Hartlöten von Kupfer: Die Grundlagen, die Sie kennen sollten

I. Kupfer und Kupferlegierungen Kupfer und seine Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit häufig verwendet. Diese Legierungen lassen sich im Allgemeinen in vier Kategorien einteilen: Rotkupfer, Messing, Bronze und Weißkupfer. II. Materialeigenschaften von Kupfer und Kupferlegierungen 1. Rotkupfer Rotkupfer ist ein [...]

Inhaltsverzeichnis

I. Copper und Kupferlegierungen

Kupfer und seine Legierungen werden aufgrund ihrer hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit häufig verwendet. Diese Legierungen lassen sich im Allgemeinen in vier Kategorien einteilen: Rotkupfer, Messing, Bronze und Weißkupfer.

II. Werkstoffeigenschaften von Kupfer und Kupferlegierungen

1. Rotes Kupfer

Rotes Kupfer ist eine reine Form von Kupfer mit einem Kupfergehalt von mindestens 99,5%.

Aufgrund seines Sauerstoffgehalts kann es in reines Kupfer und sauerstofffreies Kupfer unterteilt werden.

Cu2O und CuO-Oxide können sich auf der Oberfläche von Rotkupfer bilden.

Bei Raumtemperatur ist die Kupferoberfläche mit Cu2O.

Bei hohen Temperaturen setzt sich die Oxidschicht aus zwei Schichten zusammen: die äußere Schicht ist CuO und die innere Schicht ist Cu2O.

Es ist wichtig zu beachten, dass reines Kupfer nicht in einer wasserstoffhaltigen reduzierenden Atmosphäre gelötet werden kann.

2. Messing

Messing ist eine Kupfer-Zink-Legierung, die im Vergleich zu Rotkupfer eine höhere Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit aufweist, aber dennoch zäh und hoch korrosionsbeständig ist.

Metallographisches Diagramm von Messing

3. Sondermessing

(1) Zinn-Messing:

Zinnmessing enthält etwa 1% Zinn (Sn), und das Vorhandensein von Zinn verändert die Zusammensetzung der Oberflächenoxide nicht.

Die Lötbarkeit von Zinnmessing ist mit der von Messing vergleichbar, so dass es leicht zu löten ist.

(2) Blei-Messing:

Bleimessing enthält Blei, das beim Erhitzen eine klebrige Schlacke bildet, die die Benetzungswirkung und die Fließfähigkeit des Lots beeinträchtigt.

Es ist wichtig, das richtige Flussmittel zu wählen, um eine gute Fließfähigkeit zu gewährleisten.

(3) Mangan-Messing:

Die Oberfläche von Manganmessing besteht aus Zinkoxid und Manganoxid.

Manganoxid ist relativ stabil und lässt sich nur schwer entfernen, so dass ein aktives Mittel verwendet werden muss. Hartlöten Flussmittel, um die Benetzbarkeit des Hartlotes zu gewährleisten.

4. Bronze

Es gibt verschiedene Arten von Bronzemit unterschiedlichen Legierungselementen, was sich auf ihre Lötbarkeit auswirkt.

Wenn das hinzugefügte Legierungselement Zinn oder eine geringe Menge Chrom oder Kadmium ist, hat es nur minimale Auswirkungen auf die Lötbarkeit und ist im Allgemeinen leichter zu löten.

Handelt es sich bei dem hinzugefügten Element jedoch um Aluminium, insbesondere wenn der Aluminiumgehalt hoch ist (bis zu 10%), lässt sich das Aluminiumoxid auf der Oberfläche nur schwer entfernen, was zu einer Verschlechterung der Lötbarkeit führt.

In solchen Fällen muss ein spezielles Flussmittel zum Löten verwendet werden.

Wenn zum Beispiel Silizium hinzugefügt wird, um Siliziumbronze zu bilden, wird es sehr empfindlich für Heißsprödigkeit und Spannungsrisse, wenn es geschmolzenem Lot ausgesetzt wird.

Ein weiteres Beispiel ist Beryllium, das als Legierungselement hinzugefügt wird.

Obwohl sich ein relativ stabiles BeO-Oxid bildet, reicht ein herkömmliches Hartlötflussmittel aus, um die Oxidschicht zu entfernen.

5. Weißes Kupfer

Weißes Kupfer ist eine Legierung aus Kupfer und Nickel, die sich durch hervorragende, umfassende mechanische Eigenschaften auszeichnet.

Es enthält Nickel.

Bei der Auswahl der Schweißzusatzwerkstoffe ist es wichtig, phosphorhaltige Werkstoffe wie Kupfer-Phosphor-Zusatzwerkstoffe und Kupfer-Phosphor-Silber-Zusatzwerkstoffe zu vermeiden.

Weißkupfer ist sehr empfindlich gegenüber Heißrissen und Spannungsrissen, wenn es mit geschmolzenem Lot in Berührung kommt.

III. Typische Zusammensetzungen von Kupfer und Kupferlegierungen und Wärmebehandlung

NameCodeChemische Primärzusammensetzung (Massenprozent, %)Schmelztemperatur/℃Wärmebehandlung
ω(Cu)ω(Zn)ω(Sn)ω(Pb)ω(Mn)ω(Al)ω(Ni)Andere
Reines KupferT1≤99.95------20.021083Glühen: 450~520℃
T2≤99.90------20.061083Glühen: 500~630℃
Sauerstofffreies KupferTU1≤99.97------20.0031083Vakuum-Glühen: 500℃
TU2≤99.95------20.0031083
TUMn≤99.60---0.1~0.3--20.0031083
MessingH9695~97Rem.------1056~1071Glühen: 600℃
H6867~70Rem.------910~939Glühen: 600℃
H6260.5~63.5Rem.------899~906Glühen: 600℃
Zinn-MessingHSn62-161~63Rem.0.7~1.1-----886~907Glühen: 600℃
Blei-MessingHPb59-157~60Rem.-0.8~1.9----886~901Glühen: 600℃
Mangan-MessingHMn58-257~60Rem.--1~2---866~881Glühen: 600℃
Zinn-BronzeQSn6,5-0,1Rem.-6~7----P: 0.1~0.25~996Glühen: 500~620℃
QSn4-3Rem.2.7~3.33.5~4.5-----~1046
Aluminium BronzeQAl9-2Rem.---1.5~2.58~10--~1061Glühen: 700~750℃;Quenching880℃,Tempering400℃
QAl10-4-4Rem.----9.5~11-Fe: 3,5~4,5-Glühen: 700~750℃;Quenching920℃,Tempering650℃
Beryllium-BronzeQBe2Rem.-----0.2~0.5Be: 1,9~2,2865~956Abschrecken: 800℃,Altern:300℃
QBe1.7Rem.-----0.2~0.4Be: 1,6~1,8-Abschrecken: 800℃,Altern: 300℃
Silizium-BronzeQSi3-1Rem.---1~1.5--Si: 2,75~3,5971~1026Glühen: 600~680℃
Chrom-BronzeQCr0,5Rem.------Cr: 0.5~1.01073~1080Abschrecken: 950~1000℃
Alterung: 400~460℃
Kadmium-BronzeQCd1Rem.------Cd: 0.9~1.21040~1076Glühen: 650℃
Zink Nickel SilberBZn15-20Rem.18~20----13.5~16.5-~1081Glühen: 700℃
Mangan Nickel SilberBMn40-1,5Rem.---1~2-39~40-1261Glühen: 1050~1150℃

IV. Löteigenschaften von Kupfer und Kupferlegierungen

Das Hartlöten von Kupfer und Kupferlegierungen hängt in erster Linie von den folgenden Faktoren ab:

  1. Die Stabilität der auf der Oberfläche gebildeten Oxide.
  2. Der Einfluss des Erwärmungsprozesses beim Löten auf die Materialeigenschaften.
  3. Die Empfindlichkeit des Materials gegenüber Spannungsrissen.

Reine Kupferoberflächen können zwei Oxide bilden, Cu2O und CuO. Bei Raumtemperatur ist eine Kupferoberfläche von Cu2O bedeckt, während sich die Oxidschicht bei hohen Temperaturen in zwei Schichten aufspaltet, wobei sich CuO auf der Außenseite und Cu2O auf der Innenseite befindet. Kupferoxide lassen sich leicht entfernen, daher lässt sich reines Kupfer gut löten.

Sauerstoffhaltiges Kupfer ist durch Pyrometallurgie raffiniertes Kupfer und elektrolytisch zähes Pechkupfer. Es enthält 0,02% bis 0,1% Sauerstoff nach Masse, der als Kupferoxid vorliegt und mit dem Kupfer eine eutektische Verbindung bildet. Diese eutektische Organisation ist in der Kupfermatrix in kugelförmiger Form verteilt.

Wird sauerstoffhaltiges Kupfer in einer wasserstoffhaltigen reduzierenden Atmosphäre gelötet, diffundiert der Wasserstoff schnell in das Metall und reduziert das Oxid, so dass Dampf entsteht. Dieser Dampf bildet Hohlräume innerhalb der Kupferkristalle und dehnt sich schnell aus, was zu Wasserstoffversprödung. In schweren Fällen kann das Kupfermaterial zerbrechen.

Wenn die Atmosphäre Kohlenmonoxid und Feuchtigkeit enthält, kann das Kohlenmonoxid den Dampf zu Wasserstoff reduzieren, der dann in das Metall diffundiert und zu Wasserstoffversprödung führt. Daher sollte sauerstoffhaltiges Kupfer nicht in Ammoniak zersetzenden, endothermen oder exothermen reduzierenden Atmosphären gelötet werden.

Langfristiges Erhitzen von sauerstoffhaltigem Kupfer über 920℃ führt dazu, dass sich Kupferoxid an den Korngrenzen ansammelt und die Festigkeit und Duktilität des Kupfers verringert. Daher sollte das Material während des Hartlötens nicht über längere Zeit Temperaturen über 920℃ ausgesetzt werden.

Kupfer kann nicht wärmebehandelt werden, um seine Festigkeit zu erhöhen, daher werden häufig Kaltverformungsmethoden eingesetzt, um seine Festigkeit zu erhöhen. Kaltverfestigtes Kupfer wird bei einer Erwärmung zwischen 230℃ und 815℃ weich. Der Grad der Erweichung hängt von der Temperatur und der Dauer des Erhitzens bei dieser Temperatur ab. Je höher die Erwärmungstemperatur beim Löten ist, desto weicher wird das kaltverfestigte Kupfer.

Sauerstofffreies Kupfer hat einen geringen Sauerstoffgehalt, und es gibt keine eutektischen Bestandteile von Kupfer und Kupferoxid im Kupfer. Seine elektrische Leitfähigkeit und Kaltverformbarkeit (z. B. beim Tiefziehen und Drückwalzen) sind besser als die von desoxidiertem Kupfer.

Sauerstofffreies Kupfer kann in einer wasserstoffhaltigen Schutzatmosphäre ohne Wasserstoffversprödung gelötet werden. Kaltverfestigtes sauerstofffreies Kupfer wird auch beim Erhitzen weich.

Gewöhnliches Messing kann in drei Kategorien eingeteilt werden: Niedrigmessing (Zinkmassenanteil unter 20%), Hochmessing (Zinkanteil über 20%) und legiertes Messing. Wenn der Massenanteil von Zink in Messing weniger als 15% beträgt, besteht das Oberflächenoxid hauptsächlich aus Cu2O, das kleine Partikel von ZnO enthält.

Wenn der Massenanteil von Zink mehr als 20% beträgt, besteht das Oxid hauptsächlich aus ZnO. Zinkoxid lässt sich auch leicht entfernen, so dass das Hartlöten von Messing sehr gut ist. Messing eignet sich nicht für das Löten unter Schutzgas, insbesondere nicht für das Vakuumlöten. Das liegt daran, dass Zink einen hohen Dampfdruck hat (bis zu 105Pa bei 907℃).

Beim Löten unter Schutzatmosphäre, insbesondere beim Vakuumlöten, verflüchtigt sich das im Messing enthaltene Zink, die Oberfläche färbt sich rot und beeinträchtigt sowohl die Löt- als auch die inhärenten Eigenschaften. Wenn unter Schutzatmosphäre oder im Vakuum gelötet werden muss, sollte die Oberfläche der Messingteile vorher mit einer Kupfer- oder Nickelschicht galvanisiert werden, um die Verflüchtigung des Zinks zu verhindern. Die Beschichtung kann jedoch die Festigkeit der Lötverbindung beeinträchtigen.

Zum Hartlöten von Messing wird ein Flussmittel benötigt.

Zinnmessing hat etwa 1% ω (Sn). Das Vorhandensein von Zinn hat keinen Einfluss auf die Zusammensetzung des Oberflächenoxids. Das Löten von Zinnmessing ist vergleichbar mit dem von Messing und lässt sich leicht löten.

Blei-Messing bildet beim Erhitzen einen klebrigen Rückstand, der die Benetzungswirkung und die Fließfähigkeit des Lötmaterials stört, so dass ein geeignetes Flussmittel gewählt werden muss, um die Benetzungswirkung des Lötmaterials zu gewährleisten. Wenn Messing aus Blei erhitzt wird, neigt es zu Spannungsrissen. Die Anfälligkeit für Heißrissbildung ist direkt proportional zum Bleigehalt.

Daher ist die Eigenspannung von Bleimessing sollte während des Lötens minimiert werden, z. B. durch Glühen vor dem Schweißen, um die durch die Verarbeitung der Komponenten verursachten Spannungen zu beseitigen. Die Erwärmungstemperatur sollte so gleichmäßig wie möglich sein, um thermische Spannungen zu reduzieren. Der Löteffekt ist schlecht, wenn ω (Pb) > 3%. Bei Bleimessing mit ω (Pb) > 5% wird das Hartlöten nicht empfohlen.

Die Oberfläche von Manganmessing besteht aus Zinkoxid und Manganoxid. Manganoxid ist relativ stabil und lässt sich nur schwer entfernen, so dass ein hochaktives Flussmittel verwendet werden sollte, um die Benetzbarkeit des Lötmaterials zu gewährleisten.

Zinnbronze QSn6,5-0,1 bildet auf seiner Oberfläche zwei Oxide: eine innere Schicht aus SnO2 und eine äußere Schicht aus Kupferoxid. Diese Oxide sind leicht zu entfernen, und die Legierung lässt sich gut löten und eignet sich für verschiedene Lötverfahren, einschließlich Schutzgaslöten und Vakuumlöten.

Zum Löten an der Luft können herkömmliche Flussmittel verwendet werden. Um Rissbildung zu vermeiden, sollten phosphorhaltige Zinnbronzeteile vor dem Hartlöten bei etwa 290-340℃ spannungsarmgeglüht werden.

Aluminiumbronze enthält eine beträchtliche Menge Aluminium (bis zu 10% nach Masse), das auf der Oberfläche eine Oxidschicht bildet, die hauptsächlich aus Aluminiumoxid besteht und schwer zu entfernen ist. Daher, Aluminium löten Bronze ist eine ziemliche Herausforderung. Aluminiumoxid kann nicht in einer Schutzatmosphäre reduziert und nicht durch Vakuumerwärmung entfernt werden, sondern erfordert ein spezielles Flussmittel.

Wenn Aluminiumbronzeteile in einer Anlage gelötet werden abgeschreckt und vergütet Zustand sollte die Löttemperatur die Anlasstemperatur nicht überschreiten. Zum Beispiel beträgt die Anlasstemperatur von QAl9-2 400℃.

Wenn die Löttemperatur 400℃ übersteigt, wird der Grundwerkstoff erweicht. Wenn bei hohen Temperaturen gelötet wird, sollte die Löttemperatur der Abschrecktemperatur (880℃) entsprechen, gefolgt vom Anlassen, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Grundmaterials zu erreichen. Dies muss bei der Auswahl eines Hartlötmaterials berücksichtigt werden.

Obwohl sich auf der Oberfläche von Berylliumbronze ein relativ stabiles BeO-Oxid bildet, genügen herkömmliche Flussmittel immer noch der Anforderung, die Oxidschicht zu entfernen. Berylliumbronze wird häufig in Situationen verwendet, in denen die Teile elastisch sein müssen.

Um eine Beeinträchtigung dieser Eigenschaft zu vermeiden, sollte die Löttemperatur entweder unter der Alterungstemperatur (300℃) liegen oder die Löttemperatur sollte der Abschrecktemperatur entsprechen, gefolgt von einer Alterungsbehandlung nach dem Löten.

Siliziumbronze, hauptsächlich die Legierung QSi3-1 mit etwa 3% ω (Si), bildet auf ihrer Oberfläche ein Oxid, das hauptsächlich aus Siliziumdioxid besteht. Für das Löten von Siliziumbronze sollte das gleiche Flussmittel wie für das Löten von Aluminiumbronze verwendet werden. Unter Spannung stehende Siliziumbronze ist äußerst empfindlich gegenüber thermischer Rissbildung und Spannungsrissen unter der Einwirkung des geschmolzenen Hartlotes.

Um Rissbildung zu vermeiden, sollte die Legierung vor dem Hartlöten bei einer Temperatur zwischen 300-350 °C spannungsarmgeglüht werden. Es sollte ein Lötmaterial mit niedrigerem Schmelzpunkt gewählt werden, und während des Lötens sollte ein Lötverfahren verwendet werden, das eine gleichmäßige Erwärmung gewährleistet.

Chrombronze und Kadmiumbronze enthalten geringe Mengen an Chrom oder Kadmium, die den Lötprozess nicht wesentlich beeinflussen. Beim Hartlöten von Chrombronze sollte die Wärmebehandlung des Grundmaterials berücksichtigt werden.

Das Löten sollte entweder unterhalb der Alterungstemperatur (460℃) erfolgen oder die Löttemperatur sollte der Abschrecktemperatur entsprechen (950-1000℃).

Neusilber und Mangansilber. Neusilber enthält Nickel, und phosphorhaltige Hartlote wie Kupfer-Phosphor-Hartlote und Kupfer-Phosphor-Silber-Hartlote sollten bei der Auswahl eines Hartlots vermieden werden, da phosphorhaltige Hartlote nach dem Hartlöten leicht sprödes Nickelphosphid an der Grenzfläche bilden können, was die Festigkeit und Zähigkeit der Verbindung verringert.

Neusilber ist äußerst empfindlich gegenüber Heißrissen und Spannungsrissen unter der Einwirkung des geschmolzenen Hartlots. Daher sollten die Teile vor dem Löten von inneren Spannungen befreit werden, und es sollte ein Lötmaterial mit niedrigerem Schmelzpunkt gewählt werden.

Die Teile sollten gleichmäßig erwärmt werden, und es sollte eine freie Ausdehnung und Kontraktion der Teile während des Erwärmens und Abkühlens möglich sein, um die Wärmespannung beim Löten zu verringern.

Hartlötbarkeit von gewöhnlichem Kupfer und Kupferlegierungen

LegierungHartlötbarkeit
Kupfer T1Ausgezeichnet
Sauerstofffreies Kupfer TU1Ausgezeichnet
MessingH96Ausgezeichnet
H68Ausgezeichnet
H62Ausgezeichnet
Zinn-BronzeHSn62-1Ausgezeichnet
Mangan-MessingHMn58-2Gut
Zinn-BronzeQSn58-2Ausgezeichnet
QSn4-3Ausgezeichnet
Blei-MessingHPb59-1Gut
AluminiumbronzeQAl9-2Schlecht
QAl10-4-4Schlecht
BerylliumbronzeQBe2Gut
QBe1.7Gut
SiliziumbronzeQSi3-1Gut
ChrombronzeQCr0,5Gut
KadmiumbronzeQCd11Ausgezeichnet
Zink-Kupfer-Nickel-LegierungBZn15-20Gut
Mn-Kupfer-Nickel-LegierungBMn40-1,5Schwierig

V. Hartlötkolben

1. Hartlötmittel auf Silberbasis

Lötmittel auf Silberbasis werden aufgrund ihres moderaten Schmelzpunkts, ihrer guten Verarbeitbarkeit, ihrer Festigkeit und Zähigkeit, ihrer Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig verwendet.

Die wichtigsten Legierungselemente von Loten auf Silberbasis sind Kupfer, Zink, Cadmium und Zinn. Kupfer ist das wichtigste Legierungselement, da es die Schmelztemperatur von Silber verringert, ohne eine spröde Phase zu bilden.

Durch den Zusatz von Zink wird die Schmelztemperatur weiter gesenkt.

Durch den Zusatz von Zinn kann die Schmelztemperatur von Silber-Kupfer-Zinn-Legierungen zwar erheblich gesenkt werden, doch führt diese niedrige Schmelztemperatur zu extremer Sprödigkeit und mangelndem praktischen Nutzen.

Um Sprödigkeit zu vermeiden, ist der Zinngehalt in Silber-Kupfer-Zinn-Lot normalerweise nicht höher als 10%.

Um die Schmelztemperatur von Silberlot weiter zu senken, kann der Silber-Kupfer-Zink-Legierung Cadmium zugesetzt werden.

Chemische Zusammensetzung und Haupteigenschaften von Hartlötmitteln auf Silberbasis

HartlötkolbenChemische Zusammensetzung (Gewicht %)Schmelztemperatur/℃Zugfestigkeit/MPaElektrischer Widerstand/μΩ-mLöttemperatur/℃

AgCuZnCdSnandere
BAg72Cu.72±1Rem.779~7793750.022780~900
BAg50Cu.50±1.1Rem.779~850
BAg70Cu.70±126±1Rem.730~7553530.042
BAg65Cu.65±120±1.1Rem.685~7203840.086
BAg60Cu60 ±1Rem.10±0.5602~718 720~840
BAg50Cu50±1.134±1.1Rem.10±0.5677~7753430.076775~870
BAg45Cu45±130+1Rem.677~7433860.097745~845
BAg25CuZn.25±1.40±1Rem.745~7753530.069800~890
BAg10CuZn10±153±1.1Rem.815~8504510.065850~950
BAg50CuZnCd50±115.5±116.5±2627~6354190.072635~760
BAg45CuZnCd45±1.15±116±2.607~618620~760
BAg40CuZnCdNi40±116±0.517.8±0.5Ni0,2±0,1595~6053920.069605~705
BAg34CuZnCd35±126±121±2 607~7024110.069700~845
BAg50CuZnCdNi50±1.115.5±115.5±2Ni3±0,5632~6884310.105690~815
BAg56CuZnSn56±122±117±250.550.5618~652650~760
BAg34CuZnSn34±136±1.127+230.530.5630~730730~820
BAg50CuZnSnNi50±121.5±127±1.110.310.3Ni0,30~0,65。650~670670~770
BAg40CuZnSnNi40±125±130.5±130.330.3Ni1,30~1,65630~640.640~740

2. Kupfer-Phosphor-Lot

Kupfer-Phosphor-Hartlot wird aufgrund seiner günstigen technologischen Leistung und Kosteneffizienz häufig zum Löten von Kupfer und Kupferlegierungen verwendet.

Phosphor erfüllt in Kupfer zwei Funktionen:

Erstens senkt es den Schmelzpunkt von Kupfer erheblich.

Zweitens wirkt es als selbstlötendes Flussmittel beim Löten an der Luft.

Um die Schmelztemperatur der Cu-P-Legierung weiter zu senken und ihre Zähigkeit zu verbessern, kann auch Silber hinzugefügt werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass Kupfer-Phosphor- und Kupfer-Rattan-Silber-Lote nur zum Löten von Kupfer und Kupferlegierungen verwendet werden können und nicht zum Löten von Stahl, Nickellegierungen oder Kupfer-Nickel-Legierungen mit einem Nickelgehalt von mehr als 10%.

Diese Art von Lot kann bei langsamer Erwärmung zu Entmischung führen, daher ist es am besten, ein schnelles Erwärmungslötverfahren anzuwenden.

Chemische Zusammensetzung und Eigenschaften von Kupfer-Phosphor-Lot

ZusatzwerkstoffChemische Zusammensetzung (Massenanteil) (%)SchmelztemperaturZugfestigkeit MPaWiderstandswert/μΩ-m
CuPAgSnandere
Bcu95P.Rem.5±0.3 710~924
Bcu93PRem.6.8~7.5 710~800470.40.28
Bcu92PSbRem.6.3±0.4Sb1,5~2,0690~800303.80.47
Bcu91AgRem.7±0.22±0.2645~810
Bcu89AgRem.5.8~6.75±0.2650~800519.40.23
Bcu80PagRem.4.8~5.315±0.5640~815499.80.12
HLAgCu70-5Rem.5±0.525±0.5650~710
HLCuP6-3Rem.5.7±0.33.5±0.5640~6800.35
Cu86SnPRem.5.3±0.57.5±0.50.8±0.4620~660
Bcu80PSnAgRem.5.3±0.55±0.510±0.5560~650
Cu77NiSnP.77.67.09.7Ni5.7591~643

3. Weichlot - Lot auf Zinnbasis

Beim Hartlöten von Kupfer mit Lötmitteln auf Sn-Basis kommt es häufig zur Bildung der intermetallischen Verbindung Cu6Sn5 an der Grenzfläche zwischen dem Lot und dem Grundmetall. Daher ist es wichtig, die Löttemperatur und die Haltezeit sorgfältig zu beachten.

Bei Verwendung eines Lötkolbens ist die Verbindungsschicht in der Regel dünn und hat nur minimale Auswirkungen auf die Leistung der Verbindung.

Messingverbindungen, die mit einem Zinn-Blei-Lot gelötet werden, sind fester als Kupferverbindungen, die mit demselben Lot gelötet werden. Dies liegt daran, dass sich Messing in dem flüssigen Lot langsamer auflöst, wodurch sich weniger spröde intermetallische Verbindungen bilden.

HartlötkolbenChemische ZusammensetzungTemperatur der FusionZugfestigkeitDehnung
SnAgSbCu
HL60696.04.022153.0
Sn95Sb95.05.023339.243
Sn92AgCuSb92.05.01.02.025049.02.3
Sn85AgSb84.58.07.527080.48.8
HartlötkolbenChemische ZusammensetzungTemperatur der Fusion
97.03.0Sn
HLAgPb9797.51.5304-305
HLAgPb97.5-1.0922.51.0310-310
HLAgPb92-5.583.51.55.5287-296
HLAgPb83,5-15-1,597.03.015.0265-270

4. Weichlot - Lot auf Cadmiumbasis

Chemische Zusammensetzung und Eigenschaften von Lot auf Cadmiumbasis

ZusatzwerkstoffChemische Zusammensetzung (Massenanteil) (%)Schmelztemperatur/Zugfestigkeit/MPa
CdAgZn
HL503955 338~393112.8
HLAgCd96-19631300~325110.8
Cd79ZnAg79516270~285200
HL5089253320~360

5. Weichlot - bleifreies Lot

Bleifreies Lot zum Löten von Kupferrohren

MarkeZusammensetzung (Massenanteil)Festphasenlinie/℃Liquidus/℃
E95Sn-4,5Cu-0,5Ag226360
HA94.5Sn-3Sb-1.5Zn-0.5Ag-0.5Cu215228
HB91.225Sn-5Sb-3.5Cu-0.275Ag238360
AC96.25n-3.25Bi-0.2Cu-0.35Ag206234
OA95.9Sn-3Cu-1Bi-0.1Ag215238
AM95,45n-3Cu-1Sb-0,6Ag221231

Festigkeit von Kupfer- und Messingverbindungen, gelötet mit einem Teil Weichlot

Lötmittel MarkeScherfestigkeit/MPaZugfestigkeit/MPa
KupferMessingKupferMessing
S-Pb80Sn18Sb220.636.388.295.1
S-Pb68Sn30Sb226.5274089.286.2
S-Pb58Sn40Sb236.345.176.478.40
S-Sn90Pb1045.144.163.768.6
S-P697Ag329.449.0
S-Cd96Ag3Zn173.557.8-
S-Sn95Sb537.2 -
S-sn85Ag8Sb782.3
S-Sn92AgSCu2Sb135.3
S-Sn96Ag4P35.339.2~49.05.339.2~49.0

VI. Hartlötflussmittel

Die üblicherweise verwendeten Hartlötflussmittel bestehen aus einer Matrix aus Borax, Borsäure oder einer Mischung aus beiden und werden mit Fluoriden oder Fluoroboraten von Alkali- oder Erdalkalimetallen ergänzt, um eine angemessene Aktivierungstemperatur zu erreichen und die Fähigkeit zur Oxidentfernung zu verbessern.

Beim Erhitzen zerfällt Borsäure (H3BO3) zu Borsäureanhydrid (B2O3).

Die Reaktionsformel lautet wie folgt:

2H3BO3→B2O3+3H2O

Der Schmelzpunkt von Borsäureanhydrid liegt bei 580 °C.

Es kann mit Kupfer-, Zink-, Nickel- und Eisenoxiden reagieren und ein lösliches Borat bilden, das als Schlacke auf der Lötstelle schwimmt. Dadurch wird nicht nur die Oxidschicht entfernt, sondern auch der mechanische Schutz gewährleistet.

MeO+B2O3→MeO-B2O3

Borax Na2B4O7 schmilzt bei 741 ℃:

Na2B4O7→B2O3+2NaBO2

Borsäureanhydrid und Metalloxide reagieren und bilden lösliche Borate. Natriummetaborat und Borate verbinden sich zu Verbindungen mit einer niedrigeren Schmelztemperatur, so dass sie leicht an die Oberfläche von Lötstellen aufsteigen können.

MeO+2NaBO2+B2O3>(NaBO22Ich(BO22

Die Kombination aus Borax und Borsäure ist ein häufig verwendetes Flussmittel. Der Zusatz von Borsäure kann die Oberflächenspannung des Borax-Flussmittels senken und seine Ausbreitung verbessern. Borsäure verbessert auch die Fähigkeit der Flussmittelrückstände, sich sauber von der Oberfläche zu lösen. Bei der Verwendung von Borsäure-Borax-Flussmittel mit Silberfüllstoff bleibt die Schmelztemperatur jedoch zu hoch und die Viskosität ist immer noch zu hoch.

Um die Schmelztemperatur weiter zu senken, kann Kaliumfluorid zugesetzt werden. Die Hauptaufgabe von Kaliumfluorid besteht darin, die Viskosität des Flussmittels zu senken und seine Fähigkeit, Oxide zu entfernen, zu verbessern. Um die Schmelztemperatur weiter zu senken und die Aktivität zu erhöhen, kann KBF4 hinzugefügt werden können.

Der Schmelzpunkt von KBF4 ist 540 ℃, und die Schmelzzersetzung ist:

KBF4→KF+BF3

MarkeZusammensetzung (Massenanteil) (%)Aktionstemperatur ℃Zweck
FB101Borsäure 30, Kaliumfluoroborat 70550~850℃Silbernes Lötflussmittel
FB102Wasserfreies Kaliumfluorid 42, Kaliumfluoroborat 25, Borsäureanhydrid 35600~850℃Das am häufigsten verwendete Silberlötflussmittel
FB103Kaliumfluoborat>95, Kaliumcarbonat<5550~750℃Für Silber-Kupfer-Zink-Cadmium-Lot
FB104Borax 50, Borsäure 35, Kaliumfluorid 15650~850℃Hartlöten mit Silberbasislot im Ofen

VII. Weichlötflussmittel

1. Ätzendes Flussmittel

NummerKomponenteZweck
1ZnCl21130g,NH4Cl110g,H2O4LHartlöten von Kupfer und Kupferlegierungen, Stahl
2ZnCl21020g,NaCI280g,NH4CI,HCI30g,H2O4LSchweißen von Kupfer und Kupferlegierungen, Stahl
3ZnCl2600g,NaCl170gAbdeckmittel für Tauchlötungen
4ZnCl2710g, NH4Cl100g, Vaseline 1840g, H2O 180gHartlöten von Kupfer und Kupferlegierungen, Stahl
5ZnCl21360g,NH4Cl140g,HC185g,H2O4LHartlöten von Siliziumbronze, Aluminiumbronze, rostfreiem Stahl
6H3P04960g,H20455gGelötete Manganbronze, Edelstahl
QJ205ZnCl250g,NH4Cl15,CdCl230,NaF6Hartlöten von Kupfer und Kupferlegierungen mit cadmiumhaltigen Zusatzwerkstoffen

2. Schwach korrosives Flussmittel

NummerKomponenteZweck
1Glutaminsäurehydrochlorid 540g, Harnstoff 310g, Wasser 4LKupfer, Messing, Bronze
2Hydrazinmonobromid 280 g, Wasser 2550 g, nichtionisches Netzmittel 1,5 gKupfer, Messing, Bronze
3Milchsäure (85%) 260g, Wasser 1190g, Netzmittel 3gZerknitterte Bronze

3. Nicht-korrosives Flussmittel

Der Hauptbestandteil des nichtkorrosiven Flussmittels ist Kolophonium.

Es gibt drei gebräuchliche Kolophonium-Flussmittel:

  • Inaktiviertes Kolophonium;
  • Schwach aktiviertes Kolophonium;
  • Aktives Kolophonium.

VIII. Vorbereitung der Oberfläche

  • Die Entfettung mit Lösungsmitteln oder alkalischer Lösung ist für Kupfer und Kupferlegierungen geeignet.
  • Mechanische Methoden, Drahtbürsten und Sandstrahlen können zur Entfernung von Oxyden eingesetzt werden.
  • Silizium-Messing;
  • Chrombronze und Kupfer-Nickel-Legierung;
  • Aluminiumbronze Berylliumbronze;
  • Kupfer, Messing, Zinnbronze.

IX. Lötprozess

Kupfer und seine Legierungen können mit verschiedenen Verfahren gelötet werden, z. B. Eisenhartlöten, Tauchlöten, Flammlöten, Induktionslöten, Widerstandslöten, Ofenlöten, Kontaktreaktionslöten und anderen. Beim Hochfrequenzlöten ist jedoch aufgrund des geringen Widerstands von Kupfer ein hoher Heizstrom erforderlich.

X. Löttechnik für Kupfer und Kupferlegierungen

1. Kupfer

Beim Hartlöten von Kupfer ist die Abstimmung von Lot und Flussmittel wie folgt:

Beim Löten von sauberen Oberflächen, insbesondere mit Blei- und Silberzinnlot, kann Kolophonium-Flussmittel verwendet werden. Für andere Oberflächen kann aktives Kolophonium, schwach korrosives Flussmittel oder korrosives Flussmittel verwendet werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass reines Kupfer nicht in einer reduzierenden Atmosphäre gelötet werden sollte, außer bei sauerstofffreiem Kupfer, um Wasserstoffversprödung zu vermeiden.

2. Messing

Für das Löten von Messing werden im Allgemeinen ähnliche Lot- und Flussmittel wie für das Löten von Kupfer verwendet. Es ist jedoch zu beachten, dass Messing aufgrund des Vorhandenseins von Zinkoxid auf der Oberfläche nicht mit inaktivem Kolophonium gelötet werden kann. Außerdem muss beim Löten mit Kupferphosphor- und Silberlot das Flussmittel FB102 verwendet werden.

3. Mangan-Messing

Für das Löten von Zinn-Blei sollte ein Flussmittel mit Phosphorsäurelösung verwendet werden. Beim Löten auf Bleibasis muss ein Flussmittel mit Zinkoxidlösung verwendet werden. Für das Hartlöten auf Cadmiumbasis wird das Flussmittel Q205 verwendet. BAg45CuCdNi und BAg45CuCd Lote sollten mit FB102 oder FB103 Flussmittel gelötet werden. Andere Lote auf Silberbasis sowie Kupfer-Phosphor- und Kupfer-Phosphor-Silber-Lote sollten mit Flussmittel FB102 gelötet werden. Es wird empfohlen, mit dem Flussmittel FB104 in einer Schutzatmosphäre in einem Ofen zu löten.

4. Beryllium-Bronze

Beim Hartlöten von Berylliumbronze im Zustand der Weichlötabschreckung ist es wichtig, ein Lot mit einer Schmelztemperatur von unter 300°C zu wählen. Die bevorzugte Kombination für diese Anwendung ist 63Sn-37Pb in Verbindung mit einem schwach korrosiven Flussmittel oder einem korrosiven Flussmittel.

Außerdem sollten das Löten und die Lösungsbehandlung gleichzeitig während des Prozesses durchgeführt werden. Lötprozess.

5. Chrombronze

Weichlöten hat nur minimale Auswirkungen auf den Leistungsindex von Berylliumbronze, daher können Weichlote und Flussmittel, die denen für Berylliumbronze ähneln, zum Löten verwendet werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass Chrombronze nicht im Zustand der Lösungsglühung gelötet werden sollte, sondern im Zustand der Lösungsglühung mit anschließender Alterung.

Bei der Verwendung einer Schnellerhitzungsmethode zum Hartlöten wird empfohlen, das Silberlot mit der niedrigsten Schmelztemperatur zu verwenden, z. B. BAgA0 CuZnCdNi.

6. Kadmiumbronze und Zinnbronze

Das Hartlöten von Zinnbronze ähnelt dem Hartlöten von Kupfer und Messing, hat aber den zusätzlichen Vorteil, dass beim Hartlöten in einer Schutzatmosphäre Wasserstoffversprödung und Zinkverflüchtigung vermieden werden.

Es ist jedoch zu beachten, dass phosphorhaltige Zinnbronze zur Spannungsrissbildung neigt.

7. Silizium-Bronze

Für das Weichlöten wird die Verwendung eines stark ätzenden, salzsäurehaltigen Flussmittels empfohlen.

Beim Hartlöten besteht eine Tendenz zur Spannungsrissbildung und interkristallinen Durchdringung des Lotwerkstoffs. Die Löttemperatur sollte unter 760°C liegen.

Es können Silberlote mit niedrigeren Schmelztemperaturen, wie BAg65CuZn, BAg50 CuZnCd, BAg40 CuZnCdNi und BAg56 CuZnSn, verwendet werden. Je niedriger die Schmelztemperatur, desto besser.

Für optimale Ergebnisse wird die Verwendung der Flussmittel FB102 und FB103 empfohlen.

8. Aluminium-Bronze

Beim Weichlöten ist es wichtig, ein stark ätzendes, salzsäurehaltiges Flussmittel zu verwenden, um die Oxidschicht auf der Oberfläche zu entfernen. Das üblicherweise verwendete Lot für dieses Verfahren ist Zinn-Blei-Lot.

Zum Hartlöten wird in der Regel Silberlot verwendet. Um zu verhindern, dass Aluminium in das Silberlot diffundiert, sollte die Erhitzungszeit des Lotes so kurz wie möglich gehalten werden. Das Beschichten der Oberfläche von Aluminiumbronze mit Kupfer oder Nickel kann ebenfalls die Diffusion von Aluminium in das Lot verhindern.

9. Zink weiß Kupfer

Das Lötverfahren für Zinkweißkupfer ist ähnlich wie das für Messing. Die folgenden Silberlote werden üblicherweise zum Löten verwendet: BAg56CuZnSn, BAg50CuZnSnNi, BAg40CuZnNi und BAg56CuZnCd, neben anderen. Die empfohlenen Flussmittel für die Verwendung sind FB102 und FB103.

10. Mangan weißes Kupfer

Zum Löten von Zinkweißkupfer kann ein phosphorsäurehaltiges Flussmittel verwendet oder die Oberfläche mit Kupfer vorbeschichtet werden.

Zu den Hartloten, die verwendet werden können, gehören unter anderem BAg60CuZn, BAg45CuZn, BAg40CuZnCdNi und BAg50 CuZnCd.

Es wird nicht empfohlen, Kupfer-Phosphor-Silberlot zu verwenden, da Phosphor und Nickel eine spröde Verbindungsphase bilden.

Verbindungsfestigkeit von mit Silberlot gelötetem Kupfer und Messing

ZusatzwerkstoffScherfestigkeit/MPaZugfestigkeit/MPa
KupferMessingKupferMessing
BAg45CuZn177215181325
BAg50CuZn171208174.334
BAg65CuZn171208177334
BAg70CuZn166199185321
BAg40CuZnCdNi167194179339
BAg50CuZnCd167226210375
BAg35CuZnCd164190167328
BAg40CuZnSnNi98245176295
BAg50CuZnSn220240

Mechanische Eigenschaften von Kupferverbindungen, die mit Kupfer-Phosphor- und Kupfer-Phosphor-Silber-Loten gelötet wurden

ZusatzwerkstoffZugfestigkeit
/MPa
Scherfestigkeit
/MPa
Biegewinkel
(°)
Schlagzähigkeit
/J - cm-2
BCu93P186132256
BCu92PSb233138907
BCu80PAg25515412023
BCu89PAg24214012021

XI. Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Bei aushärtbaren Kupferlegierungen wie Berylliumbronze, die einer Wärmebehandlung unterzogen wurden, müssen nach dem Löten nur die Flussmittelreste entfernt und die Werkstückoberfläche gereinigt werden.

Der Hauptgrund für die Entfernung der Rückstände ist die Vermeidung von Korrosion am Werkstück und in einigen Fällen die Erzielung eines guten Aussehens oder die Vorbereitung des Werkstücks für die weitere Bearbeitung.

XII. Hartlötende Materialien

Die Verbindungsfestigkeit von Weichlötverbindungen aus Kupfer und Messing unter Verwendung verschiedener üblicherweise verwendeter Weichlötmaterialien ist in Tabelle 10 dargestellt.

Tabelle 10: Verbindungsfestigkeit von Weichlötverbindungen aus Kupfer und Messing

Qualität des LötmaterialsScherfestigkeit
/MPa
Zugfestigkeit
/MPa
KupferMessingKupferMessing
S-Pb80Sn18Sb220.636.388.295.1
S- Pb68Sn30Sb226.527.489.286.2
S-Pb58Sn405b236.345.176.478.4
S-Pb97Ag333.334.350.058.8
S-Sn90Pb1045.144.163.768.6
S-Sn95Sb537.2
S-Sn92Ag5Cu2Sb135.3
S-Sn85Ag85B742.3
S-Cd96Ag3Znl57.873.8
S-Cd95Ag544.146.087.288.2
S-Cd92Ag5Zn348.054.990.196.0

Wenn Hartlöten von Kupfer Bei Zinn-Blei-Lot können nicht-korrosive Flussmittel wie Kolophonium-Alkohol-Lösung oder eine Mischung aus aktiviertem Kolophonium und ZnCl2 + NH4Cl-Wasserlösung verwendet werden. Letzteres kann auch verwendet werden für Hartlöten Messing, Bronze und Berylliumbronze.

Beim Löten von Aluminiummessing, Aluminiumbronze und Siliziummessing kann ein Flussmittel aus Zinkchlorid in Salzsäurelösung verwendet werden. Zum Löten von Manganbronze kann eine Phosphorsäurelösung als Flussmittel verwendet werden.

Bei der Verwendung von Lötmitteln auf Bleibasis kann eine wässrige Zinkchloridlösung als Flussmittel verwendet werden, und bei Lötmitteln auf Cadmiumbasis kann das Flussmittel FS205 verwendet werden.

Hartlötmaterialien und Flussmittel für das Hartlöten

Beim Hartlöten von Kupfer können Silberlot und Kupfer-Phosphor-Lot verwendet werden. Silberbasislot hat einen moderaten Schmelzpunkt, eine gute Verarbeitbarkeit und hervorragende mechanische, elektrische und thermische Leitfähigkeitseigenschaften. Es ist das am weitesten verbreitete Hartlötmaterial.

Für Anwendungen, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit erfordern, sollte ein silberhaltiges Lot wie B-Ag70CuZn gewählt werden. Für das Vakuumlöten oder das Löten in einem Schutzgasofen sollten silberhaltige Lote ohne flüchtige Elemente, wie B-Ag50Cu und B-Ag60CuSn, verwendet werden.

Lote mit geringerem Silbergehalt sind billiger, haben aber höhere Löttemperaturen und eine geringere Verbindungszähigkeit, wodurch sie sich für Lötanwendungen mit geringeren Anforderungen an Kupfer und Kupferlegierungen eignen.

Kupfer-Phosphor- und Kupfer-Phosphor-Silber-Lote können nur zum Hartlöten von Kupfer und seinen Legierungen verwendet werden. B-Cu93P-Lot hat eine ausgezeichnete Fließfähigkeit und eignet sich zum Löten von Teilen in der Maschinenbau-, Elektro-, Messgeräte- und Fertigungsindustrie, die keinen Stoßbelastungen ausgesetzt sind.

Die ideale Spaltgröße beträgt 0,003-0,005 mm. Kupfer-Phosphor-Silber-Lote (wie B-Cu70Pag) haben eine bessere Zähigkeit und elektrische Leitfähigkeit als Kupfer-Phosphor-Lote und werden hauptsächlich für elektrische Verbindungen mit hoher Leitfähigkeit verwendet. Die Leistungsfähigkeit verschiedener üblicherweise verwendeter Hartlötmaterialien für das Hartlöten von Kupfer- und Messingverbindungen ist in Tabelle 11 dargestellt.

Tabelle 11: Leistung von hartgelöteten Verbindungen aus Kupfer und Messing

Qualität des LötmaterialsScherfestigkeit
/MPa
Zugfestigkeit
/MPa
Biegewinkel
/(°)
Aufprallabsorptionsenergie
/J
KupferMessingKupferMessingKupferKupfer
H62165-176-120353
B-Cu60ZnSn-R167-181-120360
B-Cu54Zn162-172-90240
B-Zn52Cu154-167-60211
B-Zn64Cu132-147-30172
B-Cu93P132-162176-58
B-Cu92PSb138-16019625-
B-Cu93Pag159219225292--
B-Cu80Pag162220225343120205
B-Cu90P6Sn4152205202255120182
B-Ag70CuZn16719918532190-
B-Ag65CuZn172211177334--
B-Ag55CuZn172208174328--
B-Ag45CuZn177216181325--
 B-Ag25CuZn167184174316--
B-Ag10CuZn158161167314--
B-Ag72Cu165-177---
B-Ag50CuZnCd177226210375--
B-Ag40CuZnCd168194179339--
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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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