PL187473B1

PL187473B1 - Sposób lutowania aluminium bez stopu lutowniczego, bezlutowy topnik, zestaw topnikowy, kompozycja bezlutowego topnika

Info

Publication number: PL187473B1
Application number: PL97331432A
Authority: PL
Inventors: Thomas Born; Heinz-Joachim Belt
Original assignee: Solvay Fluor & Derivate
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1997-09-06
Publication date: 2004-07-30
Also published as: NO991163D0; ES2169421T3; SK24799A3; CN1224378A; CZ294467B6; NO991163L; HK1020546A1; ATE209996T1; BR9711987A; CA2266059C; HUP9903209A2; HUP9903209A3; PL331432A1; DE59705689D1; EP0925143B1; JP2001502972A; DK0925143T3; US6019856A; HU220659B1; AU4382797A

Abstract

1. Bezlutowy topnik znamienny tym, ze zawiera 6-50% wagowych K2SiF6 i 50- 94% wagowych fluoroglinianu potasu. 4. Zestaw topnikowy, znamienny tym, ze sklada sie z oddzielnie wystepujacych substancji K 2 SiF6 i fluoroglinianu potasu do wspólnego zastosowania jako bezlutowy topnik, przy czym topnik zawiera 6 do 50% wag. K2SiF6 i 50 do 94% wag. fluoroglinia- nu potasu. 5. Kompozycja bezlutowego topnika, znamienna tym, ze zawiera efektywna dla lu- towania aluminium bez stopu lutowniczego ilosc topnika zlozonego z 6 do 50% wag. K2SiF6 i 50 do 94% wag. fluoroglinianu potasu i zwykle stosowane substancje pomocni- cze, takie jak srodki wiazace wode i/lub ciecze organiczne. 9. Sposób lutowania aluminium bez stopu lutowniczego z zastosowaniem topnika zawierajacego fluoroglinian potasu, znamienny tym, ze na elementy przeznaczone do polaczenia nanosi sie bezlutowy topnik zawierajacy 6 do 50% wag. K2SiF6 i 50 do 94% wag. fluoroglinianu potasu lub kompozycje bezlutowego topnika i lutuje sie te elementy w temperaturze 580°C do 605°C. PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Wynalazek dotyczy sposobu lutowania aluminium bez stopu lutowniczego, bezlutowego topnika, zestawu topnikowego, kompozycji bezlutowego topnika.

W procesie lutowania wiązane są metaliczne wyroby z pomocą stopionego lutu.

W procesie lutowania topnik stosowany jest w celu oczyszczenia powierzchni, co jest niezbędne dla uzyskania trwałego połączenia wyrobów.

187 473

Opracowano już topniki nadające się bardzo dobrze do procesu lutowania aluminium. Szczególnie odpowiednimi topnikami okazały się topniki na bazie fluoroglinianu potasu.

Wytwarzanie fluoroglinianow potasu, względnie ich zastosowanie w charakterze topników zostało opisane np. w opisach patentowych US-3 951 328; 4 428 920; 4 579 605; 5 318 764. w wyłożeniowym opisie patentowym DOS DE 19 519 515 Al, w zgłoszeniu patentowym niemieckim nr 195 20 812 i w zgłoszeniu patentowym niemieckim nr 195 37 216. W opisie patentowym US nr 4 906 307 ujawniono topniki do lutowania stopów na bazie aluminium zawierające 70-90% wagowych K^SiFó i 30-10% wagowych AlF3. Topnik ten może zawierać, o ile jest to pożądane, dalsze dodatki takie jak fluorek litu lub fluorek sodu. Może być również stosowany środek dyspergujący'.

Znane ze stanu techniki sposoby lutowania aluminium są zawsze tak przeprowadzane, że na części metalowe, które mają być związane musi być nałożony obok topnika również stop lutowniczy.

Zgodnie ze wskazaniem w opisie patentowym US nr 5 100 048 i 5 190 596 sposób lutowania może być również przeprowadzony z topnikiem, do którego domieszano metale takie jak krzem, miedz lub german.

Według innego sposobu można tak postępować, że wprowadza się części aluminiowe, które plateruje się stopem lutowniczym.

Wadą znanego sposobu postępowania jest to, że w znanym sposobie zawsze występuje etap procesu polegający na nanoszeniu lub dodawaniu stopu lutowniczego lub innych metali jak krzem, miedź lub german.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu lutowania aluminium, który umożliwia lutowanie bez konieczności stosowania stopu lutowniczego.

Zadanie to rozwiązano przez opracowanie sposobu według wynalazku i topnika jak również i przygotowania topnika do zastosowania w sposobie według wynalazku. Tak więc przedmiotem wynalazku jest bezlutowy topnik zawierający 6-50% wagowych K2SIF6 i 5094% wagowych fluoroglinianiu potasu oraz sposób lutowania aluminium bez stopu lutowniczego z zastosowaniem topnika zawierającego fłuoroglinian potasu, charakteryzujący się tym, że na elementy przeznaczone do połączenia nanosi się bezlutowy topnik zawierający 6 do 50% wag. KiSiFf, i 50 do 94% wag. fluoroglinianu potasu lub kompozycję bezlutowego topnika i lutuje się te elementy w temperaturze 580°C do 605°C.

W sposobie lutowania aluminium według wynalazku z zastosowaniem topnika zawierającego fluoroglinian potasu nie stosuje się dodatku stopu lutowniczego i stosuje się topnik zawierający 6-50% wagowych K₂SiF6 i 50-94% wagowych fluoroglinianu potasu lub z nich złożony. Korzystnie w sposobie według wynalazku na elementy przeznaczone do połączenia nanosi się bezlutowy topnik zawierający KAlF4 i K2AlF5 i/lub K^AlF5 H2O jako fluoroglinian potasu.

Korzystnie topnik zawiera 7-30% wagowych K₂SiF6. Fluoroglinian potasu jest wówczas zawarty w topniku w ilości 93-70% wagowych. Topnik zawiera zwłaszcza 7 do mniej niż 30% wagowych K₂SiF6 i 93 do więcej niż 70% wagowych fluoroglinianu potasu. Jeżeli topnik zawiera mniej niż 6% wagowych fluorokrzemianu, obniża się jakość związków lutujących.

Nazwa „fluorooglinianu potasu” obejmuje znane kompleksowe glinofluorki potasu, które składają się z potasu, glinu, fluoru i ewentualnie wody.

Korzystne topniki, w rozumieniu wynalazku zawierają jako fluorogliniany potasu KALI., K2AIF5 i/lub K2AIF5 H2O. K3AIF6 nie występują lub występują w niewielkiej ilości np. do 5% wagowych. Pentafluoroglinian może być przy tym również stosowany w postaci nieodwracalnie zdehydratyzowanego produktu, otrzymywanego w procesie ogrzewania hydratyzowanego materiału w temperaturze powyżej około 260°C. Proces ten opisano w opisie wyłożeniowym patentowym nr De 19 519 515 Al.

Topniki mogą być stosowane jako takie, ewentualnie z zastosowaniem zwykłych substancji pomocniczych. Przykładowo jako substancje pomocnicze mogą być stosowane środki wiążące, które oddziaływają na przyczepność topnika na powierzchniach łączonych części aluminiowych.

187 473

Celowo stosuje się topniki w postaci kompozycji topnika zawierającej topnik w postaci zawiesiny lub pasty w wodzie, w organicznej cieczy lub w mieszaninie wody i organicznej cieczy lub w postaci zestawu topnikowego. Kompozycja topnika zawiera zwykle stosowane substancje pomocnicze, takie jak środki wiążące wodę i/lub ciecze organiczne.

Jako „organiczną ciecz” stosuje się celowo substancje, które zazwyczaj stosuje się jako rozpuszczalniki takie jak alkohole, zwłaszcza metanol, etanol, propanol lub izopropanol. W celu wytworzenia takiej kompozycji miesza się oddzielnie K2S1F6 i fluoroglinian potasu lub ich mieszaninę z fazą ciekłą.

Zawartość wody, względnie organicznej cieczy jest tak ustalona, aby można było osiągnąć pożądaną konsystencję zawiesiny względnie pasty.

Zawiesina względnie pasta zawiera korzystnie 3-70% wagowych topnika, resztę do 100 % stanowi woda względnie ciecz organiczna, ewentualnie zanieczyszczenia i ewentualnie dalsze substancje pomocnicze jak środki dyspergujące.

Sposób według wynalazku może być stosowany w odniesieniu do wyrobów z aluminium lub stopów aluminiowych. Jednakże zawartość magnezu w stopie powinna wynosić poniżej 0,5% wagowych.

Lutowanie przeprowadza się w znany sposób np. w piecu lub z użyciem palnika.

Odpowiednia temperatura lutowania może być ewentualnie określona doświadczalnie. Optymalnie aluminium może być lutowane w temperaturze 580°C-605°C.

Powlekanie komponentów przeznaczonych do lutowania może być przeprowadzone w sposób konwencyjny np. przez zanurzenie, natryskiwanie, zraszanie, drukowanie lub malowanie.

Sposób według wynalazku nadaje się w ogólności do lutowania wyrobów z aluminium lub stopów aluminium bez dodatków lutowniczych.

Nadaje się on zwłaszcza do lutowania chłodnic lub wymienników ciepła przykładowo w przemyśle samochodowym, jak również w przemyśle elektronicznym do lutowania przewodników wszystkich rodzajów i wielkości. Można również np. lutować cienkie folie.

Topnik według wynalazku charakteryzuje się zawartością 6-50% wagowych K2S1F6 i 50-94% wagowych fluoroglinianu potasu lub składa się z tych dwu substancji. Korzystne ilości tych obu substancji i korzystnie stosowany fluoroglinian potasu zostały już powyżej opisane.

W pożądanych przypadkach topnik może zawierać znane substancje pomocnicze takie jak środki wiążące. Nie zawierający stopu lutowniczego topnik według wynalazku może mieć postać zestawu topnikowego, w którym substancje składowego wyżej omówione występują oddzielnie jedna od drugiej i służą do wspólnego zastosowania w sposobie według wynalazku tzn. dopiero bezpośrednio przed zastosowaniem tego topnika te substancje są ze sobą łączone z utworzeniem jednorodnej mieszaniny.

Dalszym przedmiotem wynalazku jest kompozycja topnika nie zawierająca stopu lutowniczego. Kompozycja ta zawiera efektywną dla lutowania aluminium bez stopu lutowniczego ilość topnika zawierającego 6-50% wagowych K2S1F6 i 50-94% wagowych fluoroglinianu potasu, jak również dalsze znane substancje pomocnicze, zwłaszcza wodę i/lub ciecze organiczne.

Szczególnie korzystna kompozycja topnika nie zawierającego stopu lutowniczego obejmuje 3-70% wagowych topnika oraz wodę i/lub organiczne ciecze jako resztę do 100% wagowych jak również ewentualnie dalsze zwykle stosowane substancje pomocnicze jak środki wiążące lub środki dyspergujące.

Zastosowanie K2S1F6 i fluoroglinianu potasu do wytwarzania topnika lub kompozycji topnika nadającego się do lutowania aluminium lub stopów aluminiowych bez stopu lutowniczego jest zastosowaniem nowym i stanowi również przedmiot wynalazku.

Wynalazek dostarcza sposób lutowania aluminium bez oddzielnego dodawania stopu lutowniczego lub metalu.

Ułatwia to techniczne zastosowanie i obniża przy tym koszty procesu lutowania.

Następujące przykłady bliżej objaśniają wynalazek bez ograniczania go.

187 473

Przykład I

Wytwarzanie topnika według wynalazku.

2,5 g K₂SiF6 i 10g mieszaniny fluoroglinianów potasu na bazie KAlF 4 i K₂AlF5-produkt firmy Solvay Fluor i Derivate GmbH NocolokR zmieszano ze sobą do postaci drobno rozdrobnionej.

Przykład II

Wytwarzanie zawiesiny topnika według wynalazku.

a) Zmieszano 5g wody z 2, 5g K₂Sify, i 10 g mieszaniny fluoroglinianów potasu na bazie KAIF4 i K₂AlF5 do utworzenia wodnej zawiesiny o zawartości stałej substancji około 43% wagowych.

b) Zmieszano 5g wody z 12,5g topnika otrzymanego według przykładu 1 do utworzenia wodnej zawiesiny zawierającej około 43% wagowych stałej substancji.

Przykład III

Zastosowanie zawiesiny zawierającej K₂SiF6 i mieszaninę fluoroglinianów potasu na bazie KAIF4 i K2AIF5 w procesie lutowania.

Ogólnie: kątowniki o wymiarach 40x5x0,5mm ze stopu aluminiowego AA3003 zawierającego obok aluminium składniki w ilości w % wagowych Si 0,60; Fe 0,70; Cu 0,05-0,20; Mn 1,00-1,50; Zn 0,10 pozostałe składniki ogółem 0,15 przylutowano do płytki aluminiowej o wymiarach 25 x 25 x 0,3mm z tego samego materiału.

Kształtki zanurzono w zawiesinie zawierającej topnik i następnie ogrzano palnikiem gazowym propanowym.

Zawiesinę wytworzono przez zmieszanie podanych ilości wody, K2S1F6 i mieszaniny fluoroglinianów potasu na bazie KAIF4 i K2AIF5 Nocolok^R.

Przykład	Ilość wody [g]	Ilość K2SiF6 [g]	Ilość NocolokR [g]	Wynik
3.1	5	2,5	10	zlutowano
3.2	12	3,0	18	zlutowano
3.3	180	7,0	31	zlutowano
3.4	180	8,0	31	zlutowano
4.5	180	9,0	31	zlutowano
3.6	180	10,0	31	zlutowano
3.7	180	12,0	31	zlutowano

Przykład IV

Lutowanie w piecu lutowniczym.

Proces przeprowadzono analogicznie do przykładu 3.5, jednak kształtki umieszczono w piecu lutowniczym ogrzanym do temperatury około 600°C.

Części zlutowane mogły być wyjęte z pieca.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Bezlutowy topnik znamienny tym, że zawiera 6-50% wagowych K₂SiFć i 50-94% wagowych fluoroglinianu potasu.
2. Bezlutowy topnik według zastrz. 1, znamienny tym, że jako fluoroglinian potasu zawiera KAIF4 i K2AIF5 i/lub K2AIF5 · H₂O.
3. Bezlutowy topnik według zastrz. 1, znamiennny tym, że zawiera K₂SiF₆ w ilości

7-30%.
4. Zestaw topnikowy⁷, znamienny tym, że składa się z oddzielnie występujących substancji K₂SiF₆ i fluoroglinianu potasu do wspólnego zastosowania jako bezlutowy topnik, przy czym topnik zawiera 6 do 50% wag. K₂SiF'6 i 50 do 94% wag. fluoroglinianu potasu.
5. Kompozycja bezlutowego topnika, znamienna tym, że zawiera efektywną dla lutowania aluminium bez stopu lutowniczego ilość topnika złożonego z 6 do 50% wag. K₂SiFń i 50 do 94% wag. fluoroglinianu potasu i zwykle stosowane substancje pomocnicze, takie jak środki wiążące wodę i/lub ciecze organiczne.
6. Kompozycja według zastrz. 5, znamienna tym, że zawiera topnik, w którym fluoroglinian potasu stanowi KAIF4 i K₂A1Fs i/lub K₂A1F5-H₂O.
7. Kompozycja według zastrz. 5, znamienna tym, że zawiera topnik, w którym ilość K₂SiFń wynosi 7-30% wagowych.
8. Kompozycja według zastrz. 5, znamienna tym, że zawiera topnik w postaci zawiesiny lub pasty w wodzie, w organicznej cieczy lub w mieszaninie wody i organicznej cieczy lub w postaci zestawu topnikowego.
9. Sposób lutowania aluminium bez stopu lutowniczego z zastosowaniem topnika zawierającego fluoroglinian potasu, znamienny tym, że na elementy przeznaczone do połączenia nanosi się bezlutowy topnik zawierający 6 do 50% wag. K₂SiF₆ i 50 do 94% wag. fluoroglinianu potasu lub kompozycję bezlutowego topnika i lutuje się te elementy w temperaturze 580°C do 605°C.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że na elementy przeznaczone do połączenia nanosi się bezlutowy topnik zawierający KA1F₄ i K₂A1F₅ i/lub K₂A1F₅ H₂O jako fluoroglinian potasu.
11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się topnik zawierający K₂SiF₆w ilości 7 do 30% wag.
12. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się kompozycję bezlutowego topnika zawierającą efektywną dla lutowania aluminium bez stopu lutowniczego ilość topnika złożonego z 6-50% wag. K₂SiFć i 50-94% wag. fluoroglinianu potasu i zwykle stosowane substancje pomocnicze, takie jak środki wiążące wodę i/lub ciecze organiczne.
13. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że topnik stosuje się w postaci zawiesiny lub pasty w wodzie, w organicznej cieczy lub w mieszaninie wody i organicznej cieczy lub w postaci zestawu topnikowego.