DE2219709A1

DE2219709A1 - Lötverfahren

Info

Publication number: DE2219709A1
Application number: DE19722219709
Authority: DE
Inventors: Toshiei Odawara Kanagawa Funakubo (Japan). B23k 3-04
Original assignee: Kabushiki Kaisha Eishin, Tokio
Priority date: 1971-04-24
Filing date: 1972-04-21
Publication date: 1972-11-09
Also published as: GB1372472A; DE2219709C3; DE2219709B2; CH550630A

Description

eingegangen am.i.:£.ilk.

(^ß/-''"^219709

Dr. \ bhnui Späth
6200 Rosonhoim/Obb.

Max-Josefs-Piata 6 _,__._ D.utidiland b? P Ί 5

21. April 1972

Kabushiki Kaisha Eishin, No. 6 - 5, Morishita 3-chome, Koto-ku Tokyo / Japan

Lötverfahren

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung verschiedener Elemente von Erzeugnissen, insbesondere zur Verbindung solcher metallischer und anderer Elemente mittels einer filmartigen Schicht aus lot, das in erster Linie zumindest einem der Elemente an seiner Außenfläche aufgegeben wird, die eine Verbindung mit dem anderen Element herbeiführen soll. Das Verfahren kennzeichnet sich dadurch, daß die filmartige Schicht des Lotes vor dem Lot- oder Hartlötvorgang gebildet wird, indem ein Lot unter Vakuum erhitzt und das auf diese Weise verdampfte Lot an der Oberfläche zum Anhaften gebracht wird. Eine solche Verdampfung von Lot und Anhaften von Lot an der Oberfläche erfolgt mittels eines bekannten Verfahrens zum im Vakuum erfolgenden Elektroplattieren, beispielsweise Vakuumverdampfung und Kathodenzerstäubung. Die Erfindung schafft auch ein Element eines Erzeugnisses, das in erster Linie mit einer solchen filmartigen Schicht des Lotes von gleichmäßiger Dicke versehen ist, wobei eine Bereitschaft zur Verlötung oder Hartverlötung mit dem anderen Element besteht. Die Erfindung schafft ferner ein Erzeugnis, welches durch Anwendung der oben erwähnten Elemente entsteht.

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Bei normalen Lot- und Hartlötvorgängen, bei denen entweder Weichoder Hartlote verwendet werden, um Verbindungen von Elementen herzustellen, werden Lötmetalle in Stangen- oder Plattenform auf die miteinander zu verbindenden Berührungsflächen entweder mit oder ohne Flußmittel aufgebracht, während eine Erhitzung und ein Schmelzen des Lotes erfolgt. Derartige Lötverfahren sind von der Arbeitstechnik bei der Aufbringung der Lote auf die Kontaktflächen in einer gewünschten Menge abhängig, wobei es wichtig ist, daß durch die Anwendung des Flußmittels die Oxidation der Verbindungsstellen verhindert werden kann, während andererseits das Flußmittel bisweilen die Korrosion metallischer Elemente fördert.

Das Arbeitsprinzip der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die Aufbringung von Lötmetallen auf Berührungsflächen von zu verbindenden Elementen unabhängig von der Arbeitstechnik oder der Erfahrung eines Arbeiters automatisch durch Verdampfung von Lötmetallen unter Vakuum, beispielsweise mittels Vakuumverdamp i'ung oder Kathodenzerstäubung, und Anhaftenlassen der Lötmetalle an den Flächen in einer gewünschten Menge erfolgt. Auf diese Weise an den Berührungsflächen zum Anhaften gebrachte Lötmetalle ergeben eine Filmschicht der Lötmetalle von einer gleichförmigen Dicke, wodurch feste Verbindungen herstellbar sind, wenn eine Erwärmung und erneute Verfestigung stattfindet. Als Vorteil ergibt sich hierbei, daß Elemente von miteinander oder mit anderen Elementen zu verbindenden Erzeugnissen, welche ursprünglich mit einer filmartigen Schicht von einer gleichförmigen Lötmetallmenge vor dem Lot- oder Hartlot-Vorgang zum Anhaften gebracht wurden, industriell in Massenproduktion hergestellt werden können, die von Hand erfolgende Aufbringung von Lötmetallen auf die Kontaktflächen von Verbindungen an Ort und Stelle in der Fabrik kann vermieden werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Verkauf mechanischer Elemente, welche zuerst mit Lötmetallen auf ihren Oberflächen versehen werden, die gelötete Verbindung^ oilden sollen. Die Verwendung von Fluß-

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mitteln wird erfindungsgemäß vermieden, so daß die Lötvorgänge einfach durchführbar sind und eine Korrosion von gelöteten metallischen Elementen durch das Flußmittel vermieden wird.

Die Erfindung schafft also ein Lötverfahren, bei dem die Lötmetalle in gleichförmiger Dicke mit Verbindungsstellen von zu verlötenden oder hart zu verlöteten Elementen mittels einer im Vakuum erfolgenden Elektroplattierung, beispielsweise in Form einer Vakuumverdampfung, vor dem Lot- und Hartlötvorgang zum Anhaften gebracht werden. Dieses Verfahren vermeidet die Anwendung von Flußmitteln und stellt eine gleichförmige Dicke des Lotes sicher.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Teils eines Zahnes eines Bandsägeblattes sowie eine an diesen Teil zu lötende superharte Spitze, in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 eine Anzahl von ausgerichtet aufgereihten Spitzen und Abdeckplatten, welche das Anhaften von Lötmetallen an anderen Oberflächen als den zu verlötenden Kontaktoberflächen verhindern, in einer zur besseren Veranschaulichung vereinfachten, auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung,

Fig. 3 ein Schaubild zur Veranschaulichung der mechanischen Festigkeit, welche entsprechend den Lötmetallen zuzuordnen ist, als Funktion der Dicke dieser Lötmetalle.

Der Erfindungsgedanke wird bevorzugt gemäß der Darstellung von Fig. 1 bei der Herstellung eines Bandsägeblattes angewendet, dessen Zähne aus Bimetall bestehen. Ausgeschnittene Teile 3 sind an Zähnen 2 vorgesehen, "die mit einem gewünschten Abstand

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längs einer Kante eines Sägeblattes 1 angeordnet sind, wobei das Sägeblatt aus Kohlenstoffstahl oder legiertem Stahl besteht. An den ausgeschnittenen Teilen 3 sind superharte Spitzen Von angenäherter Pfeilerform angelötet, um die Schneidwirkung zu steigern und die Standzeit des Sägeblattes zu verlängern. Diese Spitzen bestehen vorzugsweise aus Legierungen, die vorherrschend folgende Stoffe enthaltend Wolframkarbide, Legierungen von Multikarbiden, die zum größeren Teil Wolframkarbide und zum kleineren Teil Titan- und/oder Tantalkarbide enthalten, Legierungen von Karbiden mit einem vorherrschenden Gehalt an Tantal- und/oder Vanadiumkarbiden oder Keramikstoffe mit einem vorherrschenden Gehalt an Aluminiumoxiden oder Siliziumiioxides.

Da die Gesamtabmessungen dieser Spitze 4 extrem gering sind, werden infolgedessen deren Vertikalfläche 5'_f welche eine Berührungsfläche mit einer Vertikalfläche 5 des ausgeschnittenen Teiles 3 beim Verlöten bildet, und deren horizontale Fläche 6', welche in ähnlicher Weise eine Berührungsfläche mit deren abgestimmter Horizontalfläche 6 des ausgeschnittenen Teiles 3 bildet, extrem klein ausgebildet. Wie vorangehend erwähnt wurde, sind in hohem Maß arbeitsaufwendige Verfahren erforderlich, um eine angemessene Menge an Lötmetallen auf solche Teile aufzubringen, die derartige kleine Abmessungen aufweisen.

Eine Anwendung des Erfindungsgedankens auf einen solchen erwähnten Pail ergibt sich aus Fig. 2. Eine Anzahl von Spitzen ist linear ausgerichtet angeordnet, \^obei deren Außenfläche, · welche keine Verbindungen bilden, durch Abdeckplatten 7, 7% 7^M abgedeckt sind. Diese Abdeckplatten könnten auf die Linie der Spitzen 4 aufgebracht werden, indem die Platten :;.a£netisiert werden. Die durch die Platten abgedeckten Spitzen werden in eine Vakuumkammer hineingestellt, in welcher eine Verdampfungsquelle für das gewünschte Lot vorgesehen ist, worauf die Lötmetalle einem Verdampfungsvorgang seitens der Quelle

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unterworfen werden. Dieser Vorgang führt zur Bildung von Filmschichten des Lotes mit einer gleichförmigen Dicke, welche an den Flächen 5', 6· anhaften. Das Vakuum innerhalb der Kammer soll vorzugsweise 10 "bis 10 Torr im Falle einer Kathodenzerstäubung und mehr als 10"** Torr, insbesondere 10"^ bis 10 Torr, im Fall einer Vakuumverdampfung betragen. Die Verdampfungsquelle der Lötmetalle kann in der Kammer mehrfach vorgesehen sein; die Flächen 5', 6¹ der Spitzen .sollten in der Kammer so angeordnet sein, daß sie im Verlauf der Verdampfungsströmung des Lotes liegen, das von den Quellen ausgeht. Wenn dies erforderlich und erwünscht ist, können die Spitzen auf einem Drehmechanismus angeordnet sein, oder die Verdampfungsquellen können gedreht werden. Die Dicke der Lotschicht, die erfindungsgemäß an den zu verbindenden Kontaktflächen ausgebildet werden kann, beträgt 20 - 50 μ. Eine solche Dicke könnte nach Wunsch gewählt werden, wobei die physikalischen Eigenschaften der zu verbindenden Elemente zu beachten und richtige Bedingungen für die Vakuumplattierung zu wählen sind. In Verbindung mit der richtigen Wahl der Dicke der Schicht der Lötmetalle nach der Erfindung sei erwähnt, daß eine bloße Steigerung der Dicke der Lötmetalle nicht immer eine Verstärkung der verlöteten Verbindungen darstellt, wie sich dies aus Fig» 3 ergibt. Im Gegenteil läßt sich feststellen, daß bei dünnerer Lotschicht die Festigkeit zunimmt. Erfindungsgemäß ist eine gewünschte Auswahl der Dicke der Schicht von Lötmetallen möglich, während dies bei der von Hand erfolgenden Aufbringung von Lötmetallen auf Verbindungen kaum möglich ist.

Die auf diese Weise an ihren Flächen 5', 6' gebildeten Spitzen mit filmartigen L'dtmetallschiehten werden aus der Kammer zusammen mit den Abdeckplatten 7, 7', 7" herausgenommen. Die Platten werden alsdann von den Spitzen entfernt. Die Spitzen werden an den ausgeschnittenen Teilen 5 zusammengestoßen, und die Stoßflächen werden durch geeignete Elemente erwärmt, beispiels-

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weise durch Induktionsbeheizung, wodurch sich eine feste Verlötung der Spitzen mit den entsprechenden ausgeschnittenen Teilen ergibt.

Lötmetalle, welche erfindungsgemäß verwendbar sind, können sogenannte Weich- oder Hartlote sein. Die zu verlötenden Elemente können entweder Metalle oder Nichtmetalle, beispielsweise Keramikstoffe, sein. Im Fall der letztgenannten Stoffe können diese erfindungsgemäß verlötet werden, ohne daß eine Metallisierung vor dem Lötvorgang erforderlich ist, Dies ist einer der wesentlichen Vorteile nach der Erfindung, der nicht mit irgendeinem bekannten Verfahren erzielt werden kann. Im Falle der Verwendung der vorliegenden Erfindung zum Verlöten von Nichtmetallen können die Abdeckplatten 7_t 7', T'' mit den Spitzen durch Klebebänder und dergleichen verbunden werden.

Ein Beispiel der praktischen Anwendung des Brfindungsgedankens bei der Herstellung eines bimetallischen Bandsägeblattes der erwähnten Art ist nachfolgend erläutert,

Beispiel

Eine Anzahl von Spitzen ähnlich den erwähnten Spitzen 4, von denen jede eine vertikale Fläche 5' von 1,05 mm Breite sowie 1,5 mm Höhe und die Horizontalfläche 6¹ mit 0,8 mm länge in Richtung parallel zu der Längsachse des Sägeblattes und von 1,05 mm Länge quer zu der obigen Richtung aufweist und aus Wolframkarbiden (mit einem Gehalt von 79 % W, 6 % AiC sowie TaC und 15 % Co) hergestellt war, wurde gemäß Fig. 2 ausgerichtet und durch Abdeckplatten abgedeckt, so daß die oben erwähnten beiden Flächen nach außen freilagen. Die Anordnung wurde in eine Vakuumkammer gestellt, welche mit Fäden aus Wolfram versehen und durch Lot auf Nickelgrundlage umgeben war. Die Kammer wurde so betätigt, daß das Vakuum oberhalb 10"*^ Torr lag. Die Oberflächen wurden dem verdampften Lot aus-

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gesetzt, wobei dieses in Schichten mit einer Dicke von 4Ö u zum Anhaften kam*

Auf diese Weise erhaltene Spitzen 4· wurden mit ausgeschnittenen Teilen 3 des wärmebehandelten Sägeblattes zusammengestoßen,, wobei das Sägeblatt aus einem Stahl der Qualität SK6 mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,8 96 bestand» Die Zusammenstoßflächen wurden unter Druck aufgelagert und bei einer reduzierenden Atmosphäre einer Temperatur von etwa 1040 O über etwa 7 Sekunden ausgesetzt. Die Wärme wurde auf die Oberflächen durch Reduktionsbeheizung aufgebracht. Die gelöteten Verbindungen zwischen den Flächen betrugen etwa 20 μ + 5 p.*

Es wurde durch die folgenden Untersuchungen festgestellt, daß die Verbindungen den unter Hochgeschwindigkeit erfolgenden Schneidvorgängen gut widerstanden.

Das erhaltene und im obigen Beispiel beschriebene Bandsägeblatt wurde auf einer Bandsägemaschine angebracht und bei einer Geschwindigkeit von 96 m/sec in Drehung versetzt. Die Maschine wurde zum Schneiden eines Stahls der Qualität S45C von 200 mm Durchmesser angewendet. Die Schneidtiefe jedes Zahnes in den Stahl bei jeder Drehung betrug etwa 0,2 mm, wobei der Stahl in etwa 140 Sekunden durchgeschnitten war.

Die Erfindung ist auch auf andere Lötvorgänge anwendbar, beispielsweise das Verlöten elektrischer Kontakte und anderer elektrischer und mechanischer Elemente,

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Claims

— σ — Patentansprüche

1.Lötverfahren,gekennzeichnet durch Bildung einer filmartigen Lotschicht auf zumindest einer Kontaktoberfläche von zu verbindenden Elementen durch Verdampfung des Lotes unter Vakuum und Anhaftenlassen des verdampften Lotes an der Kontaktfläche, wobei die Flächen gegeneinander angelegt und Wärme hierauf übertragen werden.

2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot an der Aufbringungsfläche auf gleichförmige Dicke ohne Verwendung von Flußmittel eingestellt wird.

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