Evaluierung das Einsatzpotentials von Ni-Hf-Basislotlegierungen zum Loten von Superlegierungen und rostfreien Edelstahlen

摘要

Zur Herstellung korrosions- und hochtemperaturbestandiger Lotverbindungen aus Edelstahl und Superlegierungen kommen in der industriellen Praxis neben teuren Goldbasisloten in erster Linie Nickelbasislegierungen zur Anwendung. Hauptmerkmal der Nickelbasislote ist ihr mehr oder weniger hoher Metalloidgehalt (B, P, Si), wodurch die relativ hohe Schmelztemperatur der Nikkei- bzw. Nickel-Chrom-Matrix abgesenkt wird. Daruber hinaus verleihen die Metalloide den Nickelbasislegierungen selbstfliessende Eigenschaften, da sie in der Lage sind, die Oxidbelegung der Grundwerkstoffe zu losen. Neben den genannten Vorteilen bewirkt der hohe Metalloidanteil der Nickelbasislegierungen verschiedene Nachteile: So bilden Bor, Silizium und Phosphor mit den Matrixkomponenten der Nickelbasislegierungen (Nickel, Chrom) Hartstoff-Phasen mit sprodem Charakter. Dieses hat zum einen die Folge, dass die Lote nicht walzbar sind und somit in erster Linie als Pulver mit oder ohne Bindemittel verarbeitet werden. Zum anderen besteht die Gefahr, dass es wahrend des Lotprozesses zu einer Hartphasenbildung im Lotspah kommt, wodurch die mechanischen und korrosionstechnischen Eigenschaften der Lotverbindung beeintrachtigt werden. Zur Sicherung einer qualitativ hochwertigen Lotverbindung ist es daher notwendig, der Hartphasenbildung entgegenzuwirken. Dieses kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Lotverbindung nach dem Lotprozess einer geeigneten Difusionswarmebehandlung unterzogen wird. Daruber hinaus kann durch die Einstellung hinreichend enger Lotspalte die Ausbildung von Hartphasen unterdruckt werden. Beide Ansatze konnen je nach Bauteil negative Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit der Fertigung haben. Ein Beispiel stellt die Fertigung von Wabenkonstruktionen fur Warmetauscher dar. Hier zieht die Einstellung sehr kleiner Spaltbreiten einen hohen fertigungstechnischen Aufwand nach sich, der sich negativ auf die Bauteilkosten auswirkt. Eine alternative Diffusionswarmebehandlung fuhrt zu einer wesentlichen Verlangerung der Prozesszeit und somit zu einer Erhohung der Prozesskosten. Ein weiterer Nachteil, welcher aus einem hohen Metalloidgehalt im Lotwerkstoff resultiert, ist in der starken Difusionsneigung dieser Elemente im Grundwerkstoff zu sehen. Hierdurch kommt es beim Hochtemperaturloten u.a. zu einer Ausbildung von Bonden im fugezonennahen Grundwerk-stoffbereich. Diese besitzen ebenfalls sproden Charakter und bewirken demnach eine Eigenschaftsanderung im Grundwerkstoff. Besonders problematisch ist in diesem Zusammenhang die Bildung von Chromboriden, die eine Verschlechterung der Korrosionssicherheit durch eine Chromverarmung am Ubergangsbereich Lotnaht-Grundwerkstoff zur Folge hat. Der geschilderte Problemkreis und die grosse wirtschaftliche Bedeutung von Nickelbasisloten zum Hochtemperaturfugen von Stahlen und Superlegierungen lassen die Entwicklung neuartig konzipierter, walzbarer Legierungen auf Nickelbasis ohne die Metalloide Bor, Silizium oder Phosphor zu einem wichtigen Ziel werden.