Flossmittel. Die vorliegende Erfinden - betrifft ein Flussmittel, welches beim Verbinden von Leichtmetallteilen verwendbar ist. Unter der Bezeichnung Leichtmetalle sollen insbeson dere Aluminium und Magnesium sowie deren Legierungen, in denen diese Metalle oder eines dieser Metalle zumindest :50 Gewichts prozente der gesamten Legierung ausmachen, verstanden werden.
Um eine befriedigende Verbindung zwi schen Leichtmetallteilen herzustellen, muss man zuerst die anhaftende Oxydhaut entfer nen, die sich natürlicherweise auf den Ober flächen derartiger Metalle bildet, wenn sie der Atmosphäre ausgesetzt sind. Gewöhnlich wird zu diesem. Zweck ein Flossmittel, das Alkalihalogenid enthält, verwendet; das Floss mittel haftet nach Entfernen - der Oxydhaut der gereinigten Oberfläche an und schützt sie auf diese Weise gegen Oxydationen, die im Laufe der Verbindungsoperation eintreten können.
Die Wirksamkeit der verschiedenen Alkali halogenid-Flussmittel in bezog auf die Ent fernung der Oxydhaut hängt weitgehend von der Zusammensetzung des Flossmittels ab. Ein Flossmittel, das die Oxydhaut in relativ kur zer Zeit praktisch vollständig beseitigt, ist sehr erwünscht und wird als hochaktives Floss mittel bezeichnet. Einer der wichtigsten Fak toren, der diese Aktivität des Flossmittels be stimmt, ist das Benetzungsvermögen, das heisst die Fähigkeit des Flossmittels, mit jeder Stelle der Oxydhaut, die von ihm bedeckt ist, und mit dem darunterliegenden Metall in innigen Kontakt zu treten. Das relative Benetzungs vermögen der verschiedenen Flossmittel lässt sich auf verschiedene Weise nachweisen, z. B.
an Hand der Grössenunterschiede der Flächen, die von den geschmolzenen Flossmitteln unter Vergleichsbedingungen bedeckt werden.
Ein Flussmitteltyp, der weitgehend bei der Verbindung von Leichtmetallen verwendet wird, besteht zu wenigstens 100/o aus Chlo riden der Alkalimetalle Na, K und Li. Floss mittel dieses Typs werden im folgenden als Flossmittel auf Alkalichlorid-Basis bezeichnet. Im allgemeinen, jedoch nicht immer, werden den Flossmitteln. ein oder mehrere Fluoride des Na, K oder Li oder ein Doppelfluorid, wie z. B. Kryolith oder Chiolith, zugefügt. Auch andere Substanzen werden gelegentlich zuge setzt, um dem Flossmittel. bestimmte er wünschte Eigenschaften für spezielle Verbin dungsoperationen zu erteilen.
Brauchbare Flossmittel zum Schweissen und Hartlöten von Leichtmetallen können also dem oben angegebenen, -weiten Bereich ent nommen werden, doch sollte man sieh vor Augen halten, dass derartige Flossmittel nicht untereinander austauschbar sind. Ein brauch bares Flossmittel. für Schweissoperationen muss, neben andern erwünschten Eigenschaf ten, einen Schmelzpunkt besitzen, der nicht weit unterhalb des Sehmelzpunktes der mit einander zu verbindenden heichtmetallstüeke liegt, da beim Schweissen ein Teil dieser Leichtmetalle tatsächlich schmilzt. Beim Hartlöten dagegen werden etwas niedrigere Temperaturen verwendet, und die Ausgangs metallstücke schmelzen im allgemeinen nicht.
Flussmittel der oben angeführten Zusam mensetzung - mögen sie auch in mancher Hinsicht befriedigen - vermögen vielfach doch nicht die Oxydhaut über eine genügend grosse Fläche hinweg zu beseitigen und mit der für viele, moderne Schnelloperationen er forderlichen, genügend grossen Schnelligkeit zu arbeiten. Mit andern Worten: derartige Flussmittel sind nicht aktiv genug. In man chen Fällen, besonders bei Schweissoperatio nen, hat man diesen Mangel teilweise durch verstärktes mechanisches Rühren kompen sieren können, doch gestatten viele Verbin dungsoperationen eine derartige Unterstüt- zing der Flussmittelwirkung nicht.
Um die Aktivität der vorstehend beschrie benen Flussmittel zu erhöhen, wurde vorge schlagen, variierende Mengen an Schwer metallsalzen, wie z. B. Zinkchlorid, zuzusetzen, doch hat sich dieses Verfahren allgemein mehr bei Hartlöt-Flussmitteln als bei Flussmitteln zum Schweissen bewährt. Unter gewissen Be dingungen scheint es infolge der Korrosions gefahr ratsam, den Zusatz an diesen Schwer- inetallen einzuschränken oder ganz wegzu lassen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf ein Flussmittel, das dadurch gekenn zeichnet ist, dass es mindestens 50 Gewichts prozent Alkalichlorid und 2 bis 15 Gewichts prozent mindestens eines Strontiumhalogenids enthält.
Der Zusatz wenigstens eines Strontium halogenids zu einem Flussmittel auf Alkali chloridbasis erhöht das Benetzungsvermögen und damit auch die Aktivität des Flussmittels. Unter der Bezeichnung Strontiumhalogenid soll hier die folgende Gruppe von Salzen ver standen werden: Strontiumchlorid, Strontium- fluorid, Strontiumbromid und Strontiumjodid. Das Benetzumgsvermögen der Strontiumhalo genide übertrifft das der Halogenide von an- dern Erdalkalimetallen, die gewöhnlich mit Strontium zusammen vorkommen, deutlich.
Wenn ein Flussmittel ein oder mehrere Strontiumhalogenide enthält, breitet. es sich über eine grössere Oberflächenzone aus und entfernt,die anhaftende Oxydhaut schneller als ohne Strontiumhalogenidzusatz. Folglich muss keine besondere Geschicklichkeit aufgewendet werden, um die geschmolzene Flussmittel- Oxydmischung von der Schweissstelle zu ver drängen.
Durch richtig bemessene Zugabe von Strontiumhalogeniden zu Flussmitteln auf Alkalichlorid-Basis von geeigneter Zusammen setzung erhält man auch ein zum Hartlöten geeignetes Flussmittel, das bei allen vorkom menden Hartlöt-Operationen, einschliesslich Ofenlötung, Induktions-, Eintauch- und Flam menlötung verwendet werden kann. Das er höhte Benetzungsvermögen, das derartige strontiumhalogenidhaltige Flussmittel im Un terschied zu Flussmitteln, die die erwähnten Halogenide nicht enthalten, aufweisen, er möglicht es, auf Wunsch den Schwermetall gehalt zu reduzieren oder zu eliminieren, ohne dass beim Flussmittel eine Aktivitätsein busse zu verzeichnen ist.
Der Gehalt des Flussmittels an Strontium halogeniden zwecks Erzielung befriedigender Resultate beträgt 2 bis 15 Gewichtsprozent des gesamten Flussmittels; der bevorzugte Be reich liegt jedoch zwischen 5 und 120/o. Die Strontiumhalogenidmenge kann aus einem oder mehreren Strontiumhalogeniden beste hen, doch sollte der Gesamtgehalt an diesen im Flussmittel in den angegebenen Bereich fallen. Bei Verwendung von Strontiumfluorid hat es sich in manchen Fällen als wünschens- wert erwiesen, den Zusatz auf nicht. mehr als 6 Gewichtsprozent zu beschränken, da dieses Salz im Unterschied zu andern Strontium halogeniden dazu neigt, den Schmelzpunkt des Flussmittels ziemlich stark zu erhöhen.
All gemein hat es sich wünschenswert gezeigt, eher Strontiumchlorid als andere Strontiumhalo- genide zu verwenden, dies hauiptsächlich des halb, weil dieses Salz den Schmelzpunkt der Mischung weniger beeinflusst als Strontiuni- fluorid, und weil es beständiger ist als das Bromid oder Jodid.
Es hat sieh an Hand von Versuchen als nicht wünschenswert erwiesen, den Gehalt an Strontiumhalogenid auf mehr als 1:5 0/o zu erhöhen, da derartige Erhöhungen keine wei teren Vorteile zu bringen scheinen und sogar oft die Aktivität des Flussmittels beeinträch tigen. Dies wurde besonders bei der Eintauch hartlötung offenbar, wo wir beobachteten, dass die Zugabe grösserer Mengen an Strontium halogeniden die Bildung eines Niederschlages auf der Metalloberfläche hervorrief, was den Fluss des geschmolzenen Lötmetalles hemmte.
Noch einmal sei darauf hingewiesen, dass grössere -Mengen an Strontiumhalogeniden oft eine Erhöhung des Schmelzpunktes des Floss mittels zur Folge haben und auf diese Weise die Brauchbarkeit des Flossmittels für viele Verbindungsarbeiten an Leichtmetallen beein trächtigen. Anderseits tritt bei Verwendung von weniger als 20,'o Strontiumhalogenid all gemein nur eine ungenügende Erhöhung des Benetzungsvermögens auf.
Nenn Fluoride als Zusatz zu Flossmitteln auf Alkalichlorid-Basis verwendet werden, so sind es gewöhnlich Natriumfluorid, Kalium- fluorid, Lithiumfluorid oder ein Doppelfluorid wie Kryolith und Chiolith oder Mischungen derartiger Fluoride. Soweit es die vorliegende Erfindung angeht, sind diese Fluoride che misch und physikalisch nahe verwandte Sub stanzen, die im Flossmittel die gleiche Funk tion ausüben. Es sollen daher unter der Be zeichnung Alkalifluoride in erster Linie die vorstehend angegebenen Fluoride verstanden werden. Doch können auch andere Fluorid- verbindungen als die oben erwähnten verwen det werden.
Der Gesamtgehalt an Alkalifluo- riden lieft gewöhnlich zwischen 3 und 40 Gewichtsprozent des Flossmittels. Bei Löt- operationen, wo man keinen oder nur einen gerinnen Gehalt an Schwermetallsalzen wünscht, sollte die Fluorid-Komponente vor zugsweise aus einem Doppelfluorid wie z. B. Kryolith oder Chiolith bestehen. Diese Salze werden gewöhnlich in Mengen von 3 bis 250/o zugefügt. Falls andere Alkalifluoride noch zugesetzt werden, kann dies in Mengen von 0,5 bis 15 Gewichtsprozent des Flussmittels ge schehen.
Die physikalischen Eigenschaften des Flussmittels werden zum grössten Teil be stimmt durch die Alkalichlorid-Komponente: diese wird allgemein wenigstens 50 Gewichts prozent des gesamten Flussmittels betragen. Die Salze des Flussmittels sollen zweckmässiger weise so aufeinander abgestimmt werden, dass ihr Schmelzpunkt dem zu bearbeitenden Me tall und dem Typus der angewendeten Ver bindungsoperation angepasst ist. Das Fluss mittel sollte in jedem Falle so zusammen gesetzt sein, dass es schmilzt, bevor das Ver bindungsmetall, schmilzt.
Flossmittel, die zum grössten Teil aus Alkalichloriden bestehen, haben sieh auf Grund ihrer Beständigkeit, ihrer nichtoxydierenden Eigenschaften und des weiten Schmelzpunktbereiches ihrer Mi schungen zum Schweissen und Hartlöten von Leichtmetallen als besonders geeignet erwie sen. Es wurde die Erfahrung gemacht., dass es vorteilhaft ist., dass wenigstens zwei Alkali- ehl.oride in Mengen von beispielsweise 5 bis 60 Gewichtsprozent NaCl, 5 bis 60 Gewichts prozent KCl bzw.
5 bis 80 Gewichtsprozent LiCl, alle bezogen auf das Gewicht des Floss mittels, in einem Flossmittel auf Alkalichlorid- Basis vorhanden sind, wobei der Totalgehalt an diesen Chloriden .50 Gewichtsprozent, be zogen auf das Gewicht des Flossmittels, über steigen wird.
Zur Veranschaulichung einiger besonderer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfin dung sollen zwei bevorzugt verwendete Fluss mittelzusammensetzungen, die sich besonders zum Schweissen von Leichtmetallen eignen, angegeben werden: 1. Zum Schweissen von Aluminium .140/o NaCl, 410/o KCl, 71/o SrCl2, 50/o KHSO4.
?. Zum Schweissen von Magnesium: 42,50/o NaCl, -12,50/o KCl, 100/o SrCl" 50/o LiF.
Cu'leielierweise sollen die Zusammensetzun- gen zweier Flussinittel, die sieh sehr gut für alle Hartlötoperationen bei Leichtmetallen eignen, angegeben werden: 1. Zum Hartlöten von Aluminium: 250/o NaCl, 361/o K C1, 200/o LiCl, 611/o SrCl2, 1211/o Kryolith, 10/o KF 2. Zum Hartlöten von Magnesüun 3511/o NaCl, 351/o KCl, 201/o LiCl, 511/o SrCl2, 5 0/o HF.
Flussmittelzusammensetzungen, die Stron tiumhalogenide enthalten, können in der übli chen Weise behandelt und mit den üblicher weise für Verbindungsoperationen zwischen Leichtmetallwerkstücken benützten Verbin dungsmetalltypen verwendet werden.
Ein Beispiel für die verbesserten Resul tate, die man bei Verwendung eines Fluss mittels, das ein Strontiumhalogenid enthält, beim Schweissen erzielen kann, soll im folgen den angegeben werden. Zwei Aluminiumstrei fen von je 0,163 cm Dicke wurden einer Längs kante entlang mittels Sauerstoff-SVasserstoff- flamme und einem Aluminiumschweissstab, der mit dem Flussmittel bestrichen war, stossnaht geschweisst. Die Kanten der Streifen wurden aneinandergehalten, und die Schweissverbin dung wurde hergestellt, indem man die Flamme an den gegenüberliegenden Kanten entlang führte, wobei gleichzeitig der mit dein Flussmittel bedeckte Schweissstab zwecks Per lenbildung in die Flamme gehalten wurde.
Der Schweissstab war mit dem Flussmittel durch Eintauchen in eine wässrige Flussmittelpaste kurz vor Beginn der Schweissoperation über zogen worden. In diesem Versuch wurden zwei Flussmittel verwendet; das eine setzte sich aus 47,50/o Natriumchlorid, 47,51/o Ka liumchlorid und 50/o Kaliumbisulfat zusam men, während das andere zusätzlich etwa 71/o Strontiumchlorid enthielt, wobei die in der ersten Zusammensetzung angegebenen Kom ponenten mengenmässig entsprechend herab gesetzt wurden. In beiden Fällen wurde an nähernd die gleiche Flussmittelmenge verwen det, während die Geschwindigkeit, mit der die Schweissflamme vorwärtsbewegt wurde, und die Flammentemperatur so konstant als möglich gehalten wurden.
Bei Ausführung der Schweissoperation wurde beobachtet, dass das erste Flussmittel sich auf eine Entfernung von nur 0,635 cm ausbreitete, während sich das zweite auf eine Entfernung von 1,2 bis 2,5 ein ausbreitete. Als weitere Folge eines grösseren Benetzungsvermögens vermochte das zweite Flussmittel die Oxydhaut beim geschmolzenen Metall vollständig wegzudrängen und das Oxyd in einer genügend weiten Entfernung vom geschmolzenen Metall zu halten; dadurch wurde ein Einschluss des Oxydes in die ---e- schweisste Verbindungsstelle ausgeschlossen.
Ferner besass die mit dem strontiumchlorid- haltigen Flussmittel hergestellte Schweissnaht ein sauberes, fast spiegelglänzendes Aussehen lind war frei von Anfressungen und Poren. Dagegen war die mit dem andern Flussmittel hergestellte Schweissnaht schmutzig und teil weise angefressen.