CH658214A5

CH658214A5 - Reaktionslot auf kupferbasis.

Info

Publication number: CH658214A5
Application number: CH63584A
Authority: CH
Inventors: Peter Listemann; Sigurd Dr Moench
Original assignee: Hilti Ag
Priority date: 1983-06-14
Filing date: 1984-02-10
Publication date: 1986-10-31
Also published as: DE3321438A1; DK89584A; DE3321438C2; GB8405444D0; DK89584D0; GB2141368A; GB2141368B; JPS59232691A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reaktionslot auf der Basis von Kupfer. Kupfer-Lote und Kupferlegierungs-Lote sind als Hartlote seit langem bekannt. Neben der Verwendung von ausschliesslich aus Kupfer bestehendem Lotmaterial sind zum Beispiel Kupferlegierungs-Lote bekannt, die zwischen ca. 40 und 60 Gewichtsprozent Kupfer, geringe Mengen, z.B. 0,2 Gewichtsprozent, Silizium, Rest Zink oder gegebenenfalls noch Nickel, enthalten. Zur Herstellung der Lote wird das Metall bzw. die Legierung geschmolzen, in Formen gegossen und dann durch übliche Verformungs-

massnahmen wie Ziehen, Pressen, Walzen in Drähte, Profile, Bleche überführt oder es werden Pulver durch Vermählen hergestellt. Flussmittel können zugesetzt oder aufgeschmolzen werden.

Kupfer- und Kupferlegierungs-Lote besitzen die Fähigkeit, mit dem zu verlötenden Gusseisen, Stahl, Hartmetall usw. unter Bildung fester Lösungen und/oder stöchiome-trisch definierter Verbindungen zu reagieren. Lote dieser Art werden daher kurz als Reaktionslote bezeichnet. Sie werden aus wirtschaftlichen und technischen Gründen in grossem Umfang insbesondere zum Hartlöten von Stahl, Gusseisen und Hartmetallen, in grossem Umfang beim Bau von Maschinenteilen, Apparaten, Geräten, Werkzeugen, Elektromotoren und dergleichen verwendet. Dabei wird häufig, namentlich beim Löten von Stahl und Hartmetallen, bei relativ hohen Temperaturen, zum Beispiel über 1100 °C, im Vakuum oder unter Schutzgas gearbeitet. Unter Hartmetallen versteht man insbesondere Wolframcarbid-Kobalt-Legie-rungen, meist mit geringen, ausgewogenen Gehalten an Kohlenstoffen, wobei das Bindemetall Kobalt auch durch andere Metalle (wie z.B. Nickel) ersetzt sein kann. Hierzu gehören aber auch Titan- und Tantal-Karbide, die ebenfalls meist Kobalt und gegebenenfalls andere Metalle als Bindemittel enthalten.

Es hat sich nun gezeigt, dass bei Verwendung der bekannten Cu-Basis-Lote, beispielsweise bei der Lötung von Stahl mit Hartmetall die erzielten Ergebnisse nicht voll befriedigen. So wurden hierbei zum Beispiel Auflösungserscheinungen entlang der Korngrenze des Stahls beobachtet. Dies hat eine entsprechende Senkung der statischen und vor allem dynamischen Festigkeit zur Folge. Namentlich die Zähigkeit des Stahls ist in diesem Bereich merklich verringert. Beim Hartmetall wurde dagegen häufig eine Versprödung der Randzone durch Diffusion, Bildung intermetallischer Phasen und Kirkendall-Effekt unter Bildung einer «morschen» Zone beobachtet. Weiter wurde bisweilen die Bildung einer n-ähnlichen Schicht vor allem bei der Lötung von Stahl mit dem Hartmetall, als Folge einer gewissen hartmetallseiti-gen Kohlenstoffverarmung, beobachtet. Diese gravierenden diffusionsbedingten Effekte führen namentlich bei Schlagbeanspruchung zu unerträglich schlechten Ergebnissen.

Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, dass diese Nachteile vermieden werden können durch ein Reaktionslot auf der Basis von Kupfer, das 0,5 bis 20 Gewichtsprozent Kobalt enthält und bei dem Kupfer und Kobalt zumindest zum Teil in heterogener Phase vorliegen. Vorzugsweise liegen diese Bestandteile völlig in heterogener Phase vor. Neben dem, den ganz überwiegenden Anteil ausmachenden Kupfer und der angegebenen Kobaltmenge können noch weitere übliche Legierungsbestandteile, wie Silicium z.B. in Mengen von 0,1 bis 0,4 Gewichtsprozent und/oder Kohlenstoff, insbesondere in einer Menge bis zu 0,8 Gewichtsprozent (also 0—0,8 Gewichtsprozent), enthalten sein. Weiter können dem Lot übliche Lotbestandteile, wie Flussmittel, bei Löttemperatur flüchtige Bindemittel, z.B. bei pulverförmigem Lot, Pulverformlingen oder schichtenförmigem Aufbau des Lots, unter Lötbedingungen Kohlenstoff spendende organische Verbindungen, insbesondere anstelle oder neben einem sonstigen Kohlenstoffanteil, festigkeitssteigern-de Stoffe, die u.U. auch an der Reaktion teilnehmen können, Metalle, Nichtmetalle, organische Stoffe und dergleichen an sich bekannte Stoffe, zugesetzt sein.

Bewährt hat sich vor allem ein Reaktionslot mit 88—97 Gewichtsprozent Kupfer, 1 — 12 Gewichtsprozent Kobalt, 0—0,6, insbesondere 0,05—0,5 Gewichtsprozent Kohlenstoff, wobei ein gegebenenfalls noch vorhandener Restbestandteil aus üblichen Lotbestandteilen, wie eingangs dargelegt, bestehen kann und Kupfer und/oder Kobalt zumindest

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teilweise, vorzugsweise völlig in heterogener Phase vorliegen. Insbesondere gut bewährt hat sich ein in der vorgenannten Weise in heterogener Phase vorliegendes Reaktionslot, das mindestens 91 Gewichtsprozent Kupfer, 2—8 Gewichtsprozent Kobalt und bis zu 0,4 Gewichtsprozent Kohlenstoff enthält. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das heterogene Reaktionslot aus 94—97 Gewichtsprozent Kupfer, 3 — 6 Gewichtsprozent Kobalt und bis zu 0,6 Gewichtsprozent Kohlenstoff. Ganz allgemein ist es besonders bevorzugt, wenn der Kobaltgehalt zwischen 1 Gewichtsprozent und der bei Löttemperatur maximal löslichen Gewichtsmenge Kobalt liegt.

Der in dem erfindungsgemässen heterogenen Reaktionslot gegebenenfalls vorhandene Kohlenstoff kann z.B. als Gemengebestandteil, namentlich bei pulverförmiger Struktur, als, gegebenenfalls gesättigte, CoC-Legierung oder als eine, eine entsprechende Kohlenstoffmenge bildende organische Substanz vorliegen. Solche, unter Zersetzen Kohlenstoff bildende organische Kohlenstoffverbindungen sind allgemein bekannt (Römpps Chemie Lexikon, 7. Auflage, insbes.

1811).

Die Bestandteile des Reaktionslots, vorzugsweise Kupfer und/oder Kobalt können, zumindest teilweise in feinteili-gem, vorzugsweise pulverförmigem Zustand vorliegen. Hierbei kann es sich um Pulvergemische, auf z.B. pulvermetallurgischem Wege hergestellte Formkörper, gegebenenfalls mit einem Gehalt an weiteren Zusätzen, mit oder ohne Träger handeln. Die heterogenen Reaktionslote können beispielsweise auch in festen oder pastösen Trägern enthalten sein, die vorzugsweise inert sind oder aber auch reaktiv, wie beispielsweise Kohlenstoff bildende Kohlenstoffverbindungen, Metalle usw.

Ganz besonders bevorzugt ist ein mehrschichtiger, z.B. sandwichartiger Aufbau des Reaktionslots, wobei die Schichten unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen, namentlich derart, dass Kupfer und Kobalt, zumindest ein Teil dieser, in verschiedenen Schichten angeordnet sind. Hierbei können Schichten vorgesehen sein, die nur Kupfer oder Ko-

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balt, neben sonstigen Bestandteilen enthalten oder auch Schichten mit untereinander unterschiedlichen Kupfer/ Kobalt-Konzentrationen. Besonders bevorzugt sind hierbei solche heterogenen Reaktionslote, die im wesentlichen oder 5 überwiegend aus Kupfer bzw. Kobalt bestehende Schichten aufweisen, insbesondere wenn eine solche Kupferschicht zwischen zwei Kobaltschichten angeordnet ist. Dabei können übliche Löthilfsmittel, Bindemittel, Kohlenstoff bildende Mittel und dergleichen z.B. zwischen den Schichten angelo ordnet sein.

Neben der Lötung von Stahl und Gusseisen haben sich die erfindungsgemässen Kupferlegierungs-Lote insbesondere zur Verlötung von Stahl mit Hartmetallen, insbesondere Wolframcarbid-Kobalt-Hartmetallen, die regelmässig WC, 15 Co und C in ausgewogenen Anteilen enthalten, bewährt.

Auch die Verwendung zur Lötung von Stahl mit Hartmetallen auf Titan- oder Tantal-Karbid-Basis, die Kobalt oder andere Metalle, wie z.B. Nickel als Bindemittel enthalten, ist möglich. Dabei tritt vor allem durch die Anordnung der Ko-20 baltschicht auf der Stahlseite ein versiegelungsartiger Effekt unter weitgehender Verhinderung einer Eisendiffusion ein.

Beispiel 1

Bei einem Reaktionslot auf Kupferbasis ist auf einer 25 Kupferfolie von 0,1 mm Stärke einerseits eine, z.B. galvanisch aufgebrachte Kobaltschicht von 8 n angeordnet. Bei der Verwendung zur Lötung von Stahl mit Hartmetall, vorzugsweise derart, dass die Kobaltschicht dem Stahl zugewandt ist, wird eine wesentliche Erhöhung der Schlagfestig-30 keit der Lötung erzielt.

Beispiel 2

Bei einem Reaktionslot auf Kupferbasis ist auf einer 35 Kupferfolie von 0,15 mm beidseitig eine Kobaltschicht von je 5 (x z.B. galvanisch, aufgebracht. Wesentliche Festigkeitserhöhungen werden bei der Lötung von Stahl mit Hartmetall erzielt.

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Claims

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1. Reaktionslot, auf der Basis von Kupfer, dadurch gekennzeichnet, dass es

0,5—20 Gew.-% Kobalt enthält und die Bestandteile Kupfer und Kobalt, zumindest zum Teil, in heterogener Phase vorliegen.

2. Reaktionslot gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es

88 — 97 Gew.-% Kupfer 1-12 Gew.-% Kobalt

0—0,6, insbesondere 0,05—0,5 Gew.-% Kohlenstoff Rest andere Lotbestandteile enthält und Kupfer und Kobalt, zumindest teilweise, vorzugsweise völlig, in heterogener Phase vorliegen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Reaktionslot gemäss Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens 91 Gew.-% Kupfer 2—8 Gew.-% Kobalt und bis zu 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthält.

4. Reaktionslot gemäss einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus

94—97 Gew.-% Kupfer 3—6 Gew.-% Kobalt und bis zu 0,6 Gew.-% Kohlenstoff besteht.

5. Reaktionslot gemäss einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff als Gemengebestandteil, in Form einer Kobalt-Kohlen-stoff-Legierung, vorzugsweise bis zur Sättigung des Kobalts und/oder in Form einer unter Lötbedingungen die entsprechende Kohlenstoffmenge liefernden Substanz enthalten ist.

6. Reaktionslot gemäss einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile, vorzugsweise Kupfer und/oder Kobalt, zumindest teilweise, in feinteiligem, vorzugsweise pulverförmigem Zustand, vorliegen.

7. Reaktionslot gemäss einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile in einem, vorzugsweise inerten, festen oder pastösen Träger enthalten sind.

8. Reaktionslot gemäss einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrschichtig ist und die Bestandteile Kupfer und Kobalt zumindest zum Teil in verschiedenen Schichten angeordnet sind.

9. Reaktionslot gemäss Patentanspruch 8, gekennzeichnet durch eine, zumindest ganz überwiegend, vorzugsweise allein aus Kupfer bestehende Schicht und eine ganz überwiegend, vorzugsweise allein aus Kobalt bestehende, gegebenenfalls geringe Kohlenstoffanteile enthaltende Schicht oder durch eine solche Kupferschicht zwischen zwei solchen Kobaltschichten.

10. Verwendung des Reaktionslots gemäss einem der vorhergehenden Patentansprüche zur Herstellung von Lötungen von Stahl mit Hartmetall.