid er således den som skal til for å danne en mettet opplosning.

De organiske opplosningsmidler med egenskaper av en Lewis-base som er egnet sammen med de bindende forbindelser og spesielt sinkhalagenidene, er forbindelser som virker som elektrondonatorer for således å danne koordinerte komplekser med sinkhalogenidet. De følgende er egnede opplosningsmidler for tillaging av de benyttede flytende bindemidler.

Ketoner - De viktigste ketoner er de mettede alifatiske ketoner med formelen ^^ 211^ ^vor n er lik 3-12. Typiske ketoner er aceton, metyletylketon, metylisopropylketon, diisopropylketon, metylisoamyl-keton, dietylketon, 2-heptanon, metylisobutylketon, 3-heptanon, 2-undekanon og isobutylheptylketon, av hvilke de forste fire er foretrukket .

Flytende 1-4 diketoner er også egnede opplosningsmidler. Et eksempel på disse er 2 - 5 heksandion.

En annen gruppe ketoner er de flytende umettede alifatiske forbindelser som bare har en umettet binding i molekylet, hvor mesityl-oksyd er et eksempel.

Flytende sykliske alifatiske ketoner kan også brukes, og cykloheksanon er et eksempel.

Alkoholer - Alkoholene omfatter mettede alifatiske alkoholer med formelen ^Hg^-^OH hvor n er 1 - 6. Eksempler på slike alkoholer er metylalkohol, etylalkohol, isopropylalkohol, tert.-butylalkohol, n-amylalkohol, sek.-butylalkohol og 1-heksanol, av hvilke de forste tre er foretrukket.

Olefiniske alkoholer med formelencnH2n-l0H nvor n er 3-6 kan også brukes. Et godt eksempel på slike alkoholer er allylålkohol.

En annen gruppe alkoholer er heteroalkylalkoholene, f.eks. tetrahydrofurfurylalkohol.

Halogen-substituerte alifatiske alkoholer slik som klor-substituerte alkoholer kan anvendes. Eksempler her er 2-kloretanol, l-klor-2-propanol, 2-klor-l-propanol og 3-klor-2-butanol.

Aldehyder - En utmerket alifatisk aldehydsammensetning til bruk som opplosningsmiddel, er en vandig opplosning av formaldehyd eller forma lin. Formalin inneholder vanligvis ca. 37 % formaldehyd i vannopp-losning.

Vann - Vann er et utmerket opplosningsmiddel for bruk i de benyttede bindemidlene. Dette gjelder spesielt hvis vannopplosningene er nye og ikke har stått siden dagen i forveien. Dette foretrekkes fordi sinkhalogenidet har tendens til å hydrolysere når det står i lengre tid, hvilket resulterer i tap av sink fra opplosningen ved bunnfelling i form av sinkoksyd eller -hydro.ksyd.

Nitriler - Alifatiske nitriler av formel cnH2n+lCN hvor n er lik 1-6, er utmerkede opplosningsmidler for bindemidlene. Eksempler på slike nitriler er butyronitril og acetonitril. Umettede nitriler med formelen C H0 nCN hvor n er 2 - 6, kan også brukes. Slike ni-

ndn-x' °

triler omfatter acrylonitril, krotonitril og allylcyanid.

Estere - Visse væskeformige estere av mettede syrer er også utmerkede opplosningsmidler. Disse estere omfatter metyl- og etylestrene av alifatiske syrer med 1-8 karbonatomer og formiater og acetater av alifatiske alkoholer med 1-5 karbonatomer. Metyl- og etylestrene er således avledet av syrer fra maursyre til kaprylsyre, mens formiatene og acetatene er avledet fra metylalkohol til amylalkohol. Eksempler på egnede estere omfatter etylbutyrat, etylformiat, metylkaprylat og formiatene og acetatene av metylalkohol, etylalkohol, n-propyl- og i-propylalkohol, n-butyl- og i-butylalkohol og n-amyl-

og i-amylalkohol. Andre egnede estere omfatter estere av kloreddik-syre og umettede syrer slik som metylakrylat og metylmetakrylat. Ortoestere slik som metyl- og etylestere av ortomaursyre, ortoeddik-syre og ortopropionsyre er også utmerkede opplosningsmidler.-Laktoner. - Laktoner med 3 - 4 metylengrupper i ringen er utmerkede opplosningsmidler i bindemidler ifolge oppfinnelsen. Eksempler er gamma-butyrolakton og gamma- og delta-valerolakton.

Etere - Spesielle etere kan også brukes som opplosningsmidler i foreliggende oppfinnelse. Disse omfatter sykliske etere slik som tetrahydrofuran. Alkoholetere slik som etere av alifatiske alkoholer med 1-4 karbonatomer i alkoksy- og alkoholgruppene er også egnede opplosningsmidler. Eksempler er 2-butoksyetanol og metoksyisopropanol.

Disse opplosningsmidler kan brukes alene eller i blandinger. Videre kan de være usubstituerte eller substituerte, spesielt med halogengrupper, sålenge som den funksjonelle gruppe ikke er hemmet av substituenten, med andre ord, sålenge som ketonet fortsetter å virke som et keton, alkoholen som en alkohol, nitrilet som et nitril osv.

Et utmerket eksempel på en blanding av forbindelser som benyttes som et opplosningsmiddel, er et produkt kjent som metylaceton. Dette er en blanding av aceton, metylacetat og metylalkohol. En

annen slik blanding er en som består av 20 % metylisobutylketon og 80, % aceton. En videre blanding er kjent som "Synasol^-opplSsningsmiddel, som er en blanding av alkoholer med lave kokepunkt.

Bindemidlet som anvendes i foreliggende fremgangsmåte inneholder det spesielle reaktant-opplosningsmiddel som angitt ovenfor, det bindende metallsalt og et ytterligere metallsalt hovedsakelig tilsatt for å hindre korrosjon. Metallene i disse ytterligere tilsatte salter omfatter antimon, barium,cesium, kobber, krom, jern, mangan, silisium og zirkonium brukt i form av deres halogenid-, og fortrinnsvis klorid-salter og kan anvendes som angitt eller i kombi-nasjon med hverandre.

Normalt og fortrinnsvis brukes også minst ett flussmiddel-salt av den type som er velkjent innen faget, men i betraktelig mindre mengder enn anvendt tidligere.

Et utmerket bindemiddel for frembringelse av en korrosjonsmotstandsdyktig binding består av ca. 22.5 - 37•5 deler av et væskeformig opplosningsmiddel som definert ovenfor, ca. 37•5 deler av et sinkhalogenid, ca. 0.12 - I.69 deler av ett eller en blanding av de ytterligere tilsatte metallhalogenider som er beskrevet ovenfor og ca. 0.9 - 1.5 deler av et ammoniumhalogenid-flussmiddel hvor dette er nodvendig. Bindemidlet inneholder minst 10 deler og fortrinnsvis minst 40 deler av sinkhalogenidet, og ca. 0.3 - 0.6 deler av et al-kalimetallhalogenid-flussmiddel slik som litiumfluorid og natriumfluorid.

Sinkhalogenidsaltet kan være sinkklorid, skjont bromid-

og jodidsaltene også kan benyttes. De ovenfor beskrevne ytterligere tilsatte metallsalt av metaller som legerer seg med det bindende metall, kan bestå av et halogenidsalt slik som kloridet eller fluo-ridet, enten i vannfri eller hydratisert form. Mengden av ytterligere tilsatt metallhalogenid innfort i bindemidlet for å frembringe en korrosjonsmotstandsdyktig sammenfoyning, er fortrinnsvis slik at det i sammenfSyningen forekommer ^ytterligere tilsatt metall i en mengde av O.25 - 3.5 % av sinkmengden. Det er funnet at en mengde av ytterligere tilsatt metallhalogenid i bindemidlet som gir omtrent 2 ytterligere tilsatt metall i bindingen, regnet på mengden av metallisk sink i bindingen, gir en meget effektiv korrosjonsmotstands-

dyktig sammenfoyning.

Det foretrukne ammoniumhalogenid-flussmiddel består av ammoniumklorid. Ammoniumbromid og ammoniumjodid kan også brukes istedenfor ammoniumkloridet, men synes ikke å gi noen spesielle for-deler utover ammoniumkloridet og er mer kostbart.

Natriumfluorid utgjor et foretrukket ekstra flussmiddel benyttet i forbindelse med ammoniumhalogenidsaltet. Andre fluss-midler, når slike brukes, omfatter natriumjodid, natriumbromid, kaliumhydrogenfluorid, natriumhydrogenfluorid, kaliumfluorid og litiumfluorid.

Eksempel 1

Et flytende bindemiddel ble laget ved forst å tilsette l6.9kg sinkklorid til 10.1 kg metyletylketon. Etter omroring i omtrent en time til fullstendig reaksjon, ble det tilsatt en blanding av 0.34 kg krystallinsk kobberfluorid, 0.54 kg ammoniumfluorid og 0.20 kg natriumfluorid og omroring ble fortsatt inntil blandingen var vesentlig homogen. En montert aluminium-varmeelementkjerne ble dyppet ned i væsken, overskuddsvæske fjernet og kjernen ble deretter oppvarmet i en ovn ved 260° - 343°C for å fortrenge sinken og kobberet fra deres salter og derved binde metalldelene sammen ved utnyttelse av den eksoterme varme utviklet under reduksjonen av saltene for til-veiebringelse av jevn varme ved sammenfoyningsstedet selv i komplekse indre strukturer hvor det er vanskelig å tilfore jevn varme fra en ut-vendig kilde.

Eksempel 2

Samme fremgangsmåte ble fulgt som i eksempel 1, men nå

ble 0.05 kg krystallinsk kobberklorid benyttet istedenfor det krystal-linske kobberfluorid.

Eksempel 3

Samme fremgangsmåte ble fulgt som i eksempel 1, men nå

ble 0.22 kg krystallinsk kobberklorid brukt istedenfor det krystal-linske kobberfluorid.

Eksempel 4

Samme fremgangsmåte ble fulgt som i eksempel 1, men nå

var sammensetningen som folger: 16.9 kg sinkklorid, 0.34 kg vannfritt kobberklorid, 0.68 kg ammoniumklorid, 0.27 kg natriumfluorid og 10.1 kg keton.

Eksempel 5

Samme fremgangsmåte ble fulgt som i eksempel 1, men nå

var sammensetningen som folger: 16.9 kg sinkklorid, 0.16 kg krystallinsk kobberfluorid, 0.41 kg ammoniumklorid, 0.14 kg natriumfluorid og 10.1 kg keton.

Eksempel 6

Samme fremgangsmåte ble fulgt som i eksempel 1, men nå var sammensetningen som folger: 16.9 kg sinkklorid, O.76 kg krystallinsk kobberklorid, 0.68 kg ammoniumklorid, 0.27 kg natriumfluorid og I6.9 kg keton.

Eksempel 7

Samme fremgangsmåte ble fulgt som i eksempel 1, men nå var sammensetningen som folger: I6.9 kg sinkklorid, 0.04 kg vannfritt kobberklorid, 0.54 kg ammoniumklorid, 0.20 kg natriumfluorid og 10.1 kg av keton.

Eksempel 8

I dette eksemplet ble det flytende bindemiddel laget ved å tilsette hvert av saltene i eksempel 1 samtidig til ketonopplos-ningsmidlet.

Eksempel 9

Samme fremgangsmåte ble fulgt som i eksempel 1, men aceton ble brukt istedenfor metyletylketon.,

Eksempel 10

Her ble samme fremgangsmåte benyttet som i eksempel 5>men ketonet var aceton.

Eksempel 11

Samme fremgangsmåte ble fulgt som i eksempel 7>men ketonet var aceton.

Eksempler 12 - 19

T disse eksempler ble samme fremgangsmåte fulgt som i eksempel 1 med unntagelse av at kobberfluoridet i disse eksemplene ble erstattet med kloridene av antimon, barium, cesium, krom, jern, mangan, mangan pluss kobber og zirkonium, respektive.

Eksempel 20

I dette eksempel ble det laget et flytende bindemiddel ved forst å tilsette 16,9 kg sinkklorid til 10.1 kg metyletylketon. Etter omroring i ca. 1 time for å fullende reaksjonen, ble en blanding av 0.54 kg ammoniumfluorid og 0.20 kg natriumfluorid tilsatt og omroring ble fortsatt inntil blandingen var vesentlig homogen. En gjenstand av sammensatte magnesiumdeler i beroring med hverandre ble neddyppet i væsken, overskuddsvæske ble fjernet og gjenstanden med den bibeholdte væske ble oppvarmet i en ovn ved 260°-343°C for å fortrenge sinken fra dens klorid med magnesium, for derved å binde metalldelene sammen ved utnyttelse av den eksoterme varme utviklet under reduksjonen av sinkkloridet.

Det benyttede bindemiddel kan anbringes ved hjelp av en hvilken som helst egnet metode slik som neddypping, anbringelse med kost, sproyting eller lignende. Etter anbringelse av bindemidlet på materialet, oppvarmes materialet ved å plasere det i en egnet ovn som er oppvarmet for således å frembringe en sammenfoyningstemperatur som fortrinnsvis er i området 260°-8l6°C ovnstemperatur. Varmen er tilfort varme pluss den eksoterme varme fra reaksjonen.

Alle del-, mengde- og forholdsangivelser er gitt som vektangivelser.

Claims

1. Fremgangsmåte til sammenfoyning av metaller hvorav minst ett er aluminium, magnesium eller en legering derav, karakterisert ved at metallene anbringes i kontakt med hverandre og at de sammensatte metallene påfores en homogen, klar til gjennomskinnelig væske som er vesentlig fri for natriumklorid og for faste stoffer, hvilke er storre enn kolloidal storrelse og hvor væsken vesentlig består av minst ett fluss-salt, et væskeformig opplosningsmiddel med egenskaper som en Lewis-base overfor et sinkhalogenid som virker som en Lewis-syre ved at det med sinkhalogenidet danner et koordinatkompleks som ved oppvarming dekomponerer mens det befinner seg i kontakt med metallene under avgivelse av sink, og mer enn 10 % sinkhalogenid beregnet på væskens vekt, for vesentlig fullstendig metning av det opplosningsmiddel ved hjelp av hvilket hele sinkhalo-genidmengden er bundet i komplekset, og at metallene deretter oppvarmes mens de befinner seg i kontakt med hverandre til en temperatur ved hvilken komplekset dekomponerer under avgivelse av sink ved kon-taktflatene .

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1, karakterisert ved at den klare til gjennomskinnelige væsken dessuten inneholder et halogensalt av antimon, barium, krom, kobber, jern, mangan, silisium eller zirkonium eller blandinger av disse, som en korrosjons-inhibitor.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 2, karakterisert ved at korrosjonsinhibitoren er kobberklorid eller kobberfluorid.

4- Fremgangsmåte ifolge krav 2-3, karakterisert ved at det væskeformige opplosningsmidlet i den klare til gjennomskinnelige væsken er et alifatisk keton med 3-12 karbonatomer, en alifatisk alkohol med 1-6 karbonatomer, vandig formaldehyd, vann, et alifatisk nitril med 1-6 karbonatomer, en metyl- eller etylester av en alifatisk syre med 1-8 karbonatomer, et formiat eller acetat av en alifatisk alkohol med 1-5 karbonatomer, et alifatisk lakton med 3 eller 4 metylengrupper, tetrahydrofuran eller en alifatisk alkoholeter med 1-4 karbonatomer i alkoksyl- og alkoholgruppene.

5. Fremgangsmåte ifolge krav 1-4, karakterisert ved at fluss-saltet i den klare til gjennomskinnelige væsken er et ammoniumhalogenid.

6. Fremgangsmåte ifolge krav 5, karakterisert ved at den klare til gjennomskinnelige væsken inneholder ammoniumklorid og ammoniumfluorid som flussmiddel.

7- Fremgangsmåte ifolge krav 1-6, karakterisert ved at den klare til gjennomskinnelige væsken inneholder minst 40 % sinkhalogenid.

8. Fremgangsmåte ifolge krav 1-7, karakterisert ved at sinkhalogenidet i den klare til gjennomskinnelige væsken er sinkklorid.

9. Fremgangsmåte ifolge krav 1-8, karakterisert ved at den klare til gjennomskinnelige væsken består av 37-5 deler sinkhalogenid, 0.12 - I.69 deler kobberhalogenid, 0.9 - 1.5 deler ammoniumhalogenid, og 0.3 - 0.6 deler natriumfluorid som flussmiddel, og 22.5 - 37 -5 deler av et væskeformig alifatisk keton.

10. Fremgangsmåte ifolge krav 9, karakterisert ved at ketonet har en molekylvekt som ikke er storre enn 184.

11. Fremgangsmåte ifolge krav 1-8, karakterisert ved at den klare til gjennomskinnelige væsken består av 37*5 deler sinkhalogenid, 0.75 deler kobberfluorid, 1.2 deler ammoniumklorid og 0.45 deler natriumfluorid som flussmiddel, og 22.5 deler metylenketon.

12. Fremgangsmåte ifolge krav 1-11, karakterisert ved at metallene oppvarmes ved en ovnstemperatur på 260°-816°C.