Verfahren zum korrosionsfreien Weichlöten von Aluminium oder von überwiegend Aluminium enthaltenden Legierungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum korro sionsfreien Weichlöten von Aluminium oder von über wiegend Aluminium enthaltenden Legierungen.
Bekanntlich kann. man Aluminium bzw. Legierun gen, welche im überwiegenden Teil Aluminium enthal ten - nachfolgend kurz Aluminium genannt - in der bei anderen Buntmetallen üblichen einfachen Weise nicht verlöten. Der Grund hierfür liegt hauptsächlich in jener, im Hinblick auf den Korrosionsschutz sehr vorteilhaften Eigenschaft des Aluminiums, dass sich auf seiner Ober fläche eine chemisch hochwiderstandsfähige, erst bei Temperaturen über 2000 C schmelzende, hochfeste und gut haftende Oxydschicht bildet. Eine weitere Schwierigkeit liegt in der vorzüglichen Wärmeleitfähig keit des Aluminiums.
Um Werkstücke, welche aus Aluminium oder aus überwiegend Aluminium enthaltenden Legierungen be stehen, untereinander oder mit anderen weichlötbaren Metallen mittels Verlöten eine feste, korrosionsbestän dige metallische Lötverbindung mit einer Scherfestigkeit von mindestens 100 kg/cm' zu erzielen, muss vor dem Löten von der zu lötenden Oberfläche die Oxydschicht restlos entfernt werden. Das Entfernen der Oxydschicht ermöglicht aber das Löten nur dann, wenn die Lötstelle bis zum Zeitpunkt der Oberflächenlegierung mit einer Sperrschicht versehen wird, welche den Sauerstoff fern hält und die Bildung einer weiteren Oxydschicht verhin dert.
Sobald die Oberflächenlegierung des Aluminiums erfolgt ist, kann an der legierten Fläche irgendein mit Weichlötmethoden anlötbares Metall oder eine entspre chende Legierung befestigt, d. h. angelötet werden.
Das Prinzip der bisher bekannten Lötverfahren u. a. auch das sog. Reaktions-Lötverfahren besteht darin, dass auf die zu lötende Oberfläche des Aluminiumwerk stückes Zink- oder andere Metallchloride, wie beispiels weise Zinn-, Wismut-, Kadmiumchlorid aufgetragen wer den und die Lötstelle auf 400 C erwärmt wird. Infolge der Wärme schmilzt .das Salz und tritt mit dem Alumi niumoxyd in Reaktion, wobei das entstehende Alumini- umchlorid sublimiert. Durch das reduzierte Metall wird die Aluminiumoberfläche legiert und ein, zum Weichlö ten geeigneter glänzender Überzug gebildet.
Dieses Verfahren ist mit dem Nachteil behaftet, dass bereits bei der Löttemperatur gasförmige Reaktionspro dukte der Korrosion entstehen, welche auf den kälteren Stellen der Umgebung kondensieren und insbesondere bei Einwirkung einer warmen Nassatmosphäre eine intensive Korrosion herbeiführen können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Reste des Dekapie- rungsmittels zum Korrosionschutz durch gründliches Waschen entfernt werden müssen, was z. B. bei elektri schen Armaturen kaum ohne Beschädigung der Einrich tungen durchgeführt werden kann.
In anderen Fällen werden die Eigenschaften gewis ser Legierungen ausgenützt, dass zwischen ihren flüssi gen und festen Zuständen beträchtliche Temperaturun terschiede bestehen und ,dass die flüssige Legierung bei der Löttemperatur auch Metallanteile in kristalliner Form enthält.
Bei .diesem Verfahren wird die zu verlö tende Fläche mit Hilfe des Lötkolbens und einer Draht bürste, oder mit einem anderen geeigneten Werkzeug und mit dem zum Teil kristallinischen Lötmetall zu gleich und kräftig gerieben, wobei die dünne Oxyd schicht der vorangehend gereinigten Oberfläche aufge rissen und die zu verlötend,-, Stelle auf eine geeignete Temperatur erhitzt wird, wodurch die Oberflächenlegie rung eintritt. Dieses Verfahren ist zeitraubend und um ständlich und kann bei einer vertikal angeordneten Flä che nicht oder nur sehr schwer durchgeführt werden.
Gemäss einer anderen bekannten Methode erfolgt die Zerstörung der Oxyd-Oberflächenschicht mittels Ultraschall, und zwar wird das Lötmetall dabei auf der erhitzten Fläche geschmolzen, das Werkstück mit Hilfe eines Ultraschallerzeugers zum Schwingen gebracht oder aber wird das Ende des Lötkolbens zur Ultraschaller zeugung erregt. Beide erwähnten Verfahren besitzen den Nachteil, .dass teure, umfangreiche, komplizierte und schwere elektrische Vorrichtungen nötig sind, deren Be dienung Fachpersonal erfordert. Dadurch wird das ohnehin teure und unsichere Verfahren noch kostspieli ger.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum korrosions freien Weichlöten von Aluminium oder von überwie gend Aluminium enthaltenden Legierungen, ist dadurch gekennzeichnet, dass man ein lösungsmittelfreies Löt- mittel, das mindestens Verbindungen, die durch Umset zung von Harzen mit Karbonaten, Oxyden, Hydroxyden von Metallen, deren elektrochemisches Potential positi ver ist als jenes des Aluminiums., erzeugt wurden,
und/ oder Salze von Metallen mit Fettsäuren mit .mehr als 15 C-Atomen in der Kette, wobei das elektrochemische Potential der Metalle positiver ist als jenes des Alumi- niums, enthält, auf die Oberfläche des zu verlötenden Werkstückes aufträgt und man anschliessend das Werk stück in Gegenwart einer Weichlötmetallschmelze unter Reaktion des Lötmittels mit der auf der Oberfläche be findlichen Oxydschicht bei Temperaturen zwischen 300 bis 500 C verlötet, wobei sich die Lötmetallschmelze mit dem von der Oxydschicht befreiten Aluminium bzw. Legierung legiert.
Die Dekapierungswirkung lässt sich dadurch erklä ren, dass die fettsauren und/oder harzsauren Metallsalze bei Temperaturen zwischen 300 bis 500 C zu Reinme tallen reduziert werden, worauf die sehr fein verteilten, also sehr grosse Oberfläche besitzenden Metallteilchen bei Einwirkung einer weiteren Temperatursteigerung oxydieren und das Aluminiumoxyd reduzieren.
Diese Annahme scheint dadurch bestätigt zu sein, dass einer seits die Oberflächenlegierung des Aluminiums mit dem Lötmetall bei Abwesenheit der vorliegenden organi schen Metallsalze, also nur mit Fett- und/oder Harz säure behandelt, nicht erfolgt.
Andererseits tritt eine Oberflächenlegierung auch dann ein, wenn auf die mit dem vorliegenden Dekapierungsmittel überzogene, ge reinigte Aluminiumoberfläche ein geringes Stück Löt- mittel angebracht wind, vorausgesetzt, dass das Werk stück auf die zur Oberflächenlegierung erforderliche Temperatur erhitzt wurde.
Das vorliegende Dekapierungsmittel ermöglicht die Oberflächenlegierung des Aluminiums besonders bei Anwendung solcher Lötmetalle, welche ausser einem hohen Zinngehalt auch Zink enthalten, und deren Schmelzpunkt mindestens 330 C .ist. Als zweckmässige Zusammensetzung des Lötmetalls sei folgende erwähnt: 20-30 Gewichtsteile Zinn, 15-25 Gewichtsteile Blei und 8-20 Gewichtsteile Zink.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Ver fahrens werden nachfolgend näher erläutert.
Gemäss einer beispielsweisen Ausführungsform des Verfahrens werden die zu verlötenden Flächen von Alu miniumplatten mit einer Feile oder mit einer metalli- schen Drahtbürste gereinigt. Zum Löten wird als Deka- pierungsmittel eine aus fettsäurehaltigem Kupferresinat und Kadmiumstearat bestehende Paste verwendet, mit einem über 50 % liegenden Gehalt an Wirkstoff, d. h. an organischen Metallsalzen.
Die mit dem Dekapierungsmittel gleichmässig über zogene Aluminiumoberfläche wird mit einem Lötkolben oder einem anderen geeigneten Werkzeug - im Falle grösserer Werkstücke z.B. mit einer Lötlampe - so lange erhitzt, bis die ursprünglich grünliche Farbe der Deka- pierungspaste eine braune Farbe annimmt.
Die Verfär bung bezeichnet den Zeitpunkt, bei welchem die zu ver lötende Fläche mit dem auf den heissen Lötkolben auf genommenen Lötmetalltropfen benetzt, also legiert wer den kann. Eine zweckmässige Zusammensetzung des anzuwendenden Lötmetalls ist: 20 Gewichtsteile Zinn, 20 Gewichtsteile Blei, 10 Gewichtsteile Zink.
Die durch .das obenbeschriebene Verfahren erzeugte, einfach überlappte Lötverbindung einer 10 X 20 mm Oberfläche zeigte bei zwei Prüflingen von je 1,5 X 20 X 150 mm Oberfläche eine Scherfestigkeit über 100 kg/cm'. Im Laufe zahlreicher Zerreissproben konnte die Lötmetallschicht von :
der Aluminiumfläche in kei nem einzigen Falle getrennt werden. In allen Fällen er folgte die Trennung entweder in der Lötmetallschicht, oder am Werkstück ausserhalb der Lötstelle.
Ein Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, dass - im Gegensatz zu den bekannten Verfahren unter Vermeidung von Korrosionsbildern, wie beispiels weise in erster Linie von halogenhaltigen Stoffen, auf Aluminiumflächen mit Hilfe der beim Weichlöten von Buntmetallen üblichen Mitteln oder Verfahren Lötstel len erzeugt werden können, an welche dann weichlöt- bare Metalle oder Legierungen, sowie solche Überzüge tragende Metalle,
wie z. B. feuerverzinnte Eisenplatten, in bekannter Weise angelötet werden können.
Die nach vorliegendem Verfahren gelöteten Alumi niumgegenstände wurden einer 56-tägigen Nasswarmbe- handlung unterworfen, wobei weder der Aluminiumge genstand, noch das einen Teil seiner Oberfläche bedek- kende Lötmetall eine schädliche Korrosion oder sonstige Beschädigung erlitt, selbst nicht an Stellen, die Überre ste des Dekapierungsmittels .trugen.