DEP0048387DA

DEP0048387DA - Easily melting, phosphorus-containing solder.

Info

Publication number: DEP0048387DA
Authority: DE
Inventors: Otto Dr. Loebich
Original assignee: Deutsche Gold und Silber Scheideanstalt
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Publication date: 1950-08-17

Description

Für werkstoffverbindende Arbeiten benutzt die Metalltechnik seit langem Hartlote. Neben den bekannten, im wesentlichen aus Kupfer und Zink bestehenden Hartloten und den Silber, Kupfer, Zink und Kadmium enthaltenden Silberloten kennt man seit langem Legierungen aus Kupfer und Phosphor, zum Teil mit geringen Zusätzen weiterer Metalle, wie Mangan, Nickel oder Zink. Die Verwendbarkeit zum Löten verdanken diese Legierungen dem Vorhandensein des Eutektikums aus Kupfer und Cu(sub)3P, das bei 8,4 % Phosphor liegt und bei 707°C schmilzt.Metal technology has long been using hard solders for work that connects materials. In addition to the well-known hard solders consisting essentially of copper and zinc and the silver, copper, zinc and cadmium-containing silver solders, alloys made of copper and phosphorus, sometimes with small additions of other metals such as manganese, nickel or zinc, have been known for a long time. These alloys can be used for soldering thanks to the presence of the eutectic of copper and Cu (sub) 3P, which is 8.4% phosphorus and melts at 707 ° C.

Es ist bekannt, dass man den Schmelzpunkt des Cu-Cu(sub)3P-Eutektikum durch Zulegieren von Zinn auf etwa 640°C senken kann. Diese Legierungen sind aber spröde und wenig geeignet für stoffverbindende Arbeiten.It is known that the melting point of the Cu-Cu (sub) 3P eutectic can be lowered to about 640 ° C. by adding tin. However, these alloys are brittle and unsuitable for material-bonding work.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass bestimmte Cu(sub)3P und zinnhaltige Legierungen dennoch für Lotzwecke vorzüglich geeignet sind. Diese Legierungen gemäss der Erfindung enthalten neben mindestens 65% Kupfer, 2,5 bis 8 % Phosphor und gegebenenfalls bis 25 % Zink noch 10 bis 18 % Zinn. Es hat sich ferner gezeigt, dass man zu sehr guten Ergebnissen kommen kann, wenn neben oder anstelle des Zinngehaltes 3 bis 15% Kadmium oder Indium oder Antimon verwendet werden. Schliesslich kann das Lot auch noch 0,5 bis 5 % Silber unter entsprechender Herabsetzung des Kupferanteils enthalten.Surprisingly, it has now been found that certain Cu (sub) 3P and tin-containing alloys are nevertheless eminently suitable for soldering purposes. These alloys according to the invention contain at least 65% copper, 2.5 to 8% phosphorus and optionally up to 25% zinc as well as 10 to 18% tin. It has also been shown that very good results can be achieved if 3 to 15% cadmium or indium or antimony are used in addition to or instead of the tin content. Finally, the solder can also contain 0.5 to 5% silver with a corresponding reduction in the copper content.

Besonders vorteilhafte Lote findet man, wenn man die Zusammensetzung so abstimmt, das bei der Abkühlung des geschmolzenen Lotes zuerst ein kupferreicher Mischkristall anschliessend ein Gemenge dieser Kristallart mit Cu(sub)3P kristallisiert, und dass die Hauptmenge der Zusatzmetalle Zinn und/oder Kadmium oder Indium oder Antimon, gegebenenfalls Silber erst im ternären oder höheren Eutektikum kristallisiert. Die Abbildung soll an einem möglichst einfachen System diesen Gedanken veranschaulichen. Der durch den Phosphorgehalt von 2,5 bis 8% und einen Zinngehalt von 10 bis 18 % begrenzte Bereich im Dreistoffsystem entspricht der Zeichnung nach der durch den Linienzug A.B.L.D. begrenzten Fläche. Im Kupfer löst sich Phosphor und Zinn entsprechend dem Mischkristallbereich Cu-F-G-H. Vom Cu-Cu(sub)3P-Eutektikum geht eine eutektische Rinne nach dem Punkt 0, derjenigen Schmelze, die sowohl mit Cu(sub)3P, als mit dem kupferreichen Mischkristall G, als mit der Beta-Kupfer-Zinn-Phase J im Gleichgewicht ist. In 0 mündet auch die Kurve der doppelt gesättigten Schmelzen, die von dem peritektischen Punkt P von der Kupfer-Zinn-Seite in Dreistoffsystem hinein sich erstreckt. Von 0 aus geht nach höheren Zinngehalten die Kurve tiefst, schmelzender Legierungen weiter.Particularly advantageous solders are found if the composition is coordinated in such a way that, when the molten solder cools, first a copper-rich mixed crystal then a mixture of this type of crystal with Cu (sub) 3P crystallizes, and that the main amount of the additional metals tin and / or cadmium or indium or antimony, possibly silver, crystallizes only in the ternary or higher eutectic. The illustration is intended to illustrate this idea using a system that is as simple as possible. The area in the three-component system, which is limited by the phosphorus content of 2.5 to 8% and a tin content of 10 to 18%, corresponds to the drawing according to the line A.B.L.D. limited area. Phosphorus and tin dissolve in copper according to the mixed crystal range Cu-F-G-H. From the Cu-Cu (sub) 3P eutectic a eutectic groove goes to the point 0, the melt that has both Cu (sub) 3P, the copper-rich mixed crystal G, and the beta-copper-tin phase J im Balance is. The curve of the doubly saturated melts, which extends from the peritectic point P from the copper-tin side into the ternary system, also ends in 0. Starting from 0, the curve of deepest, melting alloys continues after higher tin contents.

Verbindet man G mit 0 durch eine Gerade, so liegen im Raum F G 0 E alle diejenigen Legierungen, die nach primärer Ausscheidung von Alpha-Kupfer-Mischkristall entlang der eutektischen Rinne E 0 ein Gemenge aus Kupfermischkristall und Cu(sub)3P kristallisieren lassen, ehe in 0 ein grösserer Anteil an Beta-Kupfer-Zinn-Phase entsteht. Im Raum H G 0 P dagegen liegen diejenigen Legierungen, die nach primärer Ausscheidung von Alpha-Kupfer-Mischkristall zunächst unter der Bildung von Beta-Kupfer-Zinn-Phase (die sich peritektisch us dem alpha-Mischkristall und der Schmelze bildet) erstarren und bei denen erst zum Schluss im Punkt 0 ein nennenswerter Anteil an Phosphor in Form von Cu(sub)3P-kristallen erscheint. Besonders vorteilhaft sind diejenigen Lotlegierungen, die aus dem Feld F G 0 E stammen; sie sind günstiger als diejenigen, die im Feld H G 0 P liegen.If you connect G with 0 by a straight line, all those alloys are in space FG 0 E which, after primary precipitation of alpha copper mixed crystal along the eutectic groove E 0, allow a mixture of copper mixed crystal and Cu (sub) 3P to crystallize before in 0 a larger proportion of the beta-copper-tin phase is formed. In the HG 0 P area, on the other hand, there are those alloys which, after the primary precipitation of alpha-copper mixed crystal, initially solidify with the formation of beta-copper-tin phase (which is formed peritectically from the alpha mixed crystal and the melt) and in which only at the end at point 0 does a significant proportion of phosphorus appear in the form of Cu (sub) 3P crystals. Those solder alloys which come from field F G 0 E are particularly advantageous; they are cheaper than those in the H G 0 P field.

Dreistoffsystem Kupfer, Phosphor-Zinn, sondern gelten ganz analog auch für Legierungen der vier- und Fünfstoffsysteme mit Kadmium, Indium, Antimon oder Silber.The three-component system copper, phosphorus-tin, but also apply analogously to alloys of the four- and five-component systems with cadmium, indium, antimony or silver.

Die nachstehende Tabelle gibt einige BeispieleThe table below gives some examples

Die Lote 5 und 13 entstammen den durch Patentanspruch 4 geschützten Bereichen.Ihre Zusammensetzung liegt hinsichtlich des Gehaltes n Kupfer, Zinn und Phosphor vorwiegend innerhalb des in der Zeichnung angegebenen, durch den Linienzug A L 0 M begrenzten Bereiches.Solders 5 and 13 come from the areas protected by patent claim 4. Their composition, with regard to the content n copper, tin and phosphorus, is predominantly within the range indicated in the drawing and delimited by the line A L 0 M.

Diese Lote eignen sich vorwiegend zur Lötung von kupferhaltigen Legierungen, wie Bronze, Messing u.dgl., gegebenenfalls auch zum Löten von Silber, Gold und Legierungen dieser Metalle sowie für Eisen und Stahl.These solders are mainly suitable for soldering copper-containing alloys, such as bronze, brass and the like, possibly also for soldering silver, gold and alloys of these metals as well as for iron and steel.

Als besonders günstige Anwendungsform insbesondere für Legierungen, die in der Wärme , mässig oder schlecht walzbar sind hat sich die Verwendung von Lot in Pulverform erwiesen. Die Verwendung einer einheitlichen Lotfeilung anstelle von<Nicht lesbar> Lotblech ist bekannt. Es hat sich jedoch bei den Loten gemäss der Erfindung gezeigt, dass es keineswegs notwendig ist, die Legierung erst zu erschmelzen, sondern dass man beispielsweise ein gepulvertes Cu(sub)3P mit gepulvertem Kupfer und gepulverten Kupfer-Zinn-Legierungen zusammen mischen kann, und dass diese Mischung die gewünschten Loteigenschaften besitzt. Infolge der Möglichkeit, die Lotlegierung durch Mischung von Pulvern der verschiedensten Zusammensetzung herzustellen, ist die Verwendung der erfindungsgemässen Lote erheblich vereinfacht. Dem Pulvergemisch kann gleichzeitig noch gepulvertes Flussmittel zugegeben werden.The use of solder in powder form has proven to be a particularly favorable form of application, in particular for alloys that can be rolled at high temperature, moderately or poorly. The use of a uniform soldering angle instead of <illegible> soldering sheet is known. However, it did with the plumbing shown according to the invention that it is by no means necessary to melt the alloy first, but that, for example, a powdered Cu (sub) 3P can be mixed together with powdered copper and powdered copper-tin alloys, and that this mixture has the desired soldering properties . As a result of the possibility of producing the brazing alloy by mixing powders of the most varied of compositions, the use of the brazing alloys according to the invention is considerably simplified. Powdered flux can be added to the powder mixture at the same time.

Für gewisse Zwecke, bei denen flächenhafte Verlötung von Blechen oder profilierten Teilen erstrebt wird, hat sich die Verwendung von doubliertem Lot als vorteilhaft erwiesen. Man bringt auf die zu verbindende Fläche überall oder örtlich eine Schicht Lot von der gewünschten Stärke auf, vereinigt mit dem anzulötenden Werkstück-Teil und erhitzt z.B. in sauerstoffreier Atmosphäre oder im Schmelzbad. Das Lot lötet an den Stellen, wo es vorher auf dem Werkstück aufdoubliert war.For certain purposes in which extensive soldering of sheet metal or profiled parts is sought, the use of doubled solder has proven to be advantageous. A layer of solder of the desired thickness is applied anywhere or locally on the surface to be connected, combined with the workpiece part to be soldered and heated, e.g. in an oxygen-free atmosphere or in a weld pool. The solder brazes in the places where it was previously doubled on the workpiece.

Claims

1. Easily melting solder, characterized by the following composition: 2.5 to 8% phosphorus 0 up to 25% zinc, 10 to 18% tin, but the remainder at least 65% copper.

2. Lot according to claim 1, characterized in that it contains 3 to 15% cadmium or indium or antimony in addition to or instead of the tin content.

3. Lot according to claims 1 and 2, characterized in that it still contains 0.5 to 5% silver with a corresponding reduction in the copper content.

4. Solder according to claims 1 to 3, characterized in that the phosphorus content is such that when the molten solder cools, first a copper-rich mixed crystal, then a mixture of this type of crystal with Cu (sub) 3P crystallizes, and that the main amount of the additional metals first crystallized in the ternary or higher eutectic.

5. Lot according to claims 1 to 4, characterized in that its composition with regard to the content of copper, tin and phosphorus is within the range indicated in the drawing and limited by the line A.L. 0.M.

6. Lot according to claims 1 to 5, characterized in that it consists of a mixture of individual powders, which in turn have been produced from pure metals or alloys, e.g. by machining.

7. Lot according to claims 1 to 6, characterized in that the powder mixture contains powdered flux at the same time.

8. solder in doubled form according to claims 1 to 7, characterized in that it is in a thin layer on the material such as copper, bronze, steel or the like. is applied by welding, melting, spraying or in any other way.