Entwicklung von neuen Aktivlotpulvern auf Basis kommerzieller Nickellote mit Zirkon als Aktivelement zum Fügen von Keramik-Metall-Verbunden. Newly developed active braze powders based on commercial nickel brazes using zirconium as active element for joini

Autor: Thomas Schläfer, Nils Kopp, Arne Schlegel, K. Bobzin
Rok vydání: 2010
Předmět:
Zdroj: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 41:455-463
ISSN: 1521-4052
0933-5137
Popis: Die gestiegenen Anforderungen an hochbeanspruchte Bauteilkomponenten hinsichtlich Bestandigkeit gegen thermische, oxidierende und korrosive Beanspruchungen, Harte sowie Verschleisbestandigkeit pradestinieren den Einsatz von ingenieurkeramischen Werkstoffen. Dem gegenuber stehen Eigenschaften wie hohe Sprodigkeit, zum Teil geringe Thermoschockbestandigkeit, schwierige Bearbeitbarkeit und daraus resultierende Einschrankungen bei der konstruktiven Gestaltung. Hybride Werkstoffkonzepte als Kombination ingenieurkeramischer Werkstoffe mit metallischen Konstruktionswerkstoffen konnen, sofern dazu geeignete und leistungsfahige Fugetechniken verfugbar sind, technologisch interessante Losungen darstellen. Das Aktivloten als eine in der Werkstoffauswahl sehr flexible Fugetechnologie bietet sich fur die Erschliesung neuer und innovativer Anwendungen wie beispielsweise der Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Technik an. Derzeit in der industriellen Praxis eingesetzte Aktivlote auf Silber/Kupfer-, Kupfer- und Silberbasis weisen bei etwa 500°C einen deutlichen Abfall bezuglich ihrer mechanischen Festigkeit auf. Gold- oder palladiumhaltige Aktivlote mit diesbezuglich besseren Eigenschaften finden aufgrund ihres hohen Preises auserst selten Verwendung. Die hier vorgestellten Untersuchungen haben das Ziel, neue Aktivlotlegierungen bei vertretbaren Rohstoffkosten fur Einsatztemperaturen oberhalb von 500°C zu entwickeln, die sich zudem beim Einsatz in kohlenwasserstoffhaltigen Umgebungen bestandiger gegen korrosive Angriffe zeigen als Aktivlote auf Silber/Kupfer-, Kupfer-, und Silberbasis. Ausgehend von den Nickelbasisloten NI 102, NI 105 und NI 107 wurden Experimentallote mit Zirkon als grenzflachenaktivem Element hergestellt. Die Modifizierung der Basislote erfolgte zum einen pulvermetallurgisch unter der Verwendung von Zirkonhydrid durch Mischen oder mechanisches Legieren mit einer Hochenergiekugelmuhle. Zum anderen wurden die Basislote schmelzmetallurgisch mit Zirkon legiert. Der Aktivmetallgehalt variierte zwischen 2 Gew.-% und 10 Gew.-%. Zur Charakterisierung diente die thermoanalytische Vermessung der Schmelzbereiche aller Experimentallote und die pulvermorphologische sowie rontgendiffraktometrische Analyse der pulvermetallurgisch hergestellten. Die Eignung der Experimentallote fur das Aktivloten wurde in Benetzungstests auf Aluminiumoxid in Hochvakuumlotversuchen experimentell untersucht und metallographisch bewertet. The increased requirements of highly stressed components, concerning the resistance to thermal-induced stresses, oxidation, corrosion, hardness as well as wear resistance make high-performance technical ceramics ideally suited for such applications. On the other hand they exhibit properties like high brittleness, partly low thermal shock resistance, low workability and consequential limitations in the engineering design. Hybrid material concepts, as combination of high-performance technical ceramics and metallic engineering materials, can offer interesting technological solutions, if suitable and joining technologies are available. Active brazing, which is a very flexible joining technology in respect of the material selection, arises for the development of new and innovative applications, such as high-temperature fuel cells. Currently silver/copper, copper and silver active brazing filler metals are already used in the industry and are characterised by a decrease of their mechanical strength at approx. 500°C. Referring to this, gold and palladium active brazing filler metals show better features, but because of their high price, they are seldom used. The aim of the reported investigations is the development of active brazing filler metals with reasonable raw materials costs for working temperatures above 500°C and moreover to be used in hydrocarbonated environments with better corrosion-resistance than silver/copper, copper and silver active brazing filler metals. Experimental brazing filler metals with zirconium as surface-active element has been manufactured on the basis of nickel brazing filler metals NI 102, NI 105 and NI 107. The modification of each nickel brazing filler metal was carried out on the one hand by powder metallurgy, whereby zirconium hydride has been mixed or mechanically alloyed. On the other hand the nickel brazing filler metals have been alloyed with zirconium by melting metallurgy. The content of active metal varied between 2 weight-% and 10 weight-%. For the characterisation, the melting range of all experimental brazing filler metals has been determined by thermoanalytical methods and the ones, which have been manufactured by powder metallurgy, have been investigated by means of an x-ray diffraction analysis and a morphological analysis of the powder particles. The suitability of the experimental brazing filler metals for the active brazing has been probed in wetting tests on alumina in high-vacuum brazing trials and examined metallographically.
Databáze: OpenAIRE
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