DE1263461B - Fluessiges Loetmittel fuer das Verloeten von Teilen aus Aluminium - Google Patents

Description

• Flüssiges Lötmittel für das Verlöten von Teilen aus Aluminium Die Erfindung betrifft ein flüssiges Lötmittel für das Verlöten von Teilen aus Aluminium und zur Ausbildung einer Kupfer-Zink-Aluminium-Legierung, die gegeniiber der Einwirkung von Wasser und Kühlmitteln in Kraftfahrzeug-Kühlsystemen korrosionsfest ist, Bei dem Verlöten< von Metallteilen mit Ausnahme von Teilen aus Aluminium verfährt man allgemein dergestalt, daß die Metallteile zusammengesetzt und in Berührung in deren abschließender Anordnung gebracht werden, wobei man unter Aufrechterhalten dieser Anordnung das zusammengebaute Bauelement in eine flüssige Lötmittelmasse eintaucht, um so das Metall insbesondere, an den Berührungsflächen mit der Flüssigkeit zu überziehen. Die Flüssigkeit enthält die Lötmittel in suspendierter Form, Das Verlöten wird sodann durch Erwärmen der feuchten Anordnung auf die Löttemperatur zum Abschluß gebracht. Dieses Verfahren ist ebenfalls für das Verlöten von Aluminium und Aluminiumlegierungen miteinander und an anderen Metallen und Legierungen in Vorschlag gebracht worden, ist jedoch bei Bauelementen aus sehr dünnen Legierungen und insbesondere Aluminiumlegierungen nicht vollständig zufriedenstellend gewesen 2981648), Die bei dem angegebenen Verfahren in Anwendung, kommenden flüssigen Produkte enthalten üblicherweise relativ schwere, dispergierbare Teilchen der Lötmittel, die dazu neigen, sich auf Grund eines Absetzens abzutrennen, Es finden verschiedene Hilfsmittel Anwendung, um die Flüssigkeit kontinuierlich in Bewegung zu halten, so daß diese Teilchen in Suspension gehalten werden. Dies ist jedoch auf Grund der Schwierigkeiten bezüglich des Haltens der Flüssigkeit in einem einheitlichen Zustand etwas unbefriedigend, Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Tauchlötverfahren zum Herstellen einer Lötverbindung besteht darin, daß die festen Lötmittel praktisch nur die Oberfläche der zu verbindenden Metalle. überziehen und nur eine sehr geringe Wirkung auf das Metall als solches mit Ausnahme der Ausbildung eines praktisch mechanisch gefertigten Oberflächenüberzuges ausüben.
• Es ist weiterhin ein Lötmittel bekanntgeworden, das mit einem sehr viskosen speziellen Flußmittel angewandt wird. Diese Flußmittel sind Umsetzungsprodukte, wobei jedoch für das Verlöten derartig hohe Temperaturen in Anwendung kommen müssen, daß die Legierung des Flußmittels schmilzt und auf dem Aluminium niedergeschlagen. wird (französische Patentschrift 1069 779). Derartige Massen sind mit dem Nachteil behaftet, daß der Schmelzpunkt der Legierung relativ niedrig liegt, Erfindungsgemäß gelingt es nun, diese mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile auszuräumen. Das erfindungsgemäße flüssige Lötmittel für das Verlöten von Teilen aus Aluminium durch Ausbildung einer Lötfuge aus einer Zink-Aluminium-Kupfer-Legierung, die gegenüber der Einwirkung von Wasser und Kühlmitteln in Kraftfahrzeug-Kühlsystemen korrosionsfest ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe praktisch frei ist von Feststoffen mit einer Größe; die kolloidale Abmessungen überschreitet, und aus 37,5 Teilen Zinkhalogenid, 0,12 bis 1,69 Teilen Kupferhalogenid, 0;9 bis 1,5 Teilen Ammoniumhalogenid und 0,3 bis 0,6 Teilen Natriumfluorid und 22,5 bis 37,5 Teilen eines flüssigen aliphatischen Ketons besteht, wobei die Halogenide und das Fluorid in Form von gelösten Bestandteilen und chemischen. Komplexen miteinander und mit dem Keton vorliegen, Weitere vorteilhafte Ausführungformen sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 4.
• Vermittels des erfindungsgemäßen Lötmittels gelingt es, auf Grund der molekularen oder kolloidalen, Größe der Einzelbestandteile ein Absetzen zu vermeiden und die Einheitlichkeit des Produktes ohne Rühren aufrechtzuerhalten, Die erfindungsgemäßen flüssigen Lötmittel sind entweder klar durchsichtig oder durchscheinend, wodurch sich ergibt, daß praktisch keine groben Teilchen wie bei den- bekannten flüssigen Lötmitteln vorliegen.
• Die erfindungsgemäßen Lötmittel bedingen einen sehr erheblichen Vorteil dahingehend, daß die lotbildenden Metalle aus chemischen Verbindungen der Metalle abgeschieden werden, so daß die Metalle in statu nascendi vorliegen, sobald dieselben mit dem zu verlötenden Aluminium in Berührung kommen. Dies scheint zu einer Art chemischen Vereinigung der Lötmetalle mit dem zu verlötenden Aluminium zu führen, so daß tatsächlich Lotlegierungen mit dem zu verlötenden Metall ausgebildet werden.
• Ein weiterer erfindungsgemäß erzielter Vorteil besteht darin, daß die -aus einer chemischen Verbindung der Metalle abgeschiedenen Lötmetalle in einem sehr hohen Reinheitsgrad vorliegen. Wie allgemein bekannt, hängen die Eigenschaften von Lotungen dieser Art in erheblichem Ausmaß von dem hohen Reinheitsgrad des Lotes ab. Das Legieren mit dem zu verlötenden- Metall führt dazu, daß die Lötstelle tatsächlich härter als das gelötete Aluminium wird.
• Ein weiterer Vorteil des Aufbringens der Lötmetalle aus einer chemischen Verbindung des jeweiligen Metalls besteht darin, daß kleinere Mengen der Lötmetalle angewandt werden können. Hierdurch wird nicht nur das Gewicht des abschließend erhaltenen Bauelementes verringert, sondern es wird ebenfalls das Verlöten von außerordentlich dünnen Metallteilen ermöglicht, ohne daß eine Legierungsbildung durch das dünne Metall hindurch erfolgt. Dies war bisher nicht möglich, da die suspendierten Teilchen dazu neigten, sich in bestimmten Flächen, und zwar insbesondere in verwickelten Bauteilen, wie z. B. Wärmeaustauschern, zu sammeln. Da vergleichsweise kleinere Mengen des Lötmittels angewandt werden können, werden die Kosten erheblich verringert und saubere und glänzendere Lötstellen erzielt. Da die meisten der in dem erfindungsgemäßen Lötmittel Anwendung findenden chemischen Verbindungen tatsächlich indem flüssigen Träger gelöst sind,- ergibt sich eine bessere und-.einheitlichere Verteilung in der Flüssigkeit. Weiterhin trägt das Auflösen oder wenigstens kolloidales Suspendieren der Bestandteile ebenfalls zu sauberen und glänzenderen Bauelementen bei, als dies bisher erreicht werden konnte.
• Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise erläutert.
• -'Das erfindungsgemäße Lötmittel enthält ein niedermolekulares, aliphatisches Keton als eine kontinuierliche flüssige Phase, in der die Metallhalogenide entweder gelöst sind oder suspendiert in Form von hochmolekularen oder kolloidalen Dispersionen vorliegen, so daß selbst ohne Rühren die Metallhalogenide sich über eine längere Zeitspanne hin praktisch nicht absetzen, wobei unter dieser Zeitspanne auch die Zeit zu verstehen ist, die für das Aufbringen des flüssigen Lötmittel gelösten oder suspendierten Metallhalogeerforderlich ist, der gewöhnlich in das Lötmittel eingetaucht wird. Man kann jedoch auch ein Aufsprühen oder eine ähnliche Arbeitsweise anwenden. Die im Lötmittel gelösten oder suspendierten Metallhälogennide liegen nicht unbedingt in dem gleichen Zustand vor, in dem sie dem flüssigen Keton zugesetzt und mit demselben vermischt worden--- sind, da entsprechende Beweise darauf hindeuten, daß sich einige dieser Verbindungen miteinander, z. B. unter Ausbilden von Komplexverbindungen oder Doppelsalzen, umsetzen und ebenfalls mit dem Keton in Wechselwirkung treten. Dies -wird durch 'die Tatsache -bewiesen, daß bei Herstellen des Lötmittels unter Vermischen des Ketons und der Salze eine gewisse Wärmemenge erzeugt wird und das Keton nicht mehr unter Rückgewinnen der Salze vermittels Auskristallisieren aus der Lösung abdestilliert weiden kann.
• Das Lötmittel ist praktisch homogen, nachdem jedes der Salze einheitlich in dem Keton dispergiert worden ist, und-zwar in dem Sinn, daß es sich um die Suspension hochmolekularer oder kolloidaler Körper handelt. Entsprechende Beweise deuten darauf hin, daß Komplexverbindungen der Bestandteile, wie Doppelsalze und Komplexe mit dem Keton wahrscheinlich ausgebildet werden. Das flüssige aliphatische Keton ist relativ niedermolekular und weist vorzugsweise ein Molekulargewicht auf, das nicht über 100 liegt. Beispiele für derartige aliphatische Ketone sind unter anderem 2-Propanon, 2-Butanon, 3-Methyl-2-butanon, 2-Pentanon, 3-Pentanon, 2-Hexanon, 3-Hexanon, 2-Pentanon-3-methyl, 2-Pentanon-4-methyl und 3-Pentanon-2-methyl.
• Das bevorzugte Zinkhalogenid ist Zinkchlorid, es können jedoch ebenfalls das Bromid und Jodid angewandt werden. Das bevorzugte Kupferhalogenid ist das entsprechende Chlorid oder Fluorid, und zwar entweder in wasserfreier oder kristalliner Form, die natürlich das Kristallwässer einschließt. Die Menge des in dem Lötmittel enthaltenen Kupferhalögenids wird vorzugsweise so ausgewählt, daß in der enthaltenen Lötnaht metallisches Kupfer in einer Menge von etwa 0,25 bis 3,5 % bezüglich des Zinks vorliegt. Es wurde gefunden, daß eine ausreichende, erfindungsgemäße Menge Kupferhalogenidsalz in dem Lötmittel, die zu einer Kupfermenge von etwa 2% bezüglich des metallischen Zinks führt, zu einer ausgezeichneten Lötverbindung führt.
• Das bevorzugte Ammoniumhalogenid ist Ammoniumchlorid. Obgleich Ammoniumchlorid allgemein als in flüssigem Keton unlöslich betrachtet wird, verbleibt doch eine genügende Menge gelöst oder in suspendiertem Zustand, um wirksam werden zu können. Es kann ebenfalls Ammoniumbromid und Ammoniumjodid an Stelle des Ammoniumchlorids angewandt werden, jedoch scheinen sich hierdurch keine besonderen Vorteile zu ergeben, und diese Verbindungen sind auch kostspieliger. Obgleich das Ammoniumchlorid in dem Ketonlösungsmittel nicht sehr löslich ist, scheinen doch feine Teilchen desselben in einer hochmolekularen oder kolloidalen Suspension unbegrenzt lange zu verbleiben, wodurch sich eine ausreichend einheitliche Konzentration dieser Verbindung zum Erzielen einer zufriedenstellenden Flußmittelwirkung ergibt.
• Zu weiteren Flußmitteln, die in -dem erfindungsgemäßen Lötmittel an Stelle des Natriumfluorids bzw. als Ammoniumhalogenid angewandt werden können, gehören Natriumhydrogenfluorid; Kaliumflüorid und/ oder Kaliumhydrogenfluorid bzw. Ammoniumfluorid und/oder Ammoniumhydrogenfluorid.
• Beispiel 1 Es wird ein flüssiges klebmittelartiges Lötmittel nach der Erfindung hergestellt, indem zunächst 37,5 Teile Zinkchlorid zu 22,5 Teilen 2-Butanon zugesetzt werden. Die gesamte in dem Gemisch in Form von Spuren vorliegende Feuchtigkeit scheint sich unter Ausbilden von Zinkoxid und Wasserstoff umzusetzen. Das Zinkoxid fällt aus und wird zweckmäßigerweise z. B. durch Abgießen des flüssigen Umsetzungsproduktes oder durch Zentrifugieren abgetrennt. Es wird sodann eine geringe Menge des flüssigen Umsetzungsproduktes zu einem Gemisch aus 0,75 Teilen kristallinem Kupferfluorid, 1,2 Teilen Ammoniumfluorid und 0,45 Teilen Natriumfluorid zugesetzt. Nach dem Vermahlen wird das Gemisch sodann zu dem restlichen Anteil des flüssigen Umsetzungsproduktes zugesetzt und das Gemisch gerührt. In das fertige Lötmittel wird ein zusammengesetzter Aluminium-Kühlerkern eingetaucht, die Flüssigkeit abtropfen gelassen und sodann zwecks Aktivieren der verschiedenen Salze und Verbinden der Kühlerteile miteinander auf eine Temperatur von etwa 430 bis 455° C erhitzt.
• Beispiel 2 Man arbeitet in der gleichen Weise wie nach dem Beispiel 1, wobei jedoch an Stelle des kristallinen Kupferfluorids nunmehr 0;12 Teile kristallines Kupferchlorid dem Lötmittel zugesetzt werden.
• Beispiel 3 Man arbeitet in der gleichen Weise wie nach dem Beispiel 1, wobei jedoch an Stelle des kristallinen Kupferfluorids 0,48 Teile kristallines Kupferchlorid dem Lötmittel zugesetzt werden.
• Beispiel 4 Man arbeitet in der gleichen Weise wie nach dem Beispiel 1, wobei das Lötmittel jedoch die folgende Zusammensetzung aufweist: 37,5 Teile Zinkchlorid, 0,76 Teile wasserfreies Kupferchlorid, 1,5 Teile Ammoniumchlorid, 0,6 Teile Natriumfluorid und 22,5 Teile des Ketons. Beispiel 5 Man arbeitet in der gleichen Weise wie nach dem Beispiel 1, wobei das Lötmittel die folgende Zusammensetzung aufweist: 37,5 Teile Zinkchlorid, 0,35 Teile kristallines Kupferfluorid, 0,9 Teile Ammoniumchlorid, 0,3 Teile Natriumfluorid und 22,5 Teile des Ketons. Beispiel 6 Man arbeitet in der gleichen Weise wie nach dem Beispiel 1, wobei das Lötmittel die folgende Zusammensetzung aufweist: 37,5 Teile Zinkchlorid, 1,69 Teile kristallines Kupferchlorid, 1,5 Teile Ammoniumchlorid, 0,6 Teile Natriumfluorid und 37,5 Teile des Ketons. Beispiel ? Bei diesem Beispiel wird das flüssige Lötmittel nach der Erfindung durch gleichzeitigen Zusatz jedes der Salze nach dem Beispiel 1 zu dem Ketonlösungsmittel hergestellt. Beispiel 8 Man arbeitet in der gleichen Weise wie nach dem Beispiel 1, wobei an Stelle des 2-Butanons nunmehr 2-Propanon als Keton verwendet wird.
• Beispiel 9 Man arbeitet in der gleichen Weise wie nach dem Beispiel 5, wobei das in Anwendung kommende Keton 2-Propanon ist. Bei den obigen Beispielen werden alle festen Bestandteile möglichst fein in Gegenwart des Ketons in einem Mörser vermittels eines Pistills verrieben. Bei großen Mengen kann eine Kolloidmühle od. dgl. angewandt werden.
• Das erfindungsgemäße Lötmittel kann in jeder geeigneten Weise, wie durch ein Eintauchen, Aufbürsten, Aufsprühen od. dgl., aufgebracht werden. Nach dem Aufbringen des Lötmittels auf den Werkstoff wird das Ganze erhitzt, indem dasselbe in einen auf eine geeignete Löttemperatur erhitzten Ofen gebracht wird, der sich vorzugsweise auf einer Temperatur von etwa 400 bis 815° C befindet.
• Beim erfindungsgemäßen Verlöten von Aluminiumteilen ergibt sich eine Lötstelle, die im wesentlichen eine Legierung aus Zink und aus den Bauteilen einlegiertem Aluminium darstellt und eine wesentlich höhere Korrosionsfestigkeit als eine nur aus Zink bestehende Lötstelle aufweist.
• Da die einheitliche Dispersion der Salze in dem Keton zu einer zwangläufig wirksamen Verteilung auf alle Oberflächen des zu verbindenden Werkstoffs unabhängig von dem verwickelten Aufbau des Bauelementes führt, wird eine verbesserte Lötverbindung erzielt. Da das Zink durch die Reduktion des Zinkhalogenids in situ erhalten wird, weist das Legierungszink einen sehr hohen Reinheitsgrad auf. Da das Metall in statu nascendi an der Verbindungsstelle ausgebildet wird, wird weiterhin eine schnelle Legierungsbildung mit dem Aluminium erzielt. Die verbesserte Einheitlichkeit der Verteilung des Zinks und des Kupfers in der Legierung führt zu einer verbesserten Lötverbindung.
• Bei der verwendeten Einheit »Teile« handelt es sich stets um Gewichtsteile.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Flüssiges Lötmittel für das Verlöten von Teilen aus Aluminium durch Ausbildung einer Lötfuge aus einer Zink-Aluminium-Kupfer-Legierung, die gegenüber der Einwirkung von Wasser und Kühlmitteln in Kraftfahrzeug-Kühlsystemen korrosionsfest ist, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß dasselbe aus 37,5 Teilen Zinkhalogenid, 0,12 bis 1,69 Teilen Kupferhalogenid, 0,9 bis 1,5 Teilen Ammoniumhalogenid und 0,3 bis 0,6 Teilen Natriumfluorid und 22,5 bis 37,5 Teilen eines flüssigen aliphatischen Keton$ besteht, wobei die Halogenide und das Fluorid in Form von gelösten Bestandteilen und chemischen Komplexen miteinander und mit dem Keton vorliegen und die gegebenenfalls vorhandenen Feststoffe des Lötmittels höchstens kolloidale Abmessungen aufweisen.
2. 2. Lötmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinkhalogenid aus Zinkchlorid und das Kupferhalogenid aus Kupferfluorid oder Kupferchlorid, das Ammoniumhalogenid aus Ammoniumchlorid, Ammoniumbromid oder Ammoniumjodid besteht.
3. 3. Lötmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige aliphatische Keton ein Molekulargewicht bis etwa 100 aufweist.
4. 4. Lötmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe an Stelle des Natriumfluorids Natriumhydrogenfluorid, Kaliumfluorid oder Kaliumhydrogenfluorid oder ein Gemisch derselben und als Ammoniumhalogenid Ammoniumfluorid oder Ammoniumliydrogenfluarid oder ein Gemisch derselben enthält.
5. 5. Lötmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 37,5 Teilen Zinkhalogenid, 0,75 Teilen Kupferfluorid, 1,2 Teilen AmmoniumQhlorid, 0,45 Teilen Natriumfiuorid und 22,5 Teilen Methyläthylketon besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentsehrift Nr, 1069 779; USA.=Patentschrift Nr. 198.1648.