2010 Ipsen International GmbH

(Vakuum-)Löten

M. RinkVerfahrenstechnikIPSEN International GmbH11. April 2023

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Begriffe der Löttechnik (1/2)

Thermisches Füge- oder Beschichtungsverfahren

Schmelzen eines Lotes oder Diffusion an den Grundflächen

Grundwerkstoffe schmelzen nicht auf

Zusatzwerkstoff zum Fügen oder Beschichten

Metallische Legierung oder reines Metall

Löten

Lot

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Begriffe der Löttechnik (2/2)

Bereich zwischen Schmelzbeginn(Solidustemperatur) …

und vollständiger Verflüssigung(Liquidustemperatur)

Beginn der Benetzung bzw.

Grenzflächenreaktionen erzeugenflüssige Phase (Diffusionslöten)

fest flüssig

Schmelz-bereich

Solidus-temperatur

Liquidus-temperatur

T

Schmelzbereich

Arbeitstemperatur

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Temperaturbereiche des Lötens

Weichlöten Tliq. < 450 °C

Hartlöten 450 °C < Tliq. < 900 °C

Hochtemperaturlöten Tliq. > 900 °C

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Verfahren

Spaltlöten(> 500 µm)

Fugenlöten (< 500 µm)

Auftragslöten

Diffusionslöten

1 mm

0,2 mm

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Zustand einer technischen Metalloberfläche

1

2

3

4

5

6

1. Schicht polarisierter Moleküle

2. adsorbiertes Wasser

3. Schicht adsorbierter Gase

4. Oxidhaut (Chrom- / Mischoxide)

5. Verformungszone im Metall

6. metallischer Grundwerkstoff

Oxidbelegung entscheidet über Benetzung

• mechanische Reinigung• chemische Reinigung• Flussmittel• Lötatmosphäre

Schichten 1, 2, 3Verflüchtigen sich nach Erwärmen

Schicht 4Die Oxidschicht wird unterwandert

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Ablauf des Lötvorgangs Voraussetzung zum Löten :

Lösung des Grundwerkstoffs im flüssigen Lot

Grundwerkstoff

Diffusionszone

Lot

Konzentrationsverschiebung:fest flüssigflüssig fest (optional)

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Benetzbarkeit

VollkommeneUnbenetzbarkeit

VollkommeneBenetzbarkeit

Voraussetzungen:-keine Oxid- oder Schmelzschicht-ausreichende Erwärmung-niedrigviskoser Zustand der Lotschmelze

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Benetzung und metallurgische Wechselwirkung

(nach Young) Gute Benetzung: < 30°

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Bestimmung der Steighöhe

Kapillarwirkung und Fließverhalten sind nicht direkt miteinander verknüpft!

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Abhängigkeit des Fülldruckes vom Spaltquerschnitt

Spalt zu weit

Spa

lt fü

r F

luss

mitt

el z

u en

g

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Mögliche Verbindungen

Metall-Metallverbindungen

Keramik-Metallverbindungen

Glas-Metallverbindungen

Graphit-Metallverbindungen

Reaktor- und Turbinenbauteile

hochwarmfeste Stoffe:Z. B.: Inconel, Nimonic, etc

etc

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Was istVakuum?

Mit Vakuum bezeichnet man den leeren Raum, das heißt ein nicht mit Luft oder einem anderen Gas gefülltes Volumen.

www.pfeiffer-vacuum.net

Vakuumwärmebehandlung

Vakuum-/Hochtemperaturlöten

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Vakuum als „Schutzgas“

Druck in mbar

Gesamt Vol.-%

O2

Vol.-%N2

Vol.-%O2

ppmN2

ppm

1013 100 20 79 200*103 790*103

1 0,1 0,026 0,1 264 1040

10-1 0,01 0,0026 0,01 26,4 104

10-2 0,001 0,00026 0,001 2,64 10,4

10-3 0,0001 0,000026 0,0001 0,264 1,04

10-4 0,00001 0,0000026 0,00001 0,026 0,1

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Verunreinigungen in Flaschengasen

Gas O2 in ppm N2 in ppm H2O in ppm

Helium <10 <25 <10

Helium

Extrem rein

<1 <2 <2

Argon

Reinst

<5 <20 <10

Argon

Extrem rein

<1 <1 <2

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Vakuumniveaus und Beispiele üblicher Einsatzbereiche

Grobvakuum: 1000 – 1 mbar C-Stahl + Cu Lot 1120 °C

Feinvakuum: 1 – 10-3 mbar Rostfreier Stahl + Au-Lot

1050-1200 °C

+ Ni-Lot

Hochvakuum: 10-3 – 10-6 mbar Sonderlegierungen + Au-Lot

1050-1200 °C

+ Ni-Lot

Rostfreier Stahl + Ag-Lot 830 °C

Hochvakuum

+ „Allmetall“

< 10-4 mbar Aluminium + Al-Lot ca. 600 °C

Titan +Al-Lot ca. 700 °C

+Ti-Lot ca. 900 °C

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Übersicht LoteLot Löttemperatur

in °CFestigkeitin N/mm2

Zähigkeit Anwendung

Ag, Cu, Ni, Pd 770-930 200-450 mäßig gut Cu-Leg, Ni, Fe, Ti

Al, Si, Mg 580-710 130-320 Al-Leg, Ti

Au, Cu, Ni 950 - 1000 450-550 mäßig gut Rostfreier Stahl, hitzebeständige Ni-Leg.

Cu, Ni, Mn, Au 950-1300 300-500 gut – sehr gut

Fe-Leg., Mo, W

Co, Ni, Cr, Si, W, B 1190 ca. 500 spröde hitzebeständige

Ni, Cr, Si, P, B, Fe 950-1480 150-500 mäßig –spröde

hitzebeständig,hohe Festigkeit

Pd, Ni 1250-1580 500-700 sehr gut W, Mohohe Festigkeit

Ti, Cu, Ni, Pd, Zr 870-960 <1020 gut Ti

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Vorteile des Vakuumlötens

bessere Beherrschung der Ofenatmosphäre

keine Gasaufnahme – keine Einschlüsse

Entgasung der Werkstücke

umweltfreundlich - flussmittelfrei

schnelle Temperaturregelung

ausgezeichnete Temperaturgleichmäßigkeit

minimale Verzüge (kontrolliertes Heizen und Kühlen)

automatischer Betrieb

rentables Konditionieren der Anlage

keine Verfärbung - Oxidation

keine Nachreinigung

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Lötzyklus im Vakuumofen

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Vakuumhartlöten von Aluminium

erfolgt in Ein- oder Mehrkammer-Vakuumöfen,

erfolgt flußmittelfrei, d.h. das Entfernen/Aufreißen der Oberflächenoxide erfolgt durch die unterschiedliche thermische Ausdehnung von Al-Oxid und reinem Metall, sowie dem Ausgasen von Mg bei hohen Temperaturen,

ist ein Hartlötverfahren unter Verwendung von Mg-haltigen Loten in Form lotplattierter Bänder (Löttemperatur ca. 600 °C),

erfordert sehr passgenaue und saubere Teile, d.h. Spaltmaß 0,05 - 0,10 mm.

Haupteinsatzgebiet: automatisiertes Löten von Wärmeübertragern

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Plattierte Al-Bänder

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Schematischer Ablauf des Lötprozesses

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3-Kammer-Durchlaufofen

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Temperatur-Druck-Zeit-Verlauf

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Löten von Aluminiumkühlern

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