Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen

1. Lötbarkeit

Die Hartlöteigenschaften von Aluminium und Aluminiumlegierungen sind schlecht, hauptsächlich weil der Oxidfilm auf der Oberfläche schwer zu entfernen ist.Aluminium hat eine große Affinität zu Sauerstoff.Es ist einfach, einen dichten, stabilen Al2O3-Oxidfilm mit hohem Schmelzpunkt auf der Oberfläche zu bilden.Gleichzeitig bilden auch magnesiumhaltige Aluminiumlegierungen einen sehr stabilen Oxidfilm MgO.Sie werden die Benetzung und Ausbreitung von Lot ernsthaft behindern.Und schwer zu entfernen.Beim Löten kann der Lötprozess nur mit geeignetem Flussmittel durchgeführt werden.

Zweitens ist das Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen schwierig.Der Schmelzpunkt von Aluminium und Aluminiumlegierungen unterscheidet sich nicht wesentlich von dem des verwendeten Hartlots.Der optionale Temperaturbereich für das Löten ist sehr eng.Eine geringfügig unsachgemäße Temperaturregelung kann leicht zu einer Überhitzung oder sogar zum Schmelzen des Grundmetalls führen, was den Lötprozess erschwert.Einige durch Wärmebehandlung verstärkte Aluminiumlegierungen verursachen auch Erweichungsphänomene wie Überalterung oder Glühen aufgrund von Löterwärmung, wodurch die Eigenschaften von Lötverbindungen beeinträchtigt werden.Während des Flammlötens ist es schwierig, die Temperatur zu beurteilen, da sich die Farbe der Aluminiumlegierung während des Erhitzens nicht ändert, was auch die Anforderungen an das Arbeitsniveau des Bedieners erhöht.

Darüber hinaus wird die Korrosionsbeständigkeit von gelöteten Verbindungen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen leicht durch Füllmetalle und Flussmittel beeinträchtigt.Das Elektrodenpotential von Aluminium und Aluminiumlegierungen unterscheidet sich stark von dem von Lot, was die Korrosionsbeständigkeit der Verbindung, insbesondere der Weichlötverbindung, verringert.Außerdem weisen die meisten Flussmittel, die beim Hartlöten von Aluminium und Aluminiumlegierungen verwendet werden, eine starke Korrosivität auf.Auch wenn sie nach dem Löten gereinigt werden, wird der Einfluss von Flussmitteln auf die Korrosionsbeständigkeit von Verbindungen nicht vollständig eliminiert.

2. Lötmaterial

(1) Das Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen ist ein selten verwendetes Verfahren, da die Zusammensetzung und das Elektrodenpotential des Lötfüllmetalls und des Grundmetalls sehr unterschiedlich sind, was leicht zu einer elektrochemischen Korrosion der Verbindung führen kann.Das Weichlöten verwendet hauptsächlich Lötzinn auf Zinkbasis und Zinn-Blei-Lötmittel, die je nach in Niedertemperaturlot (150 ~ 260 ℃), Mitteltemperaturlot (260 ~ 370 ℃) und Hochtemperaturlot (370 ~ 430 ℃) unterteilt werden können Temperaturbereich.Wenn Zinn-Blei-Lötmittel verwendet wird und Kupfer oder Nickel auf der Aluminiumoberfläche zum Hartlöten vorplattiert wird, kann eine Korrosion an der Verbindungsgrenzfläche verhindert werden, um die Korrosionsbeständigkeit der Verbindung zu verbessern.

Das Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen ist weit verbreitet, z. B. bei Filterführungen, Verdampfern, Kühlern und anderen Komponenten.Zum Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen können nur Lote auf Aluminiumbasis verwendet werden, unter denen Aluminium-Silizium-Lotmetalle am häufigsten verwendet werden.Der spezifische Anwendungsbereich und die Scherfestigkeit von Lötverbindungen sind in Tabelle 8 bzw. Tabelle 9 dargestellt.Der Schmelzpunkt dieses Lötmittels liegt jedoch nahe dem des Grundmetalls, daher sollte die Heiztemperatur während des Lötens streng und genau kontrolliert werden, um eine Überhitzung oder sogar ein Schmelzen des Grundmetalls zu vermeiden.

Tabelle 8 Anwendungsbereich von Hartloten für Aluminium und Aluminiumlegierungen

Tabelle 9 Scherfestigkeit von Verbindungen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen, die mit Aluminium-Silizium-Füllmetallen gelötet wurden

Aluminium-Silizium-Lot wird üblicherweise in Form von Pulver, Paste, Draht oder Blech geliefert.In einigen Fällen werden Lotverbundplatten mit Aluminium als Kern und Aluminium-Silizium-Lot als Mantel verwendet.Diese Art von Lötverbundplatte wird durch ein hydraulisches Verfahren hergestellt und wird häufig als Teil von Lötkomponenten verwendet.Beim Löten schmilzt das Lot auf der Verbundplatte und fließt unter Kapillar- und Schwerkrafteinwirkung, um den Fügespalt zu füllen.

(2) Flussmittel und Schutzgas für das Hartlöten von Aluminium und Aluminiumlegierungen, häufig wird ein spezielles Flussmittel verwendet, um den Film zu entfernen.Das organische Flussmittel auf Basis von Triethanolamin, wie z. B. fs204, wird bei Niedertemperatur-Weichloten verwendet.Der Vorteil dieses Flussmittels besteht darin, dass es eine geringe Korrosionswirkung auf das Grundmetall hat, aber eine große Menge Gas erzeugt, das die Benetzung und Verstemmung des Lots beeinträchtigt.Das reaktive Flussmittel auf Basis von Zinkchlorid, wie fs203 und fs220a, wird mit Mitteltemperatur- und Hochtemperatur-Weichlot verwendet.Das reaktive Flussmittel ist stark korrosiv und seine Rückstände müssen nach dem Löten entfernt werden.

Derzeit wird das Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen noch von der Flussmittelentfernung dominiert.Das verwendete Lötflussmittel umfasst Flussmittel auf Chloridbasis und Flussmittel auf Fluoridbasis.Flussmittel auf Chloridbasis haben eine starke Fähigkeit, Oxidschichten zu entfernen, und eine gute Fließfähigkeit, aber es hat eine große korrosive Wirkung auf das Grundmetall.Seine Rückstände müssen nach dem Löten vollständig entfernt werden.Flussmittel auf Fluoridbasis ist eine neue Art von Flussmittel, das eine gute Filmentfernungswirkung und keine Korrosion des Grundmetalls hat.Es hat jedoch einen hohen Schmelzpunkt und eine schlechte thermische Stabilität und kann nur mit Aluminium-Silizium-Lot verwendet werden.

Beim Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen wird häufig Vakuum, neutrale oder inerte Atmosphäre verwendet.Wenn Vakuumlöten verwendet wird, soll der Vakuumgrad im Allgemeinen die Größenordnung von 10 –3 Pa erreichen.Wenn Stickstoff- oder Argongas zum Schutz verwendet wird, muss seine Reinheit sehr hoch sein und der Taupunkt muss unter -40 ℃ liegen

3. Löttechnik

Das Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen stellt hohe Anforderungen an die Reinigung der Werkstückoberfläche.Um eine gute Qualität zu erhalten, müssen Ölflecken und Oxidfilm auf der Oberfläche vor dem Löten entfernt werden.Entfernen Sie den Ölfleck auf der Oberfläche mit einer wässrigen Na2CO3-Lösung bei einer Temperatur von 60 ~ 70 ℃ für 5 ~ 10 Minuten und spülen Sie sie dann mit sauberem Wasser ab;Der Oberflächenoxidfilm kann durch Ätzen mit wässriger NaOH-Lösung bei einer Temperatur von 20 ~ 40 ℃ für 2 ~ 4 Minuten entfernt und dann mit heißem Wasser gewaschen werden;Nach dem Entfernen des Ölflecks und des Oxidfilms auf der Oberfläche wird das Werkstück 2 bis 5 Minuten lang mit einer wässrigen HNO3-Lösung für Glanz behandelt, dann unter fließendem Wasser gereinigt und schließlich getrocknet.Das mit diesen Methoden behandelte Werkstück darf nicht berührt oder mit anderem Schmutz verunreinigt werden und muss innerhalb von 6 bis 8 Stunden gelötet werden.Es ist besser, wenn möglich sofort zu löten.

Zu den Hartlötverfahren von Aluminium und Aluminiumlegierungen gehören hauptsächlich Flammlöten, Lötkolbenlöten und Ofenlöten.Diese Verfahren verwenden im Allgemeinen Flussmittel beim Hartlöten und haben strenge Anforderungen an die Erwärmungstemperatur und die Haltezeit.Vermeiden Sie es, das Flussmittel während des Flammlötens und Lötkolbenlötens direkt durch die Wärmequelle zu erhitzen, um eine Überhitzung und ein Versagen des Flussmittels zu vermeiden.Da Aluminium in Weichlot mit hohem Zinkgehalt gelöst werden kann, sollte das Erhitzen gestoppt werden, sobald die Verbindung gebildet ist, um eine Korrosion des Grundmetalls zu vermeiden.In einigen Fällen wird beim Hartlöten von Aluminium und Aluminiumlegierungen manchmal kein Flussmittel verwendet, sondern es werden Ultraschall- oder Schabeverfahren verwendet, um den Film zu entfernen.Wenn Sie den Film zum Löten mit Schaben entfernen, erwärmen Sie das Werkstück zuerst auf die Löttemperatur und kratzen Sie dann den Lötteil des Werkstücks mit dem Ende des Lötstabs (oder Schabewerkzeugs) ab.Beim Aufbrechen des Oberflächenoxidfilms schmilzt das Ende des Lötmittels und benetzt das Grundmetall.

Lötverfahren für Aluminium und Aluminiumlegierungen umfassen hauptsächlich Flammlöten, Ofenlöten, Tauchlöten, Vakuumlöten und Schutzgaslöten.Flammlöten wird meist für kleine Werkstücke und Einzelstückfertigung eingesetzt.Um das Versagen des Flussmittels aufgrund des Kontakts zwischen den Verunreinigungen in Acetylen und dem Flussmittel bei Verwendung einer Oxyacetylenflamme zu vermeiden, ist es angebracht, eine Benzin-Druckluftflamme mit geringer Reduzierbarkeit zu verwenden, um die Oxidation des Grundmetalls zu verhindern.Beim gezielten Löten können das Lötflussmittel und das Füllmetall vorab an der gelöteten Stelle platziert und gleichzeitig mit dem Werkstück erhitzt werden;Das Werkstück kann auch zuerst auf Löttemperatur erhitzt werden, und dann kann das mit Flussmittel getauchte Lot zur Lötposition geschickt werden;Nachdem das Flussmittel und das Füllmetall geschmolzen sind, muss die Heizflamme langsam entfernt werden, nachdem das Füllmetall gleichmäßig gefüllt ist.

Beim Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen in einem Luftofen muss das Lötfüllmetall voreingestellt und das Lötflussmittel in destilliertem Wasser geschmolzen werden, um eine dicke Lösung mit einer Konzentration von 50 % bis 75 % herzustellen, und dann aufgetragen oder aufgesprüht werden die Lötfläche.Das Lötfüllmetall und die Lötoberfläche können auch mit einer geeigneten Menge Lötflussmittel in Pulverform bedeckt werden, und dann muss die zusammengebaute Schweißkonstruktion zum Wärmelöten in den Ofen gelegt werden.Um zu verhindern, dass das Grundmetall überhitzt oder sogar schmilzt, muss die Heiztemperatur streng kontrolliert werden.

Zum Tauchlöten von Aluminium und Aluminiumlegierungen wird im Allgemeinen Pasten- oder Folienlot verwendet.Das zusammengesetzte Werkstück muss vor dem Löten vorgewärmt werden, um seine Temperatur nahe der Löttemperatur zu bringen, und dann zum Löten in Lötflussmittel getaucht werden.Während des Lötens müssen die Löttemperatur und die Lötzeit streng kontrolliert werden.Wenn die Temperatur zu hoch ist, löst sich das Grundmetall leicht auf und das Lötmittel geht leicht verloren;Wenn die Temperatur zu niedrig ist, wird das Lot nicht ausreichend geschmolzen und die Lötrate nimmt ab.Die Löttemperatur richtet sich nach Art und Größe des Grundwerkstoffes, Zusammensetzung und Schmelzpunkt des Lotes und liegt im Allgemeinen zwischen der Liquidustemperatur des Lotes und der Solidustemperatur des Grundwerkstoffes.Die Eintauchzeit des Werkstücks in das Flussmittelbad muss sicherstellen, dass das Lot vollständig aufschmelzen und fließen kann, und die Stützzeit sollte nicht zu lang sein.Andernfalls kann das Siliziumelement im Lot in das Grundmetall diffundieren, wodurch das Grundmetall in der Nähe der Naht spröde wird.

Beim Vakuumlöten von Aluminium und Aluminiumlegierungen werden häufig metallaktive Aktivatoren verwendet, um den Oberflächenoxidfilm von Aluminium zu modifizieren und die Benetzung und Ausbreitung des Lötmittels sicherzustellen.Magnesium kann in Form von Partikeln direkt auf das Werkstück aufgebracht oder in Form von Dampf in die Lötzone eingebracht werden oder Magnesium kann dem Aluminium-Silizium-Lot als Legierungselement zugesetzt werden.Um die volle Wirkung von Magnesiumdampf auf das Grundmetall zu gewährleisten und die Lötqualität zu verbessern, werden bei Werkstücken mit komplexer Struktur häufig lokale Abschirmprozessmaßnahmen ergriffen, d. h. das Werkstück wird zuerst in eine Edelstahlbox gelegt (üblicherweise bekannt als die Prozessbox) und dann zum Heizlöten in einen Vakuumofen gestellt.Vakuumgelötete Verbindungen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen haben eine glatte Oberfläche und dichte Lötverbindungen und müssen nach dem Löten nicht gereinigt werden;Die Vakuumlötausrüstung ist jedoch teuer, und der Magnesiumdampf verschmutzt den Ofen ernsthaft, sodass er häufig gereinigt und gewartet werden muss.

Beim Löten von Aluminium und Aluminiumlegierungen in neutraler oder inerter Atmosphäre kann Magnesiumaktivator oder Flussmittel verwendet werden, um den Film zu entfernen.Wenn zur Entfernung des Films Magnesiumaktivator verwendet wird, ist die erforderliche Magnesiummenge viel geringer als beim Vakuumlöten.Im Allgemeinen beträgt w (mg) etwa 0,2 % ~ 0,5 %.Wenn der Magnesiumgehalt hoch ist, wird die Qualität der Verbindung reduziert.Das NOCOLOK-Lötverfahren unter Verwendung von Fluoridflussmitteln und Stickstoffschutz ist ein neues Verfahren, das in den letzten Jahren schnell entwickelt wurde.Da die Rückstände des Fluorid-Flussmittels keine Feuchtigkeit absorbieren und gegenüber Aluminium nicht korrosiv sind, kann der Vorgang des Entfernens der Flussmittelrückstände nach dem Hartlöten weggelassen werden.Unter dem Schutz von Stickstoff muss nur eine geringe Menge Fluorid-Flussmittel aufgetragen werden, das Lot kann den Grundwerkstoff gut benetzen und es ist einfach, hochwertige Lötverbindungen zu erhalten.Gegenwärtig wird dieses NOCOLOK-Lötverfahren in der Massenproduktion von Aluminiumheizkörpern und anderen Komponenten verwendet.

Bei Aluminium und Aluminiumlegierungen, die mit anderen Flussmitteln als Fluorid-Flussmitteln gelötet werden, müssen die Flussmittelrückstände nach dem Löten vollständig entfernt werden.Der Rückstand des organischen Lötflussmittels für Aluminium kann mit organischen Lösungen wie Methanol und Trichlorethylen gewaschen, mit wässriger Natriumhydroxidlösung neutralisiert und schließlich mit heißem und kaltem Wasser gereinigt werden.Chlorid ist der Rückstand des Lötflussmittels für Aluminium, der nach den folgenden Methoden entfernt werden kann;Tauchen Sie zuerst 10 Minuten lang in heißes Wasser bei 60 ~ 80 ℃ ein, reinigen Sie die Rückstände auf der Lötstelle vorsichtig mit einer Bürste und reinigen Sie sie mit kaltem Wasser.Weichen Sie es dann 30 Minuten lang in 15%iger wässriger Salpetersäurelösung ein und spülen Sie es schließlich mit kaltem Wasser ab.