DE1197307B

DE1197307B - Copper-nickel hard solder and solder mixture in powder form based on this solder

Info

Publication number: DE1197307B
Application number: DEG28441A
Authority: DE
Inventors: George Sidney Hoppin
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1958-12-31
Filing date: 1959-11-25
Publication date: 1965-07-22

Description

Kupfer-Nickel-Hartlot und Lötmischung Die Erfindung bezieht sich auf ein Kupfer-Nickel- in Pulverform auf Basis dieses Lotes Hartlot, das 20 bis 40% Nickel und gegebenenfalls Silicium enthält.Copper-nickel braze and brazing mixture The invention relates to a copper-nickel powder based on this solder hard solder, which contains 20 to 40% Contains nickel and optionally silicon.

Bekannte Hartlote dieser Art, z. B. ein Lot, das aus einer Legierung von 50% Nickel, 40% Kupfer und 10% Chrom besteht, der 1% Silicium, 0,1% Niob und 0,25% Mangan zugesetzt sind, oder ein Lot, das 64% Kupfer, 25% Nickel und 11% Zink enthält, sind bei hohen Temperaturen von beispielsweise 760°C außerordentlich spröde.Well-known hard solders of this type, e.g. B. a solder made of an alloy of 50% nickel, 40% copper and 10% chromium, the 1% silicon, 0.1% niobium and 0.25% manganese is added, or a solder that contains 64% copper, 25% nickel and 11% zinc contains, are extremely brittle at high temperatures of 760 ° C, for example.

Der Erfindung liegt nun nie Aufgabe zugrunde, ein Hartlot zu schaffen, das sich durch eine gute Benetzungsfähigkeit, hohen Oxydationswiderstand und hohe Dehnbarkeit auszeichnet. Dabei kommt es besonders auf die Dehnbarkeit an. Insbesondere soll sich das Lot zum Hartlöten von Werkstücken eignen, die aus hoch warmfesten Stahl- oder Kobaltlegierungen oder Nickellegierungen, die mit Titan, Aluminium und Molybdän gehärtet sind, bestehen. Infolge der hohen Benetzungsfähigkeit soll das Lot in der Lage sein, verhältnismäßig breite Spalten zwischen den zu verlötenden Werkstücken zu überbrücken.The invention is never based on the task of creating a hard solder, which is characterized by good wettability, high resistance to oxidation and high Characterized by elasticity. The elasticity is particularly important. In particular the solder should be suitable for brazing workpieces that are made of highly heat-resistant Steel or cobalt alloys or nickel alloys with titanium, aluminum and Molybdenum are hardened. Due to the high wettability that should Solder to be able to leave relatively wide gaps between the ones to be soldered To bridge workpieces.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das 20 bis 40% Nickel enthaltende Kupfer-Nickel-Hartlot neben 2 bis 3% Silicium noch 2 bis 10% Indium oder, beim Fehlen von Indium, 4% Silicium enthält.According to the invention, this object is achieved in that the 20 to 40% Nickel-containing copper-nickel hard solder in addition to 2 to 3% silicon also 2 to 10% Contains indium or, in the absence of indium, 4% silicon.

Die Verwendung dieser Legierung als Lot hat nicht nahegelegen.The use of this alloy as a solder was not obvious.

Eine günstige Lage des Schmelzpunktes allein begründet noch nicht die Eignung einer Kupfer-Nickel-Legierung als Hartlot. Ersetzt man bei Dreistoffsystemen oder noch verwickelteren Lotlegierungen ein den Schmelzpunkt erniedrigendes Metall durch ein anderes, dann erhält man ein völlig neues und anders geartetes Legierungssystem, dessen Eigenschaften nur in Ausnahmefällen aus den Eigenschaften des früheren Zweistoff oder Dreistoffsystems oder verwickelteren Systems abgeleitet werden können.A favorable position of the melting point alone does not constitute grounds the suitability of a copper-nickel alloy as a hard solder. Replaced in three-component systems or even more intricate solder alloys, a metal that lowers the melting point by another, then you get a completely new and different alloy system, its properties only in exceptional cases from the properties of the earlier two-substance or the three-component system or more complex system.

Wenn das Lot die angegebene Menge von 2 bis 100% Indium enthält, kann der Siliciumzusatz auch fortfallen. In diesem Falle kann sich der Nickelanteil besonders auf 35 bis 38% und der Anteil an Indium auf 4 bis 6% belaufen.If the solder contains the specified amount of 2 to 100% indium, can the addition of silicon is also omitted. In this case, the nickel content can be particularly amount to 35 to 38% and the proportion of indium to 4 to 6%.

Besonders bewährt hat sich ein Kupfer-Nickel-Hartlot, das aus 30 bis 40% Nickel, 2 bis 30% Silicium, 2 bis 6% Indium, Rest Kupfer, besteht.A copper-nickel hard solder made from 30 to 40% nickel, 2 to 30% silicon, 2 to 6% indium, the remainder copper.

Auch dann erhält man ein Hartlot, das die gestellte Aufgabe löst, wenn nur 75% dieses Hartlotes der obigen Vorschrift entsprechen, während der Rest von einer Nickellegierung gebildet wird, der geringe Mengen von Silicium, Bor und Chrom zugesetzt sind, wie aus Tabellen III und IV hervorgeht.Even then you get a hard solder that solves the task at hand, if only 75% of this braze meets the above requirement, while the rest Formed by a nickel alloy containing small amounts of silicon, boron and Chromium are added, as can be seen from Tables III and IV.

Die folgende Reihe von Lotzusammensetzungen stellt eine Reihe von Beispielen nach der Erfindung dar. Tabelle I Zusammensetzung in Gewichtsprozent Beispiel Cu Ni In Si H 45 53 37 10 - H 46 56 39 5 - H 47 57 40 3 - H 48 54 39 5 2 H 49 54 40 5 1 H 50 60 35 5 - H 51 59 35 5- 1 H 52 65 30 5 - H 55 66 30 0 4 H 56 65 30 2 3 1-157 65 30 3 2 H 58 65 30 4 1 Alle Lote der Tabelle I besitzen eine Solidustemperatur von mindestens etwa 980°C, und zwei der . Lote (H 46 und H 50) besitzen eine Solidustemperatur von über 1035°C.The following series of solder compositions represent a series of examples according to the invention. Table I. Composition in percent by weight Example Cu Ni In Si H 45 53 37 10 - H 46 56 39 5 - H 47 57 40 3 - H 48 54 39 5 2 H 49 54 40 5 1 H 50 60 35 5 - H 51 59 35 5- 1 H 52 65 30 5 - H 55 66 30 0 4 H 56 65 30 2 3 1-1 57 65 30 3 2 H 58 65 30 4 1 All solders in Table I have a solidus temperature of at least about 980 ° C, and two of the. Solders (H 46 and H 50) have a solidus temperature of over 1035 ° C.

Die Lote H 50, H 55 und H 56 werden zum Hartlöten der erwähnten warmfesten Legierung auf Nickelgrundlage bevorzugt verwendet, da sie die besten Eigenschaften zur Verwendung mit einem solchem Werkstoff in sich vereinigen. Keine der Legierungen von Tabelle I machte die zu lötende Legierung spröde.The solders H 50, H 55 and H 56 are used for brazing the above-mentioned heat-resistant Nickel-based alloy is preferred because it has the best properties unite for use with such a material. None of the alloys of Table I made the alloy to be soldered brittle.

Tabelle 1I gibt die durchschnittlichen Ergebnisse der Scherzugversuche an den Verbindungsstellen der beiden Legierungen an, die bei etwa 1175'C unter Verwendung eines Lotes aus 35 bis 38% Nickel, 4 bis 10% Indium, Rest Kupfer, hartgelötet waren. Nach dem Hartlöten wurde die Probe luftgekühlt und 4 Stunden bei 900°C gehärtet. Die in Tabelle Il verwendete Bezeichnung »Scherfestigkeit« stellt die maximale Belastung geteilt durch die Abscherfläche dar. Tabelle II .1. mtu, oC Scherfestigkeit. Pe kglmmz Probe A .... Zimmertemperatur 2,5 Probe B .... 540 2 Probe C .... 650 9,7 Probe D .... 760 6,3 Die Fähigkeit des Hartlotes oder der Hartlotmischung, verhältnismäßig breite Lötfugen zwischen den zu verbindenden Teilen zu überbrücken, erhöht die Wirksamkeit und setzt die Herstellungskosten für einen hartgelöteten Gegenstand herab. Ein Material, das verhältnismäßig breite Fugen (z. B. 1,9 cm) zwischen den zu verbindenden Teilen überbrückt, wird gewöhnlich als ein »breite Fugen schließendes Hartlot« bezeichnet. Ein solches Material, das üblicherweise in Pulverform verwendet wird, muß flüssig genug sein, damit die zu lötende Fläche benetzt wird, aber darf nicht so flüssig sein, daß es von der zu überbrückenden Verbindungsstelle abfließt. Deshalb muß ein solches »breite Fugen schließendes Hartlot« bei der Temperatur, bei der gelötet wird, gleichzeitig flüssig und träge sein.Table 1I gives the average results of the tensile shear tests at the joints of the two alloys, which were brazed at about 1175 ° C. using a solder made from 35 to 38% nickel, 4 to 10% indium, the remainder being copper. After brazing, the sample was air cooled and cured at 900 ° C for 4 hours. The term "shear strength" used in Table II represents the maximum load divided by the shear area. Table II .1. mtu, oC shear strength. Pe kglmmz Sample A .... room temperature 2.5 Sample B .... 540 2 Sample C .... 650 9.7 Sample D ... 760 6.3 The ability of the braze or braze mixture to bridge relatively wide joints between the parts to be joined increases the effectiveness and lowers the manufacturing costs for a brazed object. A material that bridges relatively wide joints (e.g. 1.9 cm) between the parts to be joined is commonly referred to as "wide joint braze". Such a material, which is usually used in powder form, must be liquid enough that the surface to be soldered is wetted, but must not be so liquid that it flows off the joint to be bridged. For this reason, such a "braze that closes wide joints" must be both liquid and sluggish at the temperature at which the brazing is carried out.

Die Hartlote nach der Erfindung eignen sich ausgezeichnet als »breite Fugen schließende« Mischungen mit anderen warmfesten Legierungen in Pulverform.The brazing alloys according to the invention are excellently suited as »broad Joint closing «mixtures with other heat-resistant alloys in powder form.

Tabelle III führt einige brauchbare Mischungen von Hartlotpulvern (in Gewichtsprozent) an. Tabelle III Hartlote N-Legierung P-Legierung nadt der Erfindung % °% Mischung E ... 85 - 15 Mischung F ... 95 5 - Mischung G ... 75 24 1 Die Zusammensetzungen der in Tabelle III genannten Hartlote sowie der N- und P-Legierungen sind in der folgenden Tabelle angeführt. Tabelle IV Hartlote Element nach der N-Legierung P-Legierung Erfindung °% % % Nickel ..... 35 bis 38 98 bis 95,8 88,5 bis 83,5 Indium .... 4 bis 6 - - Kupfer ..... 61 bis 56 - - Silicium .... - 1,5 bis 2,4 3 bis 5 Bor . . . . . . . . - 0,5 bis 1,8 2,5 bis 3,5 Chrom ..... - - 6 bis 8 Außer der Fähigkeit, verhältnismäßig breite Fugen zu überbrücken und das Sprödewerden der zu verbindenden Werkstoffe zu verhüten, können die Mischungen der Tabelle III sowie die Kupferhartlote zur Verbindung von Teilen verwendet werden, von denen man weiß, daß eine Reparatur oder eine Lösungsglühung erforderlich sein wird, wobei der Gegenstand von der Lötstelle entfernt werden muß. Das Hartlot und seine Mischungen fließen bei einem wiederholten Löten nicht wesentlich zurück und schmelzen während des Lösungsglühens bis zu etwa 1090°C nicht.Table III lists some useful mixtures of braze powders (in percent by weight). Table III Hard solders N-alloy P-alloy nadt the Invention% °% Mixture E ... 85 - 15 Mixture F ... 95 5 - Mixture G ... 75 24 1 The compositions of the brazing alloys mentioned in Table III and of the N and P alloys are given in the following table. Table IV Hard solders Element based on the N alloy P alloy invention °%%% Nickel ..... 35 to 38 98 to 95.8 88.5 to 83.5 Indium .... 4 to 6 - - Copper ..... 61 to 56 - - Silicon .... - 1.5 to 2.4 3 to 5 Boron. . . . . . . . - 0.5 to 1.8 2.5 to 3.5 Chrome ..... - - 6 to 8 In addition to the ability to bridge relatively wide joints and prevent the materials to be joined from becoming brittle, the mixtures in Table III and the copper brazing alloys can be used to join parts that are known to require repair or solution annealing. whereby the object must be removed from the solder joint. The braze and its mixtures do not flow back significantly with repeated brazing and do not melt during the solution heat treatment up to about 1090 ° C.

Claims

Claims: 1. Copper-nickel hard solder, consisting of 20 to 40% Nickel, optionally silicon, the remainder copper, characterized in that the solder in addition to 2 to 3% silicon, 2 to 10% indium or, in the absence of indium, 4% silicon contains.

2. Lot according to claim 1, characterized in that it consists of 30 to 40% nickel, 2 to 3% silicon, 2 to 6% indium, the remainder copper.

3. copper-nickel brazing alloy, consisting of 20 to 40% nickel, the remainder copper, characterized in that it is still Contains 2 to 10% indium.

4. Lot according to claim 3, characterized in that it consists of 35 to 38% nickel, 4 to 6% indium, the remainder copper.

5. Braze mixture in powder form, characterized in that it consists of 85% powdered hard solder Claim 4 and 15% consists of a powdered nickel hard solder, which in turn of 3 to 5% silicon, 2.5 to 3.5% boron, 6 to 8% chromium, the remainder nickel.

6th Brazing alloy in powder form, characterized in that it consists of 950% powdered Hard solder according to claim 4 and 5% of a powdered nickel hard solder which in turn consists of 1.5 to 2.4% silicon, 0.5 to 1.80% boron, the remainder nickel.

7. Brazing alloy in powder form, characterized in that it consists of 75% of the Brazing alloy according to claim 4, consisting of 240% of a second brazing alloy, which in turn of 0.5 to 1.8% boron, 1.5 to 2.4% silicon, the remainder nickel, and 1% a third hard solder, which in turn consists of 3 to 5% silicon, 2.5 to 3.5% Boron, 6 to 8% chromium, the remainder nickel. German publications considered U.S. Patent No. 525 165; "Chemisches Zentralblatt", 1953, pp. 5571/5572.