Die Rolle von Silber in Phos-Kupfer-Hartlötmitteln
Anmerkung: Dieser Artikel wurde von der Version übernommen, die ursprünglich in der Oktober 1994 Ausgabe der Zeitschrift Welding Journal erschienen ist
Das wahrscheinlich am häufigsten verwendete Hartlot ist eine Legierung aus Kupfer und Phosphor, der häufig Silber als drittes Element hinzugefügt wird. Die Rolle von Silber in diesen Legierungen wird oft missverstanden.
Sowohl Phosphor als auch Silber haben erhebliche Auswirkungen auf die Eigenschaften dieser Lotlegierungen. Von den beiden ist Phosphor jedoch bei weitem der stärkere. Im Durchschnitt senkt 1 % Phosphor die Liquidustemperatur (den Punkt, an dem die Legierung vollständig geschmolzen ist) um 100 bis 120 °F. Andererseits senkt 1 % Silber diese Temperatur nur um 10 bis 15 °F.
Die weit verbreitete Annahme, dass die Zugabe von Silber zu den Phosphor-Kupfer-Zusatzwerkstoffen die Duktilität verbessert, ist falsch. Eine Verringerung des Phosphorgehalts verbessert die Duktilität. Die Tatsache, dass die Zugabe von Silber in ausreichender Menge zur Senkung des Schmelzbereichs die Reduzierung des Phosphorgehalts ermöglicht, hat diesen Mythos aufrechterhalten.
Die Zugabe von Silber in nennenswerten Mengen führt auch zu einer Erweiterung des Schmelzbereichs, wenn der Phosphorgehalt reduziert wird. Diese Eigenschaft ermöglicht es dem Anwender, größere Lücken leichter zu füllen als mit den flüssigeren Legierungen aus Kupfer und Phosphor.
Der hohe Marktpreis von Silber hat viele Anwender dazu veranlasst, nach Hartloten mit einem geringeren Silbergehalt als der traditionellen 15%igen Silberlegierung zu suchen. Eine Legierung aus 6 % Silber und etwa 6 % Phosphor, unser Dynaflow®, hat einen großen Teil dieses Marktes erobert. Sie weist ähnliche Eigenschaften wie die 15%ige Legierung auf und hat fast den gleichen Schmelzbereich, ist aber wesentlich kostengünstiger.
Im Laufe der Jahre hat die Industrie dann Phosphor-Kupfer-Legierungen mit einem Silbergehalt von nur 1 % eingeführt, aber die Vorteile dieser silberarmen Legierungen sind bestenfalls fraglich. Die meisten dieser Legierungen mit niedrigem Silbergehalt weisen, wenn überhaupt, nur sehr geringe Vorteile gegenüber den 0 %-Silberlegierungen auf. Die Annahme, dass sie duktiler sind, ist unbegründet, es sei denn, der Phosphorgehalt wird reduziert.
Die Anwender hätten eine viel bessere Vorstellung von der Funktionsweise einer bestimmten Zusammensetzung, wenn die Identitätsnummer den Phosphorgehalt anstelle des Silbergehalts angeben würde. Die American Welding Society (AWS) hat eine Methode eingeführt, bei der die Nummern weder Silber noch Phosphor bezeichnen, sondern sich auf eine Legierung mit einer bestimmten chemischen Veränderung beziehen. Die AWS fordert die Industrie außerdem auf, den Begriff "Hartlot" zu verwenden und den Begriff "Silberlot" zu vermeiden.
Zwar neigen sowohl Phosphor als auch Silber dazu, die Duktilität von Kupfer zu verringern, doch ist dies in erster Linie ein Problem der Hersteller, da diese Legierungen schwer herzustellen sind. Die Anwender dieser Schweißzusatzwerkstoffe sind oder sollten sich mehr um die Eigenschaften der Verbindung kümmern. Starke, duktile Verbindungen können mit relativ spröden Lötmitteln hergestellt werden, wenn andere Faktoren richtig kontrolliert werden.
Beim Hartlöten muss das Lot in eine Kapillare zwischen den beiden zu verbindenden, eng aneinander liegenden Grundmetallen fließen. Bei Phosphorlegierungen handelt es sich bei diesen Metallen in der Regel um Kupfer oder Messing, und die Unversehrtheit der Verbindung hängt neben der Wahl des Schweißzusatzes von einer Reihe von Faktoren ab. Einer der wichtigsten Faktoren ist die Konstruktion der Verbindung und die Dicke der Kapillare. Eine Überlappung statt einer Stoßverbindung ist für beste Ergebnisse unerlässlich. Der Zusatzwerkstoff muss mit dem Grundwerkstoff verträglich sein, ihn benetzen und an ihm haften.
Die Temperatur, bei der der Schweißzusatz fließt, und die Fähigkeit des Bedieners, den Schweißzusatz bei der richtigen Temperatur aufzutragen, sind wichtig. Die ordnungsgemäße Reinigung des Grundmetalls vor dem Löten und die Vermeidung von übermäßiger Oxidation während des Erhitzens sind weitere Faktoren, die zur Integrität der Verbindung beitragen.
Alle Faktoren, die zur Integrität der Verbindung beitragen, müssen richtig kontrolliert werden, um die Zuverlässigkeit einer Lötverbindung zu gewährleisten.
Die intelligente Auswahl des richtigen Lötmetalls wird sich sowohl zeitlich als auch finanziell auszahlen.
Dick Ballentine, der inzwischen verstorben ist, arbeitete 20 Jahre lang für die Harris Products Group, zuletzt als Direktor für Forschung und Entwicklung. Bevor er zu Harris kam, war Ballentine 40 Jahre lang bei Westinghouse Electric beschäftigt. Er war Werksleiter des Werks zur Herstellung von Hartlötprodukten, wo er die Zusammensetzung und das Schmelzen von Phosphor-Kupfer-Lötlegierungen erforschte. Ballentine war Inhaber von acht Patenten im Zusammenhang mit Lötverfahren und -anwendungen. Er war ein aktives Mitglied des AWS C3 Brazing Committee und trug zur ersten und nachfolgenden Ausgaben des "Brazing Handbook" bei. Im Jahr 1998 wurde Ballentine für seine Verdienste um die Branche mit dem Ehrentitel AWS Fellow" ausgezeichnet.