NO800523L

NO800523L - STAINLESS STEEL OR STEEL ALLOY PAINTED A BODY OF A STEEL ALLOY OR COMPOSITE METAL BODY

Info

Publication number: NO800523L
Application number: NO800523A
Authority: NO
Inventors: Svein Eide
Original assignee: Ardal Og Sunndal Verk
Priority date: 1980-02-25
Filing date: 1980-02-25
Publication date: 1981-08-26

Description

Denne oppfinnelse angår primært kokekar av stållarainat. This invention primarily relates to cookware made of larained steel.

Stållaminatet kan bestå 'av en kjerne, belagt med forskjel-lige typer metall som plater eller tynne skikt. Som kjerne-materiale kan brukes bløtt stål, kobber eller kobberlegeringer. Kjernen kan belegges med plater av forskjellig art: The steel laminate can consist of a core, coated with different types of metal such as plates or thin layers. Mild steel, copper or copper alloys can be used as core material. The core can be covered with plates of different types:

Kobber,.nikkel, rustfritt stål eller bløtt stål. Copper, nickel, stainless steel or mild steel.

Produktet av denne type fremstilles bl.a. av plater ved The product of this type is manufactured i.a. of slabs of wood

bruk av sølvlodd og flussmiddel som induksjonsoppvarmes ved høgfrekvens eller mellomfrekvens vekselstrøm, samtidig som delene settes under trykk fra en hydraulisk presse. use of silver solder and flux that is induction heated by high-frequency or medium-frequency alternating current, while the parts are pressurized from a hydraulic press.

Da denne metoden ble introdusert benyttet man til formålet loddemiddel med ca. 30% sølvinnhold, 28% Cu, 21% Zn og 21% Cd. Denne legering har et smelteinterval på 600 til 690°C og en arbeidstemperatur på 680°C. When this method was introduced, solder with approx. 30% silver content, 28% Cu, 21% Zn and 21% Cd. This alloy has a melting range of 600 to 690°C and a working temperature of 680°C.

Sølv er kostbart og i årenes løp er utstyret forbedret slik Silver is expensive and over the years the equipment has been improved as such

at det vanlige idag er følgende data: Ag 20%, Cu 4 0%, Zn 3 0%, Cd 10%. Smelteintervall for denne legering er .604 - 765°C og arbeidstemperatur 750°C. that the usual today is the following data: Ag 20%, Cu 4 0%, Zn 3 0%, Cd 10%. Melting range for this alloy is .604 - 765°C and working temperature 750°C.

Mulighetene for ytterligere senking av sølvinnholdet med på-følgende heving av arbeidstemperaturen er i de fleste til-feller begrenset. Siden induksjonsspolen tjener som press-verktøy i en hydraulisk presse, vil en ytterligere hevning av temperaturen skape problem. Isolasjonsplatene under spolen må allerede ved 750°C byttes daglig, ved hevning av arbeidstemperaturen blir problemene større. Hertil kommer at varene som loddes vil bli deformert ved høyere temperatur. The possibilities for further lowering the silver content with subsequent raising of the working temperature are in most cases limited. Since the induction coil serves as a press tool in a hydraulic press, a further rise in temperature will create a problem. The insulation plates under the coil already have to be changed daily at 750°C, when the working temperature rises, the problems become greater. In addition, the goods that are soldered will be deformed at a higher temperature.

Det serieproduseres idag ikke høgfrekvensmaskiner større enn 55kW. Apparaturmessig er det derfor også problematisk å heve temperaturen. No high-frequency machines larger than 55kW are mass-produced today. In terms of equipment, it is therefore also problematic to raise the temperature.

Prisen på sølvlodd er mer enn 10 doblet i løpet av et par år, og representerer for operasjoner av den type som er nevnt innledningsvis en stor kostnad. The price of silver solder has more than doubled over the course of a couple of years, and for operations of the type mentioned at the outset represents a large cost.

Det gis begrensede muligheter for erstatning av sølv ved fremstilling av slaglodd for stållegeringer med smelteintervall 600°C til 800°C. There are limited options for replacing silver in the production of brazes for steel alloys with a melting range of 600°C to 800°C.

Tilsats av kadmium øker flyteevnen og senker smeltepunktet, men strekkfastheten synker ved bfukstemperaturer på The addition of cadmium increases the fluidity and lowers the melting point, but the tensile strength decreases at bfux temperatures of

2 - 3 00°C. Maksimum innhold er 2 4%. 2 - 300°C. The maximum content is 2 4%.

Det er imidlertid i de vestlige land satt strenge grenser However, strict limits have been set in the western countries

for tillatt luftforurensing fra kadmium, vanligvis 50 mikro-gram pr. m3 luft. Denne grense overskrides ved ikke ventilerte arbeidsplasser, og innskjerping av regler pågår. Det er ut fra miljøvernhensyn ønskelig å komme bort fra kadmiumholdige loddemidler. for permitted air pollution from cadmium, usually 50 micrograms per m3 of air. This limit is exceeded in non-ventilated workplaces, and tightening of the rules is ongoing. From environmental protection considerations, it is desirable to get away from cadmium-containing solders.

Sølv inngår som det viktigste element i loddemetallet, det øker flyt, styrke, forlengelse og korrosjonsmotstand, det senker vanligvis også smeltepunktet. Sølvprisen er imidlertid økende i forhold til mange andre metall. Vanlig sølvlodd koster fra 20 til 4 0 ganger mer enn f.eks. et messing slaglodd. Materialkost for loddemetall slår særlig sterkt ut for produkt av den type som er nevnt innledningsvis. Silver is included as the most important element in the solder, it increases flow, strength, elongation and corrosion resistance, it usually also lowers the melting point. However, the price of silver is increasing compared to many other metals. Ordinary silver lottery tickets cost from 20 to 40 times more than e.g. a brass hammer. Material costs for solder have a particularly strong effect on products of the type mentioned at the beginning.

Det er en hensikt med denne oppfinnelse å anvise en metode for fremstilling av stållaminater for kokekar hvor det kost-bare sølvlodd ikke er nødvendig. It is a purpose of this invention to provide a method for the production of steel laminates for cookware where the expensive silver solder is not required.

Det er også andre forhold enn prisen som gjør at sølvlodding av store flater ikke er noen ideell prosess. There are also factors other than the price that make silver soldering of large surfaces not an ideal process.

Det må benyttes flussmiddel under lodding for å redusere oksyd. Vanligvis er flussmiddelet bestående av borsyre, boråter og fluorider. Dette flussmiddel vil ved lodding av store flater bli inneleiret i skjøten og hindrer en fullstendig metallur-gisk binding. Dette svekker styrken og reduserer varmeover-føringen. Flux must be used during soldering to reduce oxide. Usually, the flux consists of boric acid, borates and fluorides. When soldering large surfaces, this flux will be embedded in the joint and prevents a complete metallurgical bond. This weakens the strength and reduces heat transfer.

Flussmiddel har en begrenset tid det virker. Det må derfor nøye avstemmes med loddelegeringens smelteinterval. Ved feil tidsinnstilling og oppvarmingssyklus kan flussmiddelet lett komme over i en ikke-aktiv fase og loddeforbindelsen blir dårlig- Flux has a limited time it works. It must therefore be carefully coordinated with the melting range of the solder alloy. If the timing and heating cycle are incorrect, the flux can easily go into an inactive phase and the solder connection becomes bad-

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveie-bringe et system for hardlodding som helt eller delvis eliminerer disse problem. Dette er oppnådd ved at delen eller delene av stållegering i bindsonen pletteres med et tynt lag kobber som forbehandling før lodding med et spesial-lodd som bare egner seg til binding av kobber eller kobberlegering. It is an object of the present invention to provide a system for brazing which completely or partially eliminates these problems. This has been achieved by plating the part or parts of steel alloy in the bonding zone with a thin layer of copper as pre-treatment before soldering with a special solder which is only suitable for bonding copper or copper alloy.

■Det er tidligere kjent at kokekar av rustfritt stål kan bygges opp av flere metallskikt, bl.a. kopper og nikkel, norsk patent 140933 og 94621. Hensikten og oppnåelig effekt av de der beskrevne fremgangsmåter er imidlertid helt forskjellig fra foreliggende oppfinnelse. ■It is previously known that stainless steel cookware can be built up from several layers of metal, i.a. copper and nickel, Norwegian patent 140933 and 94621. However, the purpose and achievable effect of the methods described there are completely different from the present invention.

Det er et kjent forhold at ved slaglodding av rustfritt stål og anvendelse av flussmiddel og sølvlodd kan lettsmelte-lige element i legeringen trenge inn i korngrensene og øde-legge forbindelsen. Sink er et slikt element. Men aller verst er fosfor. Fosforholdige kobberlegeringer danner sprøde faser i bindsonen og kan ikke benyttes til lodding av stål og nikkellegeringer. It is a known fact that when brazing stainless steel and using flux and silver solder, easily fusible elements in the alloy can penetrate the grain boundaries and destroy the connection. Zinc is one such element. But the worst is phosphorus. Phosphorus-containing copper alloys form brittle phases in the bond zone and cannot be used for soldering steel and nickel alloys.

Til lodding av kobber mot kobber har imidlertid fosforlodd (med 8% P og 92% Cu) en rekke fordeler fremfor et sølvlodd som DIN 8513 L-Ag20Cd - et sølvlodd med 20% sølv. For soldering copper to copper, however, phosphorus solder (with 8% P and 92% Cu) has a number of advantages over a silver solder such as DIN 8513 L-Ag20Cd - a silver solder with 20% silver.

Fosforloddet (8% P, 92% Cu) koster bare 1/3 0. Det er kadmium-fritt og således ugiftig. Det inneholder ikke sink og det er følgelig ingen risiko for avsinking og korrosjon som ellers er vanlig. Det er selvflukserende, slik at innleiring av flussmiddel kan unngås. Varmeoverføringsegenskapene til loddeforbindelsen blir bedre på grunn av at intermetalliske faser eller flussrester ikke forekommer. The phosphor solder (8% P, 92% Cu) costs only 1/3 0. It is cadmium-free and thus non-toxic. It does not contain zinc and there is consequently no risk of dezincification and corrosion which is otherwise common. It is self-fluxing, so embedding of flux can be avoided. The heat transfer properties of the solder joint are improved due to the absence of intermetallic phases or flux residues.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å forhånds-behandle stållegeringen før hardlodding ved pålegging av kobber på en slik måte at fosforholdige slaglodd inneholdende fra 1 til 10% fosfor kan benyttes. It is an object of the present invention to pre-treat the steel alloy before brazing by applying copper in such a way that phosphorus-containing brazes containing from 1 to 10% phosphorus can be used.

Den eutektiske legering for fosfor og kobber er 92Cu 8P. Smeltepunktet for denne er 710°C. For en eutektisk legering er smeltepunktet bestemt. Andre legeringer smelter innenfor The eutectic alloy for phosphorus and copper is 92Cu 8P. The melting point for this is 710°C. For a eutectic alloy, the melting point is determined. Other alloys melt within

et intervall. En hovedregel innen loddeteknikk er at smelte-intervallet for loddelegeringen bør være så litet som mulig. an interval. A main rule in soldering technology is that the melting interval for the soldering alloy should be as small as possible.

Arbeidstemperaturen er laveste overflatetemperatur ved hvilken loddet fukter grunnmetallet. Denne temperatur er alltid høy-.ere enn loddets solidustemperatur, men den ligger under eller kan sammenfalle med loddets likvidustemperatur. The working temperature is the lowest surface temperature at which the solder wets the base metal. This temperature is always higher than the solder's solidus temperature, but it is below or may coincide with the solder's liquidus temperature.

Et vanlig brukt sølvlodd som L-Ag20Cd har smelteintervall A commonly used silver solder such as L-Ag20Cd has a melting range

605 - 765°C og arbeidstemperatur 750°C. 605 - 765°C and working temperature 750°C.

Det fremgår av dette at et fosforlodd kan benyttes for hardlodding av f.eks. rustfritt stål og kobber med samme utstyr som ved vanlig sølvlodd. Det omfattes av oppfinnelsen også It appears from this that a phosphorus solder can be used for hard soldering of e.g. stainless steel and copper with the same equipment as with ordinary silver solder. It is covered by the invention as well

å benytte vanlig fosforlodd med sølvinnhold. Dette er ønskelig der det er behov for en forbindelse som skal tåle noen forlengelse. to use ordinary phosphorus solder with silver content. This is desirable where there is a need for a connection that can withstand some extension.

Et lag kobber plettert på en overflate av rustfritt stål før hardlodding ifølge oppfinnelsen tjener flere formål. Det funk-sjonerer som et bindeskikt slik at kromoksyd ikke må fjernes under loddeprosessen, det virker som en diffusjonsbarriere og hindrer at fosfor danner sprøde forbindelser i ståloverflaten og det gir en større kontaktflate mellom rustfritt stål og systemet av varmeledende metaller. A layer of copper plated on a stainless steel surface prior to brazing according to the invention serves several purposes. It functions as a binding layer so that chromium oxide does not have to be removed during the soldering process, it acts as a diffusion barrier and prevents phosphorus from forming brittle compounds in the steel surface and it provides a larger contact surface between stainless steel and the system of heat-conducting metals.

Det omfattes av oppfinnelsen at et lag nikkel kan påføres mellom basismaterialet av rustfritt stål og det relativt tynne diffusjonssperreskikt av kobber for å få kobberet til å feste seg. It is covered by the invention that a layer of nickel can be applied between the base material of stainless steel and the relatively thin diffusion barrier layer of copper to make the copper adhere.

Disse to skikt kan påføres elektrolytisk, ved sputting eller ved ioneplettering. These two layers can be applied electrolytically, by sputtering or by ion plating.

Det er av loddemetallprodusenter gjort en rekke forsøk på fremstilling av sølvlodd i form av selvfluksende folie. En slik folie ville forenkle arbeidsoperasjonen og lette automatise-ring og robotisering. Forsøkene har imidlertid hittil ikke falt heldig ut. A number of attempts have been made by solder manufacturers to produce silver solder in the form of self-fluxing foil. Such a foil would simplify the work operation and facilitate automation and robotization. However, the attempts have so far not turned out to be successful.

Loddemiddelet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan være i form av pulver. Kobber - fosfor - legering er sprø The soldering agent according to the present invention can be in the form of powder. Copper - phosphorus - alloy is brittle

og egner seg ikke til valsing. Ved tilsats av sølv blir imidlertid legeringen duktil slik at valsing til folie blir mulig. and is not suitable for rolling. When silver is added, however, the alloy becomes ductile so that rolling into foil becomes possible.

Det omfattes av oppfinnelsen også å anvende til formålet beskrevet i innledningen fosforholdige sølvlodd i form av tynn selvfluksende folie. It is also covered by the invention to use for the purpose described in the introduction phosphorus-containing silver solder in the form of thin self-fluxing foil.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av eksempel og under henvisning til skisse. The invention will be explained in more detail below by means of an example and with reference to a sketch.

Fig. 1 viser et kokekar av stållegering med utvendig på- Fig. 1 shows a steel alloy cookware with external

loddet ekstrabunn av kobber. soldered copper extra base.

Kokekarveggen og bunnen 4 består av rustfritt stål. Bunn-partiet er utvendig påført et tynt skikt nikkel 1 og utenpå dette igjen et tynt skikt kobber 3. Bunnen er forsterket med et tykkere lag kobber 5. Mellom kobberskiktet 3 og kobber-laget 5 er påført et lag 2 av en fosforholdig kobberlegering. The cooking vessel wall and base 4 consist of stainless steel. The bottom part is externally coated with a thin layer of nickel 1 and on top of this again a thin layer of copper 3. The bottom is reinforced with a thicker layer of copper 5. Between the copper layer 3 and the copper layer 5, a layer 2 of a phosphorus-containing copper alloy is applied.

Fig. 2 viser et flerlags kokekar med en kjerne av bløtt stål i midten, og med et lag rustfritt stål plettert på hver side. Fig. 2 shows a multi-layer cooking vessel with a core of mild steel in the middle, and with a layer of stainless steel plated on each side.

Innenfra er kokekaret bygget opp av et lag rustfritt stål 1 From the inside, the cookware is built up from a layer of stainless steel 1

som utvendig er fast bundet til et lag nikkel 2, som igjen henger sammen med et tynt lag kobber 3. Kjernen 6 av bløtt stål er på begge sider forkobret med lagene 5 og 7. Denne kobberpletterte delen av bløtt stål er igjen bundet sammen med de indre deler ved et skikt av fosforholdig kobberlodd 4 which is externally firmly bonded to a layer of nickel 2, which in turn is connected to a thin layer of copper 3. The core 6 of mild steel is copper plated on both sides with layers 5 and 7. This copper-plated part of mild steel is again bonded together with the internal parts by a layer of phosphorous copper solder 4

og videre til det ytterste lag av rustfritt stål 11 med et annet loddeskikt 8. and on to the outermost layer of stainless steel 11 with another solder layer 8.

Lodding med fosforlodd mot laget 11 er muliggjort ved å på-føre det rustfri stål 11 et heftlag av nikkel 10 og et diffusjonssperreskikt av kobber 9. Soldering with phosphor solder to the layer 11 is made possible by applying an adhesive layer of nickel 10 and a diffusion barrier layer of copper 9 to the stainless steel 11.

Det er selvinnlysende at også andre gjenstander av rustfritt stål enn kokekar kan påloddes en metallisk kobberforbindelse ved hjelp av fosfor kobberlodd når den rustfrie stålgjenstand først er belagt med et skikt nikkel som igjen er plettert med kobber. It is self-evident that stainless steel objects other than cookware can also be soldered onto a metallic copper connection using phosphor copper solder when the stainless steel object is first coated with a layer of nickel which is in turn plated with copper.

Claims

1. Object of steel or steel alloy, wholly or partially soldered onto a body of a steel alloy or a composite metal body of several layers of metal, characterized by the fact that the object and the body are plated with copper or a copper alloy with or without an underlying nickel layer on the surfaces which must together is soldered and that the solder consists of hard solder with a melting point between 600 and 800°C and that the hard solder contains more than 50% copper and more than 1% phosphorus.

2. Method for manufacturing an object of steel or steel alloy soldered onto a body of a steel alloy or a composite metal body of several layers of metal, characterized in that a nickel layer is plated on the object of steel or steel alloy on the surface to be soldered onto a metal body and on top of the nickel layer a copper layer is plated, and likewise that on the composite metal body on the surface to be soldered to the object, a copper layer is plated with or without an underlying nickel layer, and that the composite body is brazed to the object with a hard solder with a melting point between 600 and 800°C and a copper content of at least 50% and at least 1% P.

3. Stainless steel cooking vessel according to claims 1 and 2, characterized in that the bottom of the cooking vessel is externally (1) coated with a layer of nickel (2), on which there is a plated layer of copper (3) with a layer of phosphorus-containing copper solder (4) is brazed to a composite metal body with a copper layer (5) closest to the cooking vessel, followed by a core (6) of mild steel provided with a copper layer (7) and a layer. phosphorous copper solder (8), a copper layer (9), a nickel layer (10) and an outer layer of stainless steel (11).