NO801001L - Loddemiddel. - Google Patents

Abstract

Ved forbindelse av metalldeler ved lodding be-nyttes et loddemiddel som er fast ved omgivelsestemperatur og inneholder partikkelformet loddelegering eller -metall eller oksydforløper for dette dispergert i et termoplastisk materiale. Loddemiddelet inneholder passende også et eller flere flussmidler.

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår forbindelser mellom metalldeler ved lodding og spesielt et loddemiddel.

Lodding er en vanlig brukt fremgangsmåte til å forbinde metalldeler. Ved lodding blir en legering som i det etterføl-gende vil bli betegnet som enten en loddelegering eller et tilsatsmetall, og som har et lavere smeltepunkt enn de deler som skal forbindes, smeltet og tillatt å flyte med eller uten kapillærvirkning mellom de overflater av metalldelene som skal forbindes. Metalldelene forblir usmeltet, men forbindes når loddelegeringen stivner. Delene kan eventuelt senere tas fra hverandre ved oppvarming til en lignende temperatur. Loddelegeringer smelter typisk ved temperaturer i området 200-300°C.

Ved loddeoperasjoner kreves der et flussmiddel for å hindre oksydasjon av tilsatsmetallet og overflatene av de metalldeler som skal forbindes ved oppvarmingen, og å rense overflatene for oksyd eller glødeskall som allerede måtte foreligge; Flussmiddelet bør imidlertid også være i stand til å flyte ved temperaturer under smeltepunktet for loddelegeringen, fukte overflatene av metalldelene, lette fuktingen av metalldelene med smeltet loddelegering og lett kunne for-trenges av loddelegeringen.

Det er vanlig anerkjent praksis ved loddeoperasjoner enten å pensle flussmiddel på de overflater som skal forbindes, før loddelegeringen påføres og oppvarmingen utføres (skjønt andre fremgangsmåter såsom dypping og sprøyting har også vært anvendt) eller å anvende loddelegeringer i form av tråd med flussmiddelkjerne. Som et alternativ har der vært utviklet loddepastaer som består hovedsakelig av en blanding av partikkelformet loddelegering, flussmiddel og vandige eller organiske bærere eller fortynningsmidler. Pastaen blir bare påført de overflater som skal forbindes, hvoretter området blir oppvarmet for å mobilisere og forflyktige bæreren og bevirke smelting og lodding i praktisk talt en eneste operasjon. Slike loddepastaer lider imidlertid av en spesiell ulempe, nemlig kort levetid, og dette er særlig tilfelle når flussmiddelet er mikroskopisk og er tilbøyelig til å absorbere fuktighet fra atmosfæren. Kort levetid kan også forekomme av en eller flere andre grunner, f.eks. gradvis tap av flussvirkning (fluxing activity) som følge av kjemisk reaksjon mellom flussmiddelet og bæreren, og også mellom flussmiddelet og loddelegeringen i det flytende medium, tap av bærer ved fordampning og bunn-felling av partikkelformet loddelegering. Det har videre vist seg vanskelig å finne en oppskrift på en legeringspasta som er tilstrekkelig stiv og ikke-flytende til å redusere bunnfel-lingsproblemet til et minimum og forbli på plass etter at det er påført de overflater som skal forbindes, før loddingen finner sted, samtidig som det er tilstrekkelig flytende til lett å kunne påføres de nevnte overflater. Loddepastaer er også tilbøyelige til å være temperaturtølsomme når det gjelder påføringsegenskapene. Det kan f.eks. være vanskelig å påføre den ønskede mengde, og/eller det kan være vanskelig å beherske forholdet mellom legering og flussmiddel.

Slaglodding er en annen vanlig benyttet teknikk til

å forbinde metallgjenstander. Den grunnleggende forskjell mellom lodding og slaglodding er at slagloddingen utføres ved temperaturer som er tilstrekkelig høye til å fordampe og/eller brenne bort eventuelle karbonholdige rester eller slagger fra slagloddemiddelet. Lodding utføres på den annen side ved en lav temperatur, og slaggene blir tilbake på arbeidsstykket med mindre resp. inntil de fjernes i en egen operasjon. For de fleste formål kan avfalls- eller slaggstoffer tolereres uten at de fjernes, skjønt det av utseendemessige grunner kan foretrekkes å fjerne dem. Slagger som er vannoppløselige eller vanndispergerbare er bekvemme, idet de lett kan fjernes. Slagger som bare eller i det minste delvis er vannoppløselige, kan imidlertid gi opphav til problemer med korrosjon og/eller vekst av mikroorganismer så som alger og bakterier. En konse-kvens er derfor at loddeslagg bør være hovedsakelig fullstendig vannoppløselig eller vanndispergerbart når lodding anvendes til å oppnå forbindelser i drikkevannsledninger.

Det er en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å skaffe et loddemiddel som overvinner noen av eller alle de ovennevnte grunner til dårlige lagrings- og påføringsegen-skaper av loddepastaer, og som på arbeidsstykket levner et slagg som enten er hovedsakelig fullstendig vannoppløselig eller hovedsakelig fullstendig vann-uoppløselig.

I henhold til en side ved oppfinnelsen inneholder et loddemiddel partikkelformet loddelegering eller -metall eller en oksydforløper for dette dispergert i et termoplastisk materiale.

Loddemiddelet ifølge oppfinnelsen inneholder fortrinnsvis ett eller flere flussmidler. Flussmiddelet kan være i form av et pulver, eller det kan være et materiale som f.eks. hard harpiks (rosin) som i seg selv kan oppvise de nødvendige termoplastiske egenskaper.

Loddemidlene i henhold til oppfinnelsen inneholder fortrinnsvis 50-98 vektprosent og fortrinnsvis 75-95 vektprosent loddelegering og resten flussmiddel og/eller termoplastisk materiale.

Som et eksempel kan et loddemiddel ifølge oppfinnelsen bortsett fra forurensninger inneholde ca. 90 vektprosent loddelegering og ca. 10 vektprosent flussmiddel og/eller termoplastisk materiale. Det termoplastiske materiale er passende i fast fase ved omgivelsestemperatur og bør smelte ved en temperatur under ca. 150°C. Det termoplastiske materiale bør fortrinnsvis smelte i temperaturområdet 40-100°C.

Det termoplastiske materiale kan generelt omfatte en vokskomponent og etter valg en harpikskomponent. Voksen tjener til å gi gode lagringsegenskaper, og harpikskomponenter tjener til å vedlikeholde en viss viskositet ved tilførsel av varme.

Vokser for bruk i•loddemiddelet ifølge oppfinnelsen

kan velges både fra naturlige og syntetiske vokser. Eksempler på naturlige vokser er spermasettoljevoks, "bivoks og stearinsyre (animalske vokser) , carnauba-, myrtevoks og candelillavoks (vegetabilske vokser) og montanvoks, ceresinvoks og parafinvoks (mineralvokser). Animalske og vegetabilske vokser er stort sett fettsyreestere av høyere monohydroksyalkoholer. Eksempler på syntetiske vokser er polyeten- og polyetenglykolvokser (f.eks. "Carbowax"-vokser) og mikrokrystallinsk voks. Som inerte (dvs. ikke smeltende) termoplastiske materialer foretrekkes det å anvende polyetenglykol, alkoksylerte karboksyl-syrer (f.eks. etoksylert stearinsyre) eller alkoksylerte chole-sterolkarboksylestere (f.eks. etoksylert lanolin) som alle er vannoppløselige eller vanndispergerbare, eller parafinvokser,

eller kolesterolkarboksylsyrer (f.eks. lanolin) som er vannuopp-løselige). Som termoplastiske materialer med fluss-virkning foretrekkes der hard harpiks (dvs. en terpenoidkarboksylsyre såsom abietinsyre), en mettet karboksylsyre med en karbonkjede-lengde på cio~C20^- e^ s-laurinsyre, myristinsyre, palmitin-syre eller stearinsyre) eller en hydroksykarboksylsyre såsom sitronsyre eller tartarsyre, og flussvirkningen av disse kan etter valg økes ved tilsetning av materialer med en sterkere flussvirkning.

Harpikser for bruk i loddemidler i henhold til oppfinnelsen kan velges blant naturlige og syntetiske harpikser. Naturlige harpikser er faste eller halvfaste seigtflytende materialer som for det meste er avledet fra sekreter av visse planter og trær. Eksempler er kolofonium, celluloseharpikser, naturgummi, furutjære, bek og Canada-balsam. Syntetiske harpikser er amorfe, organiske, halvfaste eller faste materialer fremstilt ved polymerisering. Eksempler er polypropen, polyeten, polymetylmetakrylat, polyisopren, polyisobuten og poly-styren. Disse harpikser er termoplastiske.

Flussøkende materialer som kan tilsettes hard harpiks, omfatter hydrazinhydrogenklorid, glutaminsyrehydrogenklorid og anilinhydrogenklorid, og disse kan tilsettes i en konsentrasjon på mellom 1 og 50 vektprosent regnet på hard harpiks, fortrinnsvis 5-20 vektprosent, f.eks. 10%, avhengig av den ønskede grad av flussvirkning. Materialer som kan tilsettes andre termoplastiske flussmidler for å øke flussvirkningen, eller som kan tilsettes inerte termoplastiske materialer for å gi disse flussvirkning, omfatter hydrazinhydroksyd og halo-genider som normalt dekomponeres ved oppvarming for frigjøring av hydrogenhalogenid og således gir flussvirkning under lodde-betingelser, f.eks. kloridet, bromidet eller jodidet av zink, en eutektisk blanding av zinkklorid og ammoniumklorid, kloridet, bromidet eller jodidet av ammonium og tinnhalogenider, f.eks. tinnklorid. Også disse stoffer kan tilsettes i mengder på mellom 1 og 50 vektprosent, fortrinnsvis 5-20%, f.eks. 10%, regnet på termoplasten.

For forbedring av graden av dispersjon av loddelegeringen i flussmiddelet og/eller det termoplastiske materiale er det funnet å være fordelaktig å blande loddemiddelet ifølge oppfinnelsen ved anvendelse av en blanding av metalloksydpartikler istedenfor metallpartikler eller legeringspartikler. Oksydene blir enten redusert til metallene for å danne loddelegeringen ved loddetemperaturene, eller de blir redusert til metallene ved omgivelsestemperaturer ved bruk av reduserende flussmidler, f.eks. hydrazinhydrogenklorid.

Det er også funnet at partikkelstørreisen av loddelegeringen bør velges for optimale loddeegenskaper istedenfor optimale lagringsegenskaper, krav som er tilbøyelige til å

stå i motsetning til hinannen. I et idéelt loddemiddel vil en høy konsentrasjon av loddemiddel med liten partikkelstør-relse være ønskelig for god lagringsevne, men slike partikler gir en stor overflate av loddelegeringen, og krever dermed en relativt stor mengde flussmiddel. Det foretrekkes derfor å velge en noe større partikkelstørrelse for å gi en tilsvarende mindre overflate og stole på et viktig trekk ifølge oppfinnelsen, dvs. innlemmelsen av et termoplastisk materiale, for å gi de ønskede lagringsegenskaper. Det er funnet at loddelege-ringpartiklene for de fleste formål bør passere gjennom en 60 maskers sikt og holdes tilbake på en 400 maskers sikt, skjønt mindre mengder av partikler fra utenfor dette størrelses-område kan innlemmes hvis det skulle være ønskelig. Dette område for partikkelstørrelsen er valgt for å gi optimale flytegenskaper og minst mulig hulrom for fylling med termoplastisk materiale. Rheologiske problemer som er forbundet med flytende loddepastaer, blir på denne måte også unngått. Optimale flytegenskaper kan også tilveiebringes ved valg av partikler i form av kuler og/eller flak, filspon etc.

Oppfinnelsen kan anvendes på en hvilken som helst av

de mange loddelegeringer som er mer eller mindre vanlige i bruk, men er naturligvis spesielt anvendelig for de loddelegeringer som typisk anvendes i store mengder i automatiserte loddeoperasjoner. Loddelegeringer er vanligvis basert på tinn eller bly med tilsetning av ett eller flere metaller valgt blant Sb, Bi, Ag, Cu, Fe, Zn, Al, Cd og As. En liste av typiske loddelegeringer kan finnes i Kirk-Othmer "Encyclopaedia of Chemical Technology", 2. utgave, bind 18, side 544. Generelt

sett er imidlertid legeringer av tinn og bly gode loddelegeringer for generell anvendelse; antimon anvendes ofte istedenfor bly ved lodding av matvarebeholdere, legeringer av tinn og sølv er usedvanlig frittflytende, har økt styrke sammen-lignet med tinn/bly og har gode elektriske egenskaper; og tinn/ bly/sølv-legeringer anvendes ofte i den elektroniske industri til å lodde sølvpletterte overflater.

Det er et trekk ved loddemidlene ifølge den foreliggende oppfinnelse at oppløsningsmiddel eller fortynningsmiddel som vanligvis anvendes i tidligere kjente loddepastaer, er fullstendig fraværende, og den termoplastiske bærer som eventuelt kan ha iboende flussvirkning, blir som allerede nevnt ovenfor valgt slik at den er i fast form ved omgivelsestemperatur og smelter fortrinnsvis under 100°C. Hvis en polymer, f.eks. polyetenglykol, velges som termoplastisk materiale, bør graden av polymer isasjon være slik at de ovennevnte begrensninger med hensyn til fase og smeltepunkt foreligger.

Loddemidlene fremstilles stort sett ved smelting av

det termoplastiske materiale, dispergering eller oppløsning i dette av eventuelt flussmiddel eller tilslag og dispergering i termoplasten av legeringen, metallet eller oksydforløperen av dette, hvoretter den resulterende blanding tillates å stivne. Loddemidlene kan imidlertid støpes, formes eller ekstruderes til på forhånd fastlagte former som f.eks. ringer eller lignende for lagring og etterfølgende anvendelse, eller de kan i smeltet eller halvsmeltet tilstand påføres et arbeidsstykke og tillates å stivne for lagring og senere bruk ved forbindelse av arbeidsstykket med et ytterligere arbeidsstykke ved at de to arbeids-stykker holdes sammen og oppvarmes i det område hvor loddemiddelet befinner seg. Alternativt kan loddemidler i henhold til oppfinnelsen påføres et arbeidsstykke ved omgivelsestemperatur ved hjelp av en oppvarmet påføringsinnretning som kan være på en slik temperatur at ingen ytterligere oppvarming er nødvendig for å gi en tilfredsstillende loddet skjøt. Loddemidler som inneholder et hygroskopisk eller bortflytende flussmiddel såsom zinkklorid, er stabile ved lagring som følge av at flussmiddelpartiklene er effektivt innkapslet i det termoplastiske materiale.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen. I alle tilfellene besto loddelegeringen av 60 vektprosent tinn og 40 vektprosent bly.

Eksempel 1

Et loddemiddel bestående hovedsakelig av

93,5 vektprosent legering

6,5 vektprosent raffinert hard harpiks ("Staybelite"

fra Hercules Powder Co. Ltd.)

ble fremstilt ved smelting av harpiksen og dispergering av legeringen i denne. Slaggene fra loddingen er hovedsakelig vannuoppløselige.

Eksempel 2

Et loddemiddel bestående av

80,0 vektprosent legering

10,0 vektprosent ZnC^

10,0 vektprosent parafinvoks (smelteområde 46-49°C)

ble fremstilt ved smelting av voksen og dispergering av legeringen og flussmiddelet i denne. Slaggene er hovedsakelig vannuoppløselige.

Eksempel 3

Et loddemiddel bestående hovedsakelig av

91,5 vektprosent legering

2,0 vektprosent NH4I

6,5 vektprosent parafinvoks (46-49°C)

ble fremstilt som i eksempel 2. Slaggene er hovedsakelig vann-uoppløselige.

Eksempel 4

Et loddemiddel bestående hovedsakelig av

93,5 vektprosent legering

1,0 vektprosent raffinert hard harpiks ("Staybelite"-harpiks)

5,5 vektprosent parafinvoks (60-62°C)

ble fremstilt ved smelting av voksen, oppløsning av harpiksen i denne og deretter dispergering av legeringen i harpiksen. Slaggene er vannuoppløselige.

Eksempel 5

Et loddemiddel bestående hovedsakelig av

90 vektprosent legering

2 vektprosent ZnCl2

8 vektprosent polyetenglykol (molekylvekt 1000)

ble fremstilt ved oppløsning av flussmiddelet ved en temperatur over dets smeltepunkt (283°C) i glykolen og dispergering av legeringen ved en temperatur på over 60-80°C. Alternativt kan fysisk dispergering av flussmiddelet utføres ved en temperatur under dets smeltepunkt. Slaggene er hovedsakelig vann-oppløselige.

Eksempel 6

Et loddemiddel med hovedsakelig vannoppløselige slagger ble fremstilt som i eksempel 5 og besto hovedsakelig av

90 vektprosent legering

2 vektprosentZnCl2

8 vektprosent etoksylert stearinsyre ("Texofor E13"

fra ABM Chemicals Ltd.)

Eksempel 7

Et loddemiddel bestående hovedsakelig av

90 vektprosent legering

1 vektprosent eutektisk blanding av ZnCl2og NH^Cl

9 vektprosent polyetenglykol (molekylvekt 1000)

ble fremstilt ved suspendering av flussmiddelblandingen ved en temperatur over dens smeltepunkt (180°C) i polyetenglykolen og dispergering av legeringen i polyetenglykolen ved en temperatur på over 60-80°C. Slaggene er hovedsakelig vannoppløse-lige.

Eksempel 8

Et loddemiddel med slagger som er hovedsakelig vann-oppløselige ble fremstilt som i eksempel 7 og besto hovedsakelig av

90 vektprosent legering

1 vektprosent eutektisk blanding av ZnCl2og NH^Cl

9 vektprosent etoksylert stearinsyre ("Texofor E13").

Claims (13)

1. Loddemiddel som er fast ved omgivelsestemperatur, omfat-tende partikkelformet loddelegering eller -metall eller en oksydforløper for dette dispergert i et termoplastisk materiale.

2. Loddemiddel som angitt i krav 1, karakterisert ved at det også inneholder ett eller flere flussmidler.

3. Loddemiddel som angitt i krav 1, karakterisert ved at det termoplastiske materiale selv har flussvirkning.

4. Loddemiddel som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at det inneholder 50-98, fortrinnsvis 75-95, vektprosent legering, metall eller oksydforløper for dette.

5. Loddemiddel som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at det inneholder ca. 90 vektprosent partikkelformet loddelegering, -metall eller oksydforløper for dette og resten termoplastisk materiale og/eller flussmiddel.

6. Loddemiddel som angitt i krav 2, karakterisert ved at flussmiddelet er i form av pulver.

7. Loddemiddel som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at det termoplastiske materiale har et smeltepunkt mellom omgivelsestemperatur og 150°C.

8. Loddemiddel som angitt i krav 1, karakterisert ved at det termoplastiske materiale omfatter en voks valgt fra den gruppe som består av naturlige og syntetiske vokser, f.eks. polyetenglykol, parafinvoks, alkylert karboksylsyre eller cholesterolkarboksylester.

9. Loddemiddel som angitt i krav 1, karakterisert ved at det termoplastiske materiale inneholder en harpikskomponent.

10. Loddemiddel som angitt i krav 2, karakterisert ved at flussmiddelet er zink-, tinn- eller ammoni- umhalogenid eller hydrazinhydroksyd.

11. Loddemiddel som angitt i krav 3, karakterisert ved at det termoplastiske flussmiddel er hard harpiks, mettet karboksylsyre eller mettet hydroksykarboksylsyre.

12. Loddemiddel som angitt i krav 3, karakterisert ved at flussvirkningen er økt ved tilsetning av et ytterligere materiale, f.eks. hydrazinhydrogenklorid, glutaminsyrehydrogenklorid eller anilinhydrogenklorid.

13. Loddemiddel som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at størrelsen av det partik-kelformede materiale, metallet eller oksydforløperen er slik at den overveiende mengde av materialet vil passere en 60 maskers sikt og holdes tilbake på en 400 maskers sikt.