Het solderen van vuurvaste metalen

1. Soldeer

Voor wolfraamsolderen kunnen alle soorten soldeer met een smeltpunt lager dan 3000 ℃ worden gebruikt, en koper- of zilversoldeer kan worden gebruikt voor componenten met een temperatuur lager dan 400 ℃. Goud-, mangaan-, palladium- of boorsoldeer worden meestal gebruikt voor componenten die tussen 400 ℃ en 900 ℃ worden gebruikt. Voor componenten die boven 1000 ℃ worden gebruikt, worden meestal zuivere metalen zoals Nb, Ta, Ni, Pt, PD en Mo gebruikt. De werktemperatuur van componenten gesoldeerd met platina-soldeer kan oplopen tot 2150 ℃. Als na het solderen een diffusiebehandeling van 1080 ℃ wordt uitgevoerd, kan de maximale werktemperatuur 3038 ℃ bereiken.

De meeste soldeerlegeringen die voor het solderen van wolfraam (W) worden gebruikt, kunnen ook voor het solderen van molybdeen (Mo) worden gebruikt. Soldeerlegeringen op basis van koper of zilver kunnen worden gebruikt voor Mo-componenten die onder de 400 °C werken. Voor elektronische apparaten en niet-structurele onderdelen die bij temperaturen tussen 400 en 650 °C werken, kunnen CuAg-, AuNi-, PDNi- of CuNi-soldeerlegeringen worden gebruikt. Soldeerlegeringen op basis van titanium of andere zuivere metalen met een hoog smeltpunt kunnen worden gebruikt voor componenten die bij hogere temperaturen werken. Het is belangrijk op te merken dat soldeerlegeringen op basis van mangaan, kobalt en nikkel over het algemeen niet worden aanbevolen om de vorming van broze intermetallische verbindingen in de soldeerverbindingen te voorkomen.

Bij gebruik van TA- of Nb-componenten onder de 1000 ℃ kunnen koper-, mangaan-, kobalt-, titanium-, nikkel-, goud- en palladiumhoudende vulmetalen worden gekozen, waaronder CuAu, AuNi, PDNi en PtAuNi. CuSn-soldeerlegeringen hebben een goede bevochtigbaarheid met TA en Nb, een goede soldeerverbinding en een hoge verbindingssterkte. Omdat zilverhoudende vulmetalen de soldeermetalen broos maken, moeten ze zoveel mogelijk worden vermeden. Voor componenten die worden gebruikt tussen 1000 ℃ en 1300 ℃ moeten zuivere metalen zoals Ti, V en Zr, of legeringen op basis van deze metalen die er oneindig mee kunnen vast- en vloeibaar worden, als soldeermetaal worden gekozen. Bij hogere bedrijfstemperaturen kan een vulmetaal met HF worden gekozen.

W. Zie tabel 13 voor soldeerlegeringen voor Mo, Ta en Nb bij hoge temperaturen.

Tabel 13: soldeerlegeringen voor het solderen van vuurvaste metalen bij hoge temperaturen.

2. Soldeertechnologie

Voordat er gesoldeerd wordt, moet de oxidehuid op het oppervlak van het vuurvaste metaal zorgvuldig worden verwijderd. Mechanisch slijpen, zandstralen, ultrasoon reinigen of chemisch reinigen kan hiervoor gebruikt worden. Het solderen moet direct na het reinigingsproces plaatsvinden.

Vanwege de inherente brosheid van wolfraam (W) moeten W-onderdelen tijdens de assemblage zorgvuldig worden behandeld om breuk te voorkomen. Om de vorming van bros wolfraamcarbide te voorkomen, moet direct contact tussen W en grafiet worden vermeden. Voorspanning als gevolg van voorbewerking of lassen moet vóór het lassen worden opgeheven. Wolfraam oxideert zeer gemakkelijk bij stijgende temperaturen. De vacuümgraad moet tijdens het solderen voldoende hoog zijn. Bij solderen binnen een temperatuurbereik van 1000 tot 1400 °C mag de vacuümgraad niet lager zijn dan 8 × 10⁻³ Pa. Om de smelttemperatuur en de bedrijfstemperatuur van de verbinding te verbeteren, kan het soldeerproces worden gecombineerd met een diffusiebehandeling na het lassen. Zo wordt bijvoorbeeld b-Ni₆₈Cr₂₀Si₁₀Fel-soldeer gebruikt om W te solderen bij 1180 °C. Na drie diffusiebehandelingen van 1070 ℃ /4 uur, 1200 ℃ /3,5 uur en 1300 ℃ /2 uur na het lassen, kan de bedrijfstemperatuur van de gesoldeerde verbinding meer dan 2200 ℃ bereiken.

Bij het solderen van molybdeenverbindingen moet rekening worden gehouden met de geringe thermische uitzettingscoëfficiënt. De speling tussen de verbindingen moet tussen 0,05 en 0,13 mm liggen. Indien een mal wordt gebruikt, dient een materiaal met een geringe thermische uitzettingscoëfficiënt te worden gekozen. Molybdeenkristallisatie treedt op bij vlamsolderen, verhitting in een gecontroleerde atmosfeeroven, vacuümoven, inductieoven of weerstandsverwarming, wanneer de herkristallisatietemperatuur wordt overschreden of wanneer de herkristallisatietemperatuur daalt door diffusie van soldeerelementen. Daarom geldt: hoe dichter de soldeertemperatuur bij de herkristallisatietemperatuur ligt, hoe korter de soldeertijd. Bij het solderen boven de herkristallisatietemperatuur van molybdeen moeten de soldeertijd en de afkoelsnelheid worden gecontroleerd om scheurvorming door te snelle afkoeling te voorkomen. Bij gebruik van autogeenbrandsolderen is het ideaal om een ​​gemengd vloeimiddel te gebruiken, dat wil zeggen een industrieel boraat- of zilversoldeervloeimiddel in combinatie met een hittebestendig vloeimiddel dat calciumfluoride bevat. Dit biedt een goede bescherming. De methode bestaat erin eerst een laag zilversoldeervloeistof op het oppervlak van het molybdeen aan te brengen, en vervolgens een hogetemperatuurvloeistof. De zilversoldeervloeistof is actief bij lagere temperaturen, terwijl de actieve temperatuur van de hogetemperatuurvloeistof 1427 ℃ kan bereiken.

TA- of Nb-componenten worden bij voorkeur onder vacuüm gesoldeerd, waarbij de vacuümgraad niet lager is dan 1,33 × 10⁻² Pa. Indien het solderen onder bescherming van inert gas plaatsvindt, moeten gasverontreinigingen zoals koolmonoxide, ammoniak, stikstof en kooldioxide strikt worden verwijderd. Bij solderen of weerstandsolderen in lucht moeten speciale soldeerlegeringen en een geschikt vloeimiddel worden gebruikt. Om te voorkomen dat TA of Nb bij hoge temperaturen in contact komt met zuurstof, kan een laagje metaalachtig koper of nikkel op het oppervlak worden aangebracht en kan een overeenkomstige diffusiegloeibehandeling worden uitgevoerd.