1 Einführung

1.1 Geschichtliches1.2 Allgemeines zum Löten

2 Lote, Flußmittel, Lötatmosphären

2.1 Weichlote und Weichlötflußmittel2.1.1 Weichlote2.1.2 Flußmittel zum Weichlöten

2.2 Hartlote und Hartlötflußmittel2.2.1 Hartlote2.2.2 Flußmittel zum Hartlöten

3 Lötverfahren

4 Allgemeine Regeln und Lötstellengestaltung

4.1 Allgemeine Regeln4.2 Gestaltung von Lötstellen

5 Löten von Kupfer und Kupferlegierungen

5.1 Reines Kupfer5.1.1 Weichlöten5.1.2 Hartlöten5.1.3 Anwendungsbeispiele

5.2 Niedriglegierte Kupferwerkstoffe5.2.1 Kaltverfestigende

Legierungen5.2.2 Aushärtbare Legierungen

5.3 Kupfer-Zink-Legierungen5.3.1 Weichlöten5.3.2 Hartlöten5.3.3 Anwendungsbeispiele

5.4 Kupfer-Zinn-Legierungen5.4.1 Weichlöten5.4.2 Hartlöten

5.5 Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen5.5.1 Weichlöten5.5.2 Hartlöten

5.6 Kupfer-Nickel-Legierungen5.6.1 Weichlöten5.6.2 Hartlöten

5.7 Kupfer-Aluminium-Legierungen5.7.1 Weichlöten5.7.2 Hartlöten

5.8 Kupfer-Zinn-Zink-Gußlegierungen

5.9 Kupfer-Blei-Zinn-Gußlegierungen

6 Löten von Kupferwerkstoffen untereinander und mit anderen Werkstoffen

LiteraturNormenBildnachweis

Einführung

GeschichtlichesDie Bekanntschaft des Menschen mit denKupferwerkstoffen reicht weit zurück, dasBedürfnis nach technischer Handhabe, siezu verbinden, dürfte vermutlich genauso alt sein. Entsprechend hatte man unterVerwendung von Mischungen aus Zinn,Blei und anderen Metallen relativ frühMöglichkeiten zum Weich- und Hartlötenentwickelt [1].So lassen die ältesten Funde von Ge-brauchsgegenständen und Schmuck mitLötstellen, die aus sumerischen Königs-gräbern stammen, erkennen, daß diesesthermische Fügeverfahren bereits um3200 v. Chr. einen hohen Stand erreichthatte. Andere Funde belegen, daß schonum 3000 v. Chr. auch im alten Ägypten dasLöten bekannt war. Um 2000 v. Chr. wur-den in Ägypten u.a. Bronze als Lot undAlaun (Kalium-Aluminium-Sulfat), der imLande gefunden wurde, als Flußmittel be-nutzt. Präzise Angaben über die hochent-wickelte Löttechnik in der Römerzeit ver-mittelt Plinius, der zum Löten von Bronzeund Silber bleireiche und bleiarme Zinn-lote, dagegen zum Löten von Kupfer blei-reiches Lot empfiehlt; als Flußmittel wirdHarz vorgeschlagen. Selbst der Lötkolbenwar im Altertum ebenfalls bekannt [2, 3].Seitdem hat sich die Löttechnik ständigweiterentwickelt und schließlich ihren jetzi-gen hohen Stand erreicht. Hervorzuhebenist insbesondere die enorme Entwicklungund Spezialisierung dieser Technologie inden letzten Jahrzehnten. Trotz großer Fort-schritte der Schweißtechnik hat das Lötenseinerseits kontinuierlich an Bedeutunggewonnen.

Allgemeines zum Löten

Das Löten unterscheidet sich vomSchweißen durch die Verwendung einesniedriger als die Grundwerkstoffe schmel-zenden Zusatzes (Lotes) und damit durchden Verzicht auf ein Aufschmelzen dermetallischen Grundwerkstoffe. Daher kön-nen Grundwerkstoff und Lot unterschiedli-che chemische Zusammensetzungen auf-weisen.Nach DIN 8505 ist Löten ein „thermischesVerfahren zum stoffschlüssigen Fügen undBeschichten von Werkstoffen, wobei eineflüssige Phase durch Schmelzen einesLotes (Schmelzlöten) oder durch Diffusionan den Grenzflächen (Diffusionslöten) ent-steht“. Dabei wird die Schmelztemperaturder Grundwerkstoffe nicht erreicht. Diejeweilige, beim Löten anzuwendende Tem-peratur richtet sich nach der Schmelztem-peratur des benutzten Lotes.Im folgenden sollen von den zahlreichenlöttechnischen Begriffen jene erläutert wer-den, die im Text oder in der Lötpraxis häu-figer vorkommen; Definition bzw. Erklärunganderer Termini erfolgt an betreffenderStelle.

Arbeitstemperatur: Niedrigste Oberflä-chentemperatur an der Lötstelle, bei derdas Lot benetzt oder durch Grenzflächen-diffusion sich eine schmelzflüssige Phasebildet. Beim Anwenden geeigneter Fluß-

mittel ist sie eine vom Lot abhängigeKonstante. Hierzu muß das Lot nichtimmer völlig geschmolzen sein, d.h., daßdie Arbeitstemperatur im Schmelzbereichdes Lotes liegen kann. Sie ist jedochimmer höher als die Solidustemperatur(s.u.) des Lotes.

Löttemperatur: Die beim Löten an derLötstelle tatsächlich herrschende Tempe-ratur. Sie liegt oberhalb der Arbeitstempe-ratur. Oberhalb der sog. maximalen Löt-temperatur werden das Lot oder dasWerkstück oder das Flußmittel beeinträch-tigt bzw. geschädigt.

Solidus- bzw. Liquidustemperatur: Grenz-temperatur, unterhalb der keine Schmelzebzw. oberhalb der nur Schmelze vorliegt.

Lötnaht: Umfaßt den mit Lötgut gefülltenSpalt sowie die Diffusionsschichten (Über-gangsphasen) beidseitig des Lötguts.

Lötteil: Besteht mindestens aus 2Einzelteilen, die durch eine Lötnaht zueinem Teil verbunden werden. Das sog.Bauteil bedeutet dann ein Fügeteil, dasaus einem Lötteil oder einer bzw. mehrerenLötgruppen (Gruppen, die durch Löten vonLötteilen entstehen) besteht.

Lötgut1): Das im Ergebnis des Lötensumgeschmolzene und in seiner chemi-schen Zusammensetzung veränderte Lot[17].

Lötbarkeit: Sie beschreibt die Eigenschafteines Bauteils, durch Löten so gefügt wer-den zu können, daß es die gestellten For-derungen erfüllt. Sie berücksichtigt dieLöteignung, die Lötmöglichkeit und die Löt-sicherheit. Die Löteignung ist um so bes-ser, je weniger die werkstoffbedingten Fak-toren als Vorbedingung für die Lötfertigungeiner Lötkonstruktion berücksichtigt wer-den müssen. Die Lötmöglichkeit ist eineFertigungseigenschaft und um so besser,je weniger bei der Konstruktion die ferti-gungsrelevanten Merkmale bei der ge-wählten Werkstoffkombination zu beden-ken sind. Die Lötsicherheit ist eine Kon-struktionseigenschaft und um so größer, jeweniger die konstruktionsbedingten Fak-toren bei der Wahl der Werkstoffkombina-tion sowie der Lötfertigungsbedingungenund je weniger die Anforderungen an dasBauteil im Einsatz zu beachten sind.Vereinfacht lassen sich die die Lötbarkeitbestimmenden Einflußgrößen auf den Löt-prozeß (Verfahren, Lötparameter), den löt-gerechten Werkstoff (Grundwerkstoff, Lot,Flußmittel, Lötatmosphäre) und lötgerech-te Konstruktion reduzieren [4].

Bezüglich der hier relevanten DIN-Normenist festzuhalten, daß zum Zeitpunkt derDrucklegung entsprechende europäischeNormen erarbeitet und als DIN EN in dasdeutsche Normenwerk übernommen wer-den bzw. bereits wurden. Daher werden indieser Schrift die Normen entsprechenddem aktuellen Stand herangezogen bzw.bei Werkstoffangaben teilweise beideFormen angegeben.

2

1) Dieser in der DIN nicht genormte, aber in der Literatur definierte Begriff stelltdie beste Übersetzung des englischen Begriffes „braze metal“ dar, der im Zugeder EN Verwendung finden wird.

Lote, Flußmittel, Lötatmosphären

Lote sind i.a. zum Löten geeignete Zusatz-werkstoffe, die im Sonderfall während desLötens durch Diffusion aus denKomponenten zweier verschiedenerGrundwerkstoffe entstehen können. Siekönnen in Form von Draht, Stab, Blech,Band, Stangen, Pulver, Schnitzeln, Kör-nern, Paste oder Formteilen geliefert wer-den. Die Lieferform der Lote kann in aus-gewählten Fällen auch ihre Querschnitts-beschaffenheit (z.B. bei Plattierungen,flußmittelgefüllten oder beschichtetenDrähten und Stäben) und Konsistenz (beiPasten) einschließen [4].Die charakteristischen Eigenschaften derLote sind ihre Schmelzbereiche (die zwi-schen Solidus- und Liquidustemperatur lie-genden Bereiche) sowie ihre Arbeitstem-peraturen, die von der chemischen Zu-sammensetzung bestimmt werden. Lotemit einer Liquidustemperatur von unterhalb450°C werden Weichlote genannt. Liqui-dustemperaturen der Hartlote liegen dem-gemäß oberhalb 450°C. Hochtempera-turlote stellen einen Sonderfall derHartlote dar; sie haben eine Liquidustem-peratur höher als 900°C und sind zumflußmittelfreien Löten unter Luftabschluß(Vakuum, Schutzgas) geeignet. Auch dieEinteilung der Lötverfahren (s. Kap. 3)nach der Liquidustemperatur erfolgt jenach verwendetem Lot: Weich-, Hart- undHoch-temperaturlöten. Von besonderemInter-esse für Kupferwerkstoffe sind hier-von Weich- und Hartlöten.Flußmittel sind nichtmetallische Stoffe, diefür die Benetzung der Grundwerkstoffe mitLot sorgen. Unter der Voraussetzung, daßdie Lötflächen ausreichend vorgereinigtsind, lösen die Flußmittel noch vorhandeneOberflächenfilme auf und verhindern ihreNeubildung, so daß das Lot die Lötflächebenetzen kann. Die Praxis verwendet dieFlußmittel als Pulver, Paste und als Tinktur(flüssige Lösung). Kombinationen von Lotund Flußmittel sind als Gemische von Löt-und Flußmittelpulver, Lotpasten oderRöhrenlot mit Flußmittelseele bzw. Lotstabmit Flußmittelmantel gebräuchlich.

Eine charakteristische Eigenschaft derFlußmittel ist deren Wirktemperatur-bereich. Das ist der Temperaturbereich, indem die Flußmittel die vorhandenenOxidfilme zerstören und so das nachfol-gende Benetzen des Werkstücks durchdas Lot erlauben. Die Wirkung desFlußmittels setzt bei der unteren Wirktem-peratur ein und endet bei der oberenWirktemperatur. Die Wirkzeit ist die Zeit-spanne, über die ein Flußmittel währenddes Lötens wirksam bleibt; sie ist verfah-rensabhängig. Die Wirkzeit geschmolzenerFlußmittel ist begrenzt, was bei Verfahrenmit langen Lötzeiten beachtet werdenmuß.Für die sachgemäße Durchführung derLötung müssen Wirktemperatur des FIuß-mittels und Schmelzbereich (Arbeitstem-peratur) des Lotes aufeinander abge-stimmt sein. In Bild 1 ist der Vorgang derVerdrän-gung von Flußmittel durchgeschmolzenes Weichlot schematisch dar-gestellt. Ein Verzicht auf die Flußmittel istmöglich, wenn an der Luft selbstfließendeLote zum Einsatz kommen oder derLötprozeß mit geeigneten Loten unterVakuum bzw. Schutzgas durchgeführt wird.Werden die Lötflächen unmittelbar vor demFügen vorbehandelt und beim Löten hoheErwär-mungsgeschwindigkeiten realisiertoder aber Maßnahmen zur Zerstörung derOxidschichten während des Lötens getrof-fen, kann auch flußmittelfrei gelötet wer-den.Lötatmosphären haben die Aufgabe,Grundwerkstoff und Lotoberfläche beimAufheizen vor Oxidation zu schützen undgegebenenfalls vorhandene Oxidfilme zureduzieren. Schutzgase bzw. reduzierendeGase (Reaktionsgase) beseitigen die aufGrundwerkstoffen und Lot vorhandenenOxide durch chemische Reaktion ohneVerwendung eines Flußmittels. Dagegenwerden für das Löten unter inertemSchutzgas oder Vakuum höhere Anfor-derungen an die Oberflächenreinheitgestellt. Allerdings liegt der Zersetzungs-druck von CuO in einem technisch erreich-baren Bereich, so daß die Entfernung sol-cher Schichten unter Vakuum möglich ist.Auch die Lötatmosphären haben einencharakteristischen Wirktemperaturbereich.

Weichlote

Die wichtigsten Weichlote für Kupferwerk-stoffe sind antimonfreie bzw. -arme sowieantimonhaltige Zinn-Blei- bzw. Blei-Zinn-Lote nach DIN EN 29 453 und E DIN 1707Teil 100, allgemein als „Lötzinn“ bekannt.Bild 2 zeigt das Zustandsschaubild Blei-Zinn, in dem die Lage diverser genormterWeichlotlegierungen angegeben ist. Eswurden zum besseren Verständnis aucheinige antimonarme und antimonhaltigeWeichlote, wie das Weichlot S-Pb69Sn30Sb1 (L-PbSn30Sb), eingezeichnet,die strenggenommen nicht zum Zustands-schaubild Blei-Zinn gehören. Die Bilder 2 a-d zeigen Gefügebilder von vierWeichloten, wobei Bild 2 c das charakteris-tische Streifengefüge des in etwa eutekti-schen Lotes bei 63 % Sn (Schmelzpunktca. 183°C) gut erkennen läßt.Die Solidus- und die Liquidustemperaturder technischen Lote weichen aufgrundihrer Verunreinigungen und zusätzlichenLegierungselemente z.T. um einige GradCelsius von den Werten des Blei-Zinn-Zustandsdiagrammes ab. Das hat für dieLöttemperatur kaum Bedeutung. Jedochsind geringe Mengen der Verunreinigungs-bzw. Zusatzelemente schon von großemEinfluß auf das Fließvermögen und dieBenetzungsfähigkeit des Lotes, auf dieLötgeschwindigkeit und auf die mechani-schen Eigenschaften der Lötstelle. Dem-entsprechend hat sich eine Reihe von Lot-legierungen durchgesetzt, die für die ver-schiedenen Anwendungsgebiete geeignetsind. In Tab. 1 ist eine Auswahl wiederge-geben. Während antimonfreie Weichlotevorwiegend Feinlötungen vorbehalten sind,kommen antimonarme und antimonhaltigeLote meist für Groblötungen infrage. Außerdem werden zum Löten von Kupfer-werkstoffen Zinn-Blei-Weichlote mitKupfer-, Silber- und Phosphorzusatz nach E DIN 1707 Teil 100, sowie Sonder-weichlote bzw. Weichlotlegierungen fürandere als Zinn-Blei- und Zinn-Blei-Antimon-Legierungen nach E DIN 1707Teil 100 und DIN EN 29 453 herangezo-gen. Die beiden letztgenannten Gruppenvon Weichloten weisen oft höhere oderniedrigere Solidustemperaturen als dieWeichlote in Tab. 1 auf.Eine aus dieser Gruppe für Kupfer undKupferlegierungen getroffene Auswahl istin Tab. 2 wiedergegeben. Zinn-Blei-Weichlote mit Kupfer-, Silber- oderPhosphorzusatz, aber auch Sonderweich-lote mit Silberzusätzen finden hauptsäch-lich in Elektrotechnik und ElektronikAnwendung. Für Glas-Metall-Lötungen eig-net sich das indiumhaltige Lot S-Sn50In50(L-SnIn50). Blei- und antimonfreie Weich-lote auf Zinnbasis S-Sn97Cu3 (L-SnCu3)sowie S-Sn96Ag4 bzw. S-Sn97Ag3 (L-SnAg5) haben sich in der Kupferrohr-installation für Trinkwasserleitungen bes-tens bewährt.Weichlote auf Zink- oder Cadmiumbasiswerden in geringem Umfang eingesetzt.Bei Verwendung cadmiumhaltiger Weich-lote sind die Bestimmungen in UVV-VBG(Unfallverhütungsvorschriften-Vorschriften

Bild 1 (DKI A 1286) Schematische Darstellung der Verdrängung von Flußmittel durch geschmolzenes Lot [3]

A: Flußmittellösung liegt auf der oxidierten Metalloberfläche;B: Kochende Flußmittellösung entfernt den Oxidfilm (z.B. als Chlorid)C: Blanke Metalloberfläche in Berührung mit dem flüssigen FlußmittelD: Flüssiges Lot tritt anstelle des geschmolzenen FlußmittelsE: Lot reagiert mit dem Grundmetall F: Lot erstarrt

3

Weichlote undWeichlotflußmittel

der Berufsgenossenschaft) zu beachten.Die Lote mit der höheren Arbeitstempera-tur kommen zum Einsatz, wenn das Bauteilim späteren Gebrauch Temperaturen aus-gesetzt wird, bei denen die Warmfestigkeitder Lötstellen aus üblichen Zinnloten nichtausreicht. Soll dagegen die Löttemperatur,z.B. mit Rücksicht auf neben der Lötstelleliegende Isolierstoffe, möglichst niedrigsein oder aber steht eine Zweitlötung an,dann werden Lote mit der niedrigenArbeitstemperatur eingesetzt.

Flußmittel zum WeichlötenAn die Flußmittel zum Weichlöten werdenzwei sich widersprechende Forderungengestellt. Die eine verlangt eine schnelleund gründliche Beseitigung der Oxidfilme,d.h. hohe Lötgeschwindigkeit mit entspre-chend niedrigen Kosten. Flußmittel, diedieser Forderung genügen, bestehen imwesentlichen aus Zinkchlorid und Ammo-niumchlorid. Ihre Rückstände könnenjedoch an der Lötstelle und ihrer Um-gebung Korrosion hervorrufen, wenn sienicht gründlich abgewaschen werden, wasin der Praxis oft nicht durchführbar ist odernicht durchgeführt wird. Daraus ergibt sichdie Gegenforderung nach Flußmitteln,deren Reste mit Sicherheit keine Korro-sionsgefahr darstellen. Diese Forderungwird vom Kolophonium erfüllt. Da Kolopho-nium aber wesentlich weniger wirksam istals die genannten Chloride, gestattet esnur eine erheblich geringere Lötgeschwin-digkeit, die sich jedoch durch Aktivierungs-zusätze zum Flußmittel erhöhen läßt [5].Gemäß der genannten Forderungen wur-den Flußmittel in der früheren DIN 8511,Teil 2, je nach Wirkung ihrer Rückständeunterteilt, die Korrosion hervorrufen(F-SW11 bis F-SW13) oder bedingt korro-dierend wirken (F-SW21 bis F-SW28) oderaber nicht korrodierend sind (F-SW31 bis F-SW34).Abweichend hiervon wurden die Flußmittelin der neuen DIN EN 29 454, Teil 1, nichtmehr nach der Wirkung der Flußmittel-rückstände eingeteilt, sondern nach ihrenchemischen Hauptbestandteilen. Der ent-

Bild 2 (DKI A 3972) Zustandsschaubild Blei-Zinn [3]. Darunter sind Mikrofügeaufnahmen von vier verschiedenen Weichlotenwiedergegeben. Die schwarzen Flächen in a) und b) sind in das Eutektikum eingelagerte Bleimischkristalle; c) ist das Eutektikumund d) zeigt das Eutektikum als dunklere Grundmasse, darin eingebettet sind die hellen Zinnmischkristalle.

Tab.1 Blei-Zinn- und Zinn-Blei-Weichlote nach DIN EN 29 453 und E DIN 1707 Teil 100 für Kupfer und Kupferlegierungen (Auswahl)

1) Toleranzen in der Zusammensetzung, zulässige Beimengungen s. DIN EN 29 453 bzw. E DIN 1707 Teil 1002) F = Flammlöten; I = Induktionslöten; K = Kolbenlöten; T = Tauchlöten (Lotbadlöten)3) Die früher verwendeten Kurzzeichen von Lotwerkstoffen vergleichbarer Zusammensetzung nach der ungültigen DIN 1707

4

sprechende Gruppenaufbau ist in Tab. 3awiedergegeben. Danach wird z.B. ein mitPhosphorsäure aktiviertes anorganisches,als Paste geliefertes Flußmittel mit 3.2.1.C,ein nicht halogenhaltiges flüssiges Harz-Flußmittel mit 1.1.3.A gekennzeichnet. ZurErleichterung des Umgangs mit den neuenTyp-Kurzzeichen, wurden in Tab. 3b diebisher üblichen Flußmitteltypen zumWeichlöten von Kupfer- und Kupferlegie-rungen denen nach DIN EN 29 454, Teil 1,

gegenübergestellt, wobei die Angabe derFlußmittelart (flüssig, fest, pastenförmig)unberücksichtigt bleibt.Grundsätzlich gibt es aber kein Fluß-mittel, das für sämtliche Grundwerkstoffeund Lote sowie für alle relevantenArbeitsweisen verwendbar ist. Vielmehrmüssen die Eigenschaften und die damitgekoppelte Zusammensetzung der Fluß-mittel dem Anwendungszweck angepaßtwerden.

Steht ein besonderer Anwendungsfall an,dann sollten Entsorgungsprobleme, Korro-sivität und mögliche Gesundheitsschä-digungen sowie Sicherheitsaspekte sorg-fältig überprüft werden, bevor die Auswahlfür ein bestimmtes Flußmittel getroffenwird. Einzelheiten über die Anwendungs-möglichkeiten der verschiedenen Fluß-mitteltypen zum Weichlöten sind auch denAnweisungen der Flußmittellieferanten zuentnehmen.

Tab. 3a Einteilung von Weichlötflußmitteln gemäß ihren Hauptbestandteilen nach DIN EN 29 454 T. 1

1) Andere Aktivierungsmittel dürfen verwendet werden.

Tab. 2 Sonderweichlote nach DIN EN 29 453 und E DIN 1707 Teil 100 für Kupfer und Kupferlegierungen (Auswahl)

1) Toleranzen in der Zusammensetzung, zulässige Beimengungen s. DIN EN 29 453 bzw. E DIN 1707 Teil 1002) F = Flammlöten; I = Induktionslöten; K = Kolbenlöten; T = Tauchlöten (Lotbadlöten)3) Die früher verwendeten Kurzzeichen von Lotwerkstoffen vergleichbarer Zusammensetzung nach der ungültigen DIN 1707

Tab. 3b Gegenüberstellung der Kennzeichnungen nach DIN EN 29 454 mit den früheren Bezeichnungen (vormals DIN 8511 T. 2) [16]

5

Hartlote

In Tab. 4 ist eine Auswahl von Lotwerk-stoffen auf Kupferbasis zusammengestellt,die zum Hartlöten von Kupfer- und Kupfer-legierungen herangezogen werden. Eshandelt sich dabei um Kupfer-Zink- undKupfer-Phosphor-Lote sowie um Lote, dieweniger als 20% Silber enthalten.Kupfer-Zink-Lote eignen sich für Lötungenvon Reinkupfer und höherschmelzendenKupferlegierungen. Steigende Zinkzusätzebis etwa 40% reduzieren die Schmelztem-peratur, bewirken aber eine Zunahme derFestigkeit und Bindefähigkeit, weshalb sog.Messinglote etwa einen solchen Zinkgehaltaufweisen. Zur Verhinderung von porösenLötstellen, die auf Zinkverdampfung undWasserstoffaufnahme zurückzuführen sind, werden meist 0,1 bis 0,2% Siliziumzulegiert bzw. das Löten erfolgt mitschwach oxidierender, nicht zu intensiverFlamme [4].Phosphor zeigt im Kupfer eine geringeLöslichkeit und liegt hauptsächlich alsKupferphosphat (Cu3P) in intermetallischgebundener Form vor. Die mechanischenEigenschaften der Kupfer-Phosphor-Lote,auch Phosphorlote genannt, werden durchden Phosphorgehalt und damit den Cu3P-Gehalt sowie Größe, Form und Anordnungseiner Partikel bestimmt. Eine Kaltumfor-mung ist bei Loten mit einem Phosphor-gehalt über 7% nicht mehr möglich, abetwa 300°C haben dagegen alle Phosphor-lote eine sehr gute Umformbarkeit.Sie sind oberhalb ihrer Arbeitstemperaturvon ≥ 710°C dünnflüssig und deshalb fürbreitere Lötspalte nicht geeignet. Wegender Phosphorverbrennung ist eine lötge-rechte Verarbeitung besonders wichtig.Eine Umformung der Lötstelle beim CP201 (L-CuP8) ist kaum möglich; es kommt zumEinsatz, wenn niedrige Arbeitstempera-turen und eutektisches Schmelzverhaltenerforderlich sind. Die beiden anderen in

Tab. 4 aufgeführten Phosphorlote ermög-lichen durch die Abstufung imPhosphorgehalt eine gezielte Auswahl fürweitere Anwendungsgebiete. Phosphorlotesind auf Kupfer, bedingt auch z.B. aufCuSn6 (CW452K, hierzu die Erläuterung inKap. 5), selbstfließend und können ohneFlußmittel verarbeitet werden, daPhosphor desoxidierend wirkt. AufKupferlegierungen reicht jedoch dieseWirkung nicht aus, so daß dort Flußmittelzu verwenden sind.Die in Tab. 4 aufgeführten Kupfer-Silber-Phosphor-Hartlote weisen eine Arbeitstem-peratur von 710°C auf und vereinigen diepositiven Eigenschaften der Zusätze. Siefinden für Kupfer, Rotguß, Kupfer-Zink- undKupfer-Zinn-Legierungen Anwendung.Eine Auswahl silberhaltiger Hartlote mitmehr als 20% Ag enthält Tab. 5, wo u.a.hauptsächlich Silber-Kupfer-Zink-Cad-mium- und Silber-Kupfer-Zink-(Zinn-)Hart-lote aufgelistet sind. Bei der ersten Gruppehandelt es sich um niedrigschmelzendeHartlote, deren Cadmiumzusätze dieSchmelztemperaturen herabsetzen, wie esBild 3 zeigt. Niedrige Löttemperaturenbewirken einen geringeren Energiever-brauch und vermeiden Lötfehler, da dabeidie Beeinflussung des Grundwerkstoffsminimiert ist. Diese Lote lassen außerdemdie Umformbarkeit bei Raumtemperaturzu. Allerdings sind beim Einsatz cadmium-haltiger Hartlote wie bei den cadmiumhalti-gen Weichloten die Vorschriften in UVV-VBG15 (s. 2.1.1) zu beachten. In vielenAnwendungen wird der Einsatz cadmium-freier Hartlote angestrebt und zunehmendpraktiziert. Verschärfte Arbeitsplatzbestimmungen undneue Regelungen der Verwendung vonLoten für Gegenstände, die mitLebensmitteln, z.B. Trinkwasser, in Berüh-rung kommen, haben dazu geführt, daßcadmiumhaltige Hartlote in bestimmtenBereichen nicht mehr einzusetzen sind.Die Zinnzusätze setzen ähnlich, jedochnicht so ausgeprägt wie Cadmium, dieSchmelztemperaturen der Silberhartloteherab. Diese Zusammenhänge sind in

Bild 4 dargestellt. So haben die beidenzinnhaltigen Hartlote AG104 (L-Ag45Sn)und AG106 (L-Ag34Sn) Arbeitstempera-turen von nur 650 bzw. 670°C. Bild 5 zeigteinige Silberhartlote.

Flußmittel zum Hartlöten

Flußmittel zum Hartlöten werden in DIN EN1045 behandelt. Im folgenden werdenFlußmitteltypen aufgeführt, die für Kupferund Kupferlegierungen im allgemeinen inBetracht kommen (alte Kennzeichnungennach DIN 8511 Teil 1 in Klammern).Flußmittel vom Typ FH10 (Typ F-SH1) wei-sen Wirktemperaturen ab 550°C auf undsind zum Hartlöten oberhalb 600°C bis800°C geeignet. Sie enthalten nebenBorverbindungen einfache und komplexeFluoride. Die Flußmittelrückstände wirkenmeist korrosiv, sie sollen daher ab-gewaschen oder abgebeizt werden. FH11 (F-SH1a) sind Flußmittel mit dengleichen Eigenschaften wie die vorgenann-ten Flußmittel, enthalten jedoch zusätzlichnoch Chloride.FH21 (F-SH2) sind Flußmittel mit einemWirktemperaturbereich ab 750°C bis etwa1100°C zum Hartlöten oberhalb 800°Ceinsetzbar. Sie enthalten Borverbindungenals Grundlage. Ihre Rückstände wirken imallgemeinen nicht korrosiv, sind ggf.mechanisch (Bürsten) oder durch Beizenzu entfernen.FH40 (F-SH4) sind Flußmittel fürWirktemperaturen ab 600°C bis etwa1000°C und werden zum Hartlöten ober-halb 600°C verwendet. Sie enthalten meistChloride und Fluoride und sind ohneBorverbindungen. Ihre Rückstände wirkenim allgemeinen korrosiv und sollen durchAbwaschen oder Abbeizen beseitigt wer-den. Prinzipiell gilt, daß reiner Borax nur inAusnahmefällen verwendet werden sollte.Die im Handel befindlichen Flußmittel-gemische sind wirksamer, passen sich denLöttemperaturen besser an und hinterlas-sen keine oder nur wenige harte Rück-stände. Einzelheiten, insbesondere Sicher-heitshinweise, sind den Herstellerangaben

Tab. 4 Hartlote (Auswahl) für Kupfer und Kupferlegierungen auf Kupferbasis

1) Toleranzen in der Zusammensetzung, weitere Legierungsbestandteile bzw. zulässige Beimengungen s. gültige Ausgaben der Normen2) für Fugenlötungen, an die keine hohen Ansprüche an Festigkeit gestellt werden können

6

Hartlote undHartlötflußmittel

zu entnehmen. Auch hier müssen die ent-sprechenden Vorschriften in UVV-VBG15(s. 2.1.1) beachtet werden.

Lötverfahren

Eine Klassifizierung der Lötverfahren kannnach verschiedenen Gesichtspunktenerfolgen [4]. Eine Einteilung der bekanntenLötverfahren zeigt Tab. 6. Nachstehendwerden einige Lötverfahren erläutert, diefür Kupferwerkstoffe von besonderemInteresse sind; die Behandlung vonVerfahren nach der Art der Lötstelle erfolgtunter Kap. 4.

Wie bereits in Kap. 2 erwähnt, wird je nachder Liquidustemperatur der Lote (DIN 8505, Teil 2) unterschieden zwischen:• Weichlöten (unterhalb 450°C),• Hartlöten (oberhalb 450°C) und• Hochtemperaturlöten (oberhalb 900°C).Zum Hochtemperaturlöten für andereWerkstoffe werden u.a. auch Lote aufKupferbasis verwendet, für Kupferwerk-stoffe selbst kommen jedoch fast aus-schließlich das Weich- und Hartlöten zurAnwendung.Für erfolgreiches Löten ist die gewählte Artder Energieträger bzw. Wärmezufuhr sehrentscheidend. Die Wärmequelle mußsicherstellen, daß die zum Erreichen derLöttemperatur erforderliche Wärmemengein ausreichend kurzer Zeit, auf jeden Fallwährend der Wirkdauer des Flußmittels,auf die Lötstelle übertragen wird.Entsprechend explizit ist die Einteilung (s. Tab. 6) der Lötverfahren nach dieser Art(DIN 8505, Teil 3). Dabei ist die Wärme-übertragungsform (fest, flüssig usw.) fürden Ablauf des Lötvorganges entschei-dend.Aus dem Bereich des Lötens durch festeKörper erfolgt beim Kolbenlöten dieErwärmung der Lötstelle und das

Abschmelzen des Lots mittels einesLötkolbens, der von Hand oder maschinellgeführt und ausschließlich zum Weichlötenbenutzt wird. Für Spaltlötungen mit langerÜberlappung ist er jedoch nicht verwend-bar.Die meisten Lötkolben tragen eine einge-baute Wärmequelle in Form eines elektri-schen Heizelementes oder eines Brennersfür Erdgas, Acetylen oder Propan.Wärmekapazität und Form des Lötkolbenssowie der Lötspitze müssen dem Lötteilangepaßt sein. Ein spitzer Winkel der letz-teren gewährleistet eine bessere Zugäng-lichkeit der Lötstelle, verursacht jedochhöhere Wärmeverluste. Die Masse derLötspitzen liegt zwischen 20 g und 1 kg,welche früher wegen des guten Wärme-transports und der guten Benetzbarkeitfast ausschließlich aus Kupfer bestanden.Da aufgrund der Kupferlöslichkeit von

Zinnlot die Lötspitzen bei Massenlötungenoft nachzubessern oder auszutauschenwaren, wurden kupferhaltige Lote (s. 5.1.1)bzw. mit anderen Werkstoffen plattierteLötspitzen entwickelt. Bilder 6 und 7 zei-gen einige Lötspitzen sowie einenGaslötstift.Beim Lötbadtauchlöten werden die zulötenden Teile in ein flüssiges Lotbadgetaucht und dabei vom Lot benetzt. DieEintauchgeschwindigkeit ist so zu optimie-ren, daß in jeder Tauchphase die Errei-chung der Löttemperatur gesichert bleibt.Dieses Verfahren wird bei Kupfer und sei-nen Legierungen im allgemeinen nur zumWeichlöten angewendet. Eine modifizierteForm ist das Wellen- bzw. Schwallöten,wobei die Lötteile, hauptsächlich bestücktLeiterplatten, über oder durch eine sog.stehende Lötwelle geführt werden. Beidem ähnlichen Schlepplöten werden die

Bild 3 (DKI A 1287) Wirkung von Cadmiumzugaben (etwa 20%) zu Silber-Kupfer-Zink-Legierungen [6]

Bild 4 (DKI A 1288) Solidus- und Liquidustemperaturen von Silber-Kupfer-Zink-Legierungen mit Zinnzusätzen (ca. 2%) [6]

Tab. 5 Silberhaltige Hartlote (Auswahl) mit mehr als 20% Ag für Kupfer und Kupferlegierungen

1) Toleranzen in der Zusammensetzung, weitere Legierungsbestandteile bzw. zulässige Beimengungen s. gültige Ausgaben der Normen

7

Lötteile, auch meist Leiterplatten, ober-flächlich mit dem Lotbad in Berührunggebracht und darüberhinweggezogen.Diese Verfahren werden ebenfalls aus-schließlich zum Weichlöten herangezogen.Das Flammlöten gehört zu denLötverfahren, bei denen die zum Löten not-wendige Energie durch Gase (Verbren-nung von Brenngas) erreicht wird. Es istgrundsätzlich für alle Löttemperaturenmöglich. Die Lötlampe und der Propan-Luft-Brenner sind für Weichlötarbeiten weitverbreitet. Zum Hartlöten dünner Werk-stoffe wird vorzugsweise ein Lötbren-ner mit den Gas/Luftgemischen benutzt. Bild 8 zeigt zwei zum Flammlöten verwen-dete Brenner. Brenngas-Sauerstoff-Ge-mische sind die wirtschaftlichen Energie-quellen, wenn dickere Werkstücke gelötetwerden sollen.Von den Lötverfahren mit elektrischerEnergiezufuhr findet das Ofenlöten(Erwärmung auf Löttemperatur in einemelektrisch beheizten Ofen) sowohl zumWeich- als auch zum Hartlöten Anwen-dung. Das Hartlöten im Schutzgasofen istbei solchen Kupferwerkstoffen möglich, diekeine leicht verdampfenden Legierungs-bestandteile enthalten. So ist der normale

Schutzgasofen zum Hartlöten von Kupfer-Zink-Legierungen (Messing) und für denEinsatz von zink- und cadmiumhaltigenLoten nicht zu empfehlen; dafür eignensich z.B. die Kupfer-Phosphor-Lote, diesiIberhaltigen Phosphorlote und dasSilberlot AG401 (L-Ag72).Das Ofenlöten weist dahingehend Vorteileauf, daß dabei Lötteile spannungs- bzw.verzugsfrei bleiben und Werkstücke kom-plizierter Form gelötet werden können.Außerdem ermöglicht es auch gezielteWärmebehandlung der Werkstücke bzw.das Löten und Wärmebehandeln in einemArbeitsschritt.Neben diesen bisher üblichen Verfahrengewinnen das elektrische Widerstands-löten und das Induktionslöten zuneh-mend an Bedeutung. Sie werden sowohlzum Weich- als auch zum Hartlöten einge-setzt. Neuerdings kommen für spezielleLötungen auch Licht-, Laser- sowieElektronenstrahllöten (Energiezufuhrdurch Strahlen) und Lichtbogenlöten(elektrische Gasentladung) zum Einsatz.Aufgrund der gewaltigen Steigerung derProduktionszahlen und der damit zuneh-menden Massenlötungen wurden zwecksMechanisierung und Automatisierung nach

den vorstehenden Grundverfahren vielsei-tige Lötmaschinen und -vorrichtungen ent-wickelt.

Allgemeine Regeln

Für das Löten gibt es eine Reihe von allge-mein gültigen, zu beachtenden Regeln, umdie Vorteile des Lötens, insbesondere dasselbsttätige Fließen des Lotes in den Spalt,sicher und wirtschaftlich zu beherrschen.Einige sollen hier erwähnt werden [4].Vor allem aber müssen die zu lötendenTeile bzw. Werkstücke lötgerecht konstru-iert und vorbereitet sein. Unter Berück-sichtigung der jeweiligen Anforderungenund Lötverfahren müssen Grundwerkstoff,Lot, Flußmittel (Wirktemperatur min. 50 Kunterhalb der Solidustemperatur des Lots)und Lötatmosphäre aufeinander abge-stimmt sein. Zur Vermeidung von uner-wünschten Erscheinungen, wie die nur beibestimmten Grundwerkstoff-Lot-Verbin-dungen auftretende Lötbrüchigkeit und die

Bild 5 (DKI A 6009) Cadmiumfreie Silberhartlote (blank bzw. flußmittelummantelt)

Tab. 6 Lötverfahren, Einteilung nach verschiedenen Gesichtspunkten

8

Allgemeine Regeln und löt-gerechte Konstruktion

beim Löten von Grundwerkstoffen mit sehrunterschiedlichen Ausdehnungskoeffi-zienten aufgrund von Spannungen entste-hende Lötrissigkeit, sind geeigneteGrundwerkstoffkombinationen und Löt-bedingungen auszuwählen. Während einezügige Erwärmung der Lötstelle auf dieLöttemperatur anzustreben ist, kann beimLöten mit Flußmitteln oder Lötpasten amAnfang ein vorsichtiges Erwärmen ratsamsein. Auf jeden Fall muß der Grundwerk-stoff an der Berührungsstelle mit dem Lotmin. die Arbeitstemperatur erreicht haben,anderenfalls kugelt das Lot. Daher erweistsich eine indirekte Erwärmung des Lotsüber das Werkstück als günstig, wie esBild 9 verdeutlicht. Es sollte nur so viel anLotmenge zugeführt werden, daß sie denLötspalt füllt und eine Lothohlkehle bildet,wobei ggf. die Anordnung des Lots in einerDepotnut kurze Fließwege und dadurchgute Durchlötung sowie wenig Fehlstellen

sichert. Außerdem sollte die Erwärmungnach dem Fließen des Lots abgebrochenwerden, um eine Überhitzung der Lötstellezu verhindern. Beim Ofenlöten von größe-ren Werkstücken muß die Erwärmunggemäß einer vorher in Versuchen ermittel-ten Zeit-Temperatur-Vorgabe erfolgen, umein einheitliches Erreichen des Tempera-turprofils zu sichern. Während der Abküh-lungsphase ist die Fügestelle ruhig zu hal-ten, so darf beispielsweise bei einigenrißempfindlichen Werkstoffen nach demLöten nicht mit Wasser abgeschreckt wer-den. Nach dem Löten sollten die Lötteilevon korrosiven Flußmittelrückständenbefreit und - wenn Oberflächenbehandlun-gen durchzuführen sind - entsprechendnachbehandelt werden.Besonders hingewiesen werden soll aufden Aspekt, daß sich durch die Erwärmungdie Eigenschaften der Grundwerkstoffe inAbhängigkeit von der Temperatur und Zeitsowie von Werkstückabmessungen ändern

können. Möglich sind neben der bereitsgenannten Lötbrüchigkeit und -rissigkeitOxidation, Form- und Abmessungsände-rung sowie Änderung der mechanischenEigenschaften der gelöteten Werkstücke.Im Gegensatz zu einem üblichen Glühpro-zeß mit einer Dauer von ca. 0,5 bis mehre-ren Stunden dauern Lötvorgänge kürzereZeit. Entsprechend gering ist die Beein-flussung der üblichen kaltumgeformtenWerkstücke. Bild 10 vergleicht die Vor-gänge bei normaler und kurzzeitigerGlühung. Bei der letzteren, wie sie beimLöten gegeben ist, sind die Bereiche derErholung und der Rekristallisation breiterund die Grenzen zu höheren Temperaturenverschoben. Das bedeutet, daß eine Glüh-temperatur, die bei Langzeitglühung eineRekristallisation des Grundwerkstoffesbewirkt, beim Löten nur Erholungsvor-gänge hervorrufen oder Festigkeitswertereduzieren kann. Lote mit niedrigenArbeitstemperaturen sind hierbei vorteil-haft. Anders ist es jedoch bei aushärtbarenWerkstoffen, wo insbesondere beimHartlöten spezifische Besonderheiten zubeachten sind. Dieser Sachlage wird an betreffendenStellen Rechnung getragen.

Lötgerechte Konstruktion

Die konstruktive Gestaltung entscheidetüber Qualität und Kosten eines Bauteils.Sie sollte einen reibungslosen Ablauf derLötvorgänge, wirtschaftliche Fertigung undmechanisch belastbare Lötverbindungengewährleisten. Eine ordnungsgemäßeLötverbindung versagt immer im Grund-werkstoff. Daneben sind bei der Gestaltungder Lötverbindung Faktoren wie derZustand und die Güte der zu lötendenOberflächen, Spaltbreite und ihr Einfluß aufkapillaren Fülldruck, die Geometrie undlagerichtige Zuordnung sowie Formände-rung der Einzelteile zu beachten. Außer-dem muß die Zielsetzung feststehen, obdabei Verbindung von Einzelteilen oderBeschichtung (Ergänzen bzw. Veredeln vonOberflächen) angestrebt wird [4].So unterscheidet DIN 8505, Teil 2, nach Artder Lötstelle zwischen Auftraglöten(Beschichten durch Löten) und Verbin-dungslöten (Fügen durch Löten). Verbin-dungslöten wird weiterhin in Spalt- undFugenlöten unterteilt, welche in Bild 11schematisch dargestellt sind. Spaltlöten hat die größte Bedeutung fürdie Praxis. Es ist ein Fügen von Werkstük-ken, deren miteinander zu verbindende

Oberflächen einen kleinen, üblicherweisegleich breiten Abstand (Spalt) voneinanderhaben. Der Lötspalt wird vorzugsweise

durch kapillaren Fülldruck mit Lot gefüllt.Der maximal zulässige Abstand soll nurausnahmsweise größer als 0,25 mm sein.Für das Löten mit dem silberfreienKupferhartlot CP201 (L-CuP8) sollte - umSprödbruch zu vermeiden - eine Montage-spaltbreite von 0,1 mm und wenigergewählt werden.Beim Spaltlöten benetzt das Lot die zulötende Fläche erst dann, wenn sie min-destens die Arbeitstemperatur erreicht hat.Deshalb besteht die Notwendigkeit, einegrößere Fläche des Werkstücks entlangdes Lötspaltes gleichmäßig auf Arbeits-temperatur zu erwärmen, um dasEinschießen des Lots in den Spalt zusichern. Die Temperaturverteilung, diebeim Spaltlöten möglichst anzustreben ist,wird in Bild 12 dargestellt.Fugenlöten ist ein Fügen von Teilen,wobei eine sich zwischen den Teilenbefindliche breite Fuge vorwiegend infolgeder Schwerkraft mit Lot gefüllt wird (s. Bild14). Die Temperaturverteilung zeigt Bild 13. Weichlote werden hauptsächlichfür Spaltlötungen eingesetzt, währendHartlote für Spalt- und Fugenlötungen inFrage kommen. Spaltlöten findet jedochauf sehr verbreiteter Basis Anwendung.Das schmelzende Lot breitet sich imLötspalt durch Kapillarwirkung selbsttätigaus. Deshalb darf ein Spalt in Fließrichtungdes Lotes wohl enger, aber nicht weiterwerden, wenn des Lot ihn restlos füllensoll. Zur besseren Veranschaulichung derVerhältnisse wird dies in Bild 14 amBeispiel einer V-förmigen Lötstelle (Löt-fuge) demonstriert.Die erzielte mechanische Festigkeit hängtunter anderem von der Breite des Spaltes ab.

Bild 6 (DKI A 6010) Lötspitzen aus Reinkupfer (oberflächen-behandelt) zum Handlöten

Bild 7 (DKI A 6011) Glaslötstift, dessen Spitze mit Butangas über Konverter (ohne offene Flamme) beheizt wird

Bild 8 (DKI A 3973 und 3974) Brenner zum Flammlöten mitPropan-Ansaugluft (links) und Acetylen-Ansaugluft (rechts)

Bild 9 (DKI A 1322) Gegenüberstellung direkter und indirekterLoterwärmung [4]

Bild 10 (DKI A 1323) Verhalten metallischer Werkstoffe bei lang- und kurzzeitiger Erwärmung [7]

9

Dabei liegt die günstigste Montagespalt-breite für Weich- und Hartlöten bei 0,05 bis0,20 mm. Bild 15 enthält eine für dasFlammlöten mit Flußmittel relevanteAufteilung. Insbesondere beim Weichlötenergibt sich bei einem Lötspalt bis 0,1 mmBreite die optimale Festigkeit. GeringeToleranzen bedeuten jedoch erhöhteBearbeitungskosten.In der vorliegenden Schrift werdenPrüfverfahren der Lote, Flußmittel undLotverbindungen nicht behandelt. Die rele-vanten Normen sind am Schluß aufgeführt.

Löten von Kupfer undKupferlegierungen

Kupfer und seine Legierungen könnensowohl weich- als auch hartgelötet werden.Wenn diese Werkstoffe durch Kaltumfor-mung verfestigt sind, erfahren sie beimWeichlöten im allgemeinen keine Einbußeihrer Festigkeit. Beim Hartlöten werden siejedoch je nach Kaltumformgrad zumindestan der Lötstelle entfestigt.Nachstehend werden neben den in DINgenormten und bekannten Werkstoffbe-zeichnungen der Grundwerkstoffe auchschon die neuen europäischen Werkstoff-nummern (Angaben in Klammern) ange-führt. Bei Loten und Flußmitteln erfolgt dieBezeichnung wie im vorangegangenen Textnach EN bzw. EN ISO sowie eine zusätzli-che Nennung der DIN-Kurzzeichen inKlammern.

Reines Kupfer

Die herausragenden Eigenschaften desKupfers sind hohe Leitfähigkeit für Wärmeund Elektrizität, ausgezeichnete Bearbeit-barkeit und gute Korrosionsbeständigkeitgegenüber den vielen verschiedenen Me-dien. Man unterscheidet zwischen

• sauerstoffhaltigen,• sauerstofffreien, nicht desoxidierten und• sauerstofffreien, mit Phosphor desoxi-

dierten Kupfersorten.

Gelötet werden hauptsächlich diese sog.Knet-Kupfersorten; das Löten von Guß-Kupfer findet dagegen selten Anwendung.Reines Kupfer bereitet beim Löten keineSchwierigkeiten, sofern einige Besonder-heiten beachtet werden.

Weichlöten

Das Weichlöten erfolgt vorwiegend mitZinn-Blei-Loten, im allgemeinen mit 50 und60 % Sn, nach DIN EN 29453 bzw. E DIN 1707 Teil 100. Für größere Teile fin-den meist die antimonarmen Lote, z B. S-Pb55Sn45 (L-PbSn45(Sb)), für feinereTeile die antimonfreien Lote wie z. B. S-Pb50Sn50 bzw.S-Pb50Sn50E (L-Sn50Pb)

oder S-Sn60Pb40 bzw. S-Sn60Pb40E (L-Sn60Pb) Anwendung. Zum Weichlötenvon Kupfer können die üblichen Flußmittelwie z.B. 3.2.2. (F-SW11), 3.1.1. (F-SW 21),3.2.2. (F-SW22), 2.1.1., 2.1.3., 2.2.3. (F-SW24) oder 2.1.2., 2.2.2. (F-SW25) ver-wendet werden.Die Lote S-Pb50Sn50 bzw. S-Pb50Sn50E(L-Sn50Pb) und S-Sn60Pb40 bzw. S-Sn60Pb40E (L-Sn60Pb) wurden früherauch in der Elektronik eingesetzt, griffenjedoch kupferne Lötspitzen verhältnismä-ßig stark an, wie es Bild 16 zeigt. Das führ-te durch häufiges Nachbearbeiten derLötkolbenspitzen zu Zeitverlusten in derFertigung, so daß zur allgemeinenSchonung der Lötkolben und beim Tauch-löten zur Schonung kupferkaschierterLeiterplatten sowie dünner Kupferdrähtekupferhaltige Weichlote eingeführt wurden.So sind heute für die Elektrotechnik undElektronik die antimonfreien Weichlote L-Sn60PbCu (für Bäder) und S-Sn60Pb38Cu2 (L-Sn60PbCu2), alsRöhrenlot mit Flußmittelfüllung, von großerBedeutung. Hier kommen bevorzugt dieFlußmitteltypen 1.1.2. (F-SW26), 1.1.3 (F-SW27 und F-SW32) und 1.1.1 (F-SW31)auf Kolophoniumbasis zur Anwendung.Teile von Elektromotoren, die bei etwashöheren Temperaturen beansprucht wer-den, sollten bevorzugt mit den in Tab. 2aufgeführten Sonderloten höherer Solidus-temperatur gelötet werden. Die Scher-festigkeit überlappter, mit Zinnlotenerzeugter Lötstellen beträgt im Kurzzeit-versuch etwa 20 N/mm2. Lötstellen mitSonderloten zeigen meist etwas höhereWerte.Zum Weichlöten von Kupfer im Lebens-mittelbereich sollen - und für Lötungen anTrinkwasserleitungen dürfen - nur dieSonderweichlote S-Sn97Ag3 bzw. S-Sn96Ag4 (L-SnAg5) und S-Sn97Cu3

0,25 mm

Lötspalt Lötfuge

Bild 11 (DKI A 3602) Lötspalt und Lötfuge. In der neueren Literatur wird in Ergänzung zur DIN unterschieden in einen Montagespalt (den Spalt bei Raumtemperatur) und einen Lötspalt (Spalt bei Löttemperatur, der aufgrund vonWärmedehnungen nicht mehr dem Montagespalt ent-spricht). Eine Übernahme in EN/ISO ist in der Diskussion.

Bild 12 (DKI A 1324) Temperaturverteilung im Werkstück beim Spaltlöten [8]AT = Arbeitstemperatur, T = Temperatur

Bild 13 (DKI A 1290) Temperaturverteilung im Werkstück beim Fugenlöten [8]AT = Arbeitstemperatur, T = Temperatur

Bild 14 (DKI A 3975) Richtiges und falsches Ansetzen des Lotes bei V-förmiger Lötstelle

Bild 15 (DKI A 1291) Kapillarer Fülldruck in Abhängigkeit von der Spaltbreite [4]

10

(L-SnCu3) eingesetzt werden. DetaillierteAngaben sind in dem DVGW-Regelwerksowie in der betreffenden Informations-schrift des DKI enthalten [10]. DieFestigkeit (ermittelt als Berstdruck) derartweichgelöteter überlappter Rohrverbin-dungen kann in diesem Fall höher liegenals diejenige hartgelöteter Verbindungen[18]. Für Lötstellen, die tiefen Temperaturenausgesetzt sind, benutzt die Kälteindustrieaußer silberhaltigen Hartloten bevor-zugt die Sonderweichlote S-Sn95Sb5 (L-SnSb5) und S-Sn97Ag3 bzw. S-Sn96Ag4 (L-SnAg5).Bei höheren Temperaturen kommt es zumKriechen der Lötstellen. Hierfür stehenwarmfeste Sonderweichlote (bleifreieSonderweichlote oder Blei-Silber-Weich-lote) zur Verfügung, die Dauertempera-turen bis 110°C ohne Beeinträchtigungertragen können.Die Guß-Kupfersorten nach DIN EN 1982lassen sich ähnlich wie die Knet-Kupfersorten einwandfrei weichlöten, wasjedoch deutlich seltener angewandt wird.

Hartlöten

Bei höheren mechanischen und thermi-schen Beanspruchungen wird hartgelötet.Dabei gehen im Hartlötbereich die durchKaltumformung erzielten höheren Festig-keitseigenschaften des Kupfers verloren.Außerdem können zu hohe Zug-, Druck-oder Scherbeanspruchungen des Werk-stücks neben der Lötstelle zum Bruch füh-ren, denn die Festigkeit aller üblichenHartlote (genauer: des Hartlötgutes) isthöher als diejenige des geglühten Kupfers.Zum Hartlöten dickerer Teile aus Kupferkönnen Messinglote, wie z.B. CU301,CU302 bzw. CU303 (L-CuZn40) sowieCU306 (L-CuZn39Sn), und phosphorhalti-ge Lote verwendet werden. GrößereBedeutung haben jedoch die siIberhaltigenHartlote. Sie haben niedrigere Arbeitstem-peraturen, verringern die Gefahr vonGrobkornbildung, gestatten höhere Löt-geschwindigkeiten und erlauben einen ver-ringerten Lotmaterialeinsatz. Das führttrotz des höheren Preises der Lote oft zuwesentlichen Kostensenkungen.Breite Anwendung finden selbstfließendephosphorhaltige Lote CP201 (L-CuP8),CP202 (L-CuP7), CP203 (L-CuP6), CP102(L-Ag15P), CP104 (L-Ag5P) und CP105(L-Ag2P), die zum Hartlöten von Reinkup-fersorten ohne Flußmittel einsetzbar sind.Allerdings sind Lötstellen aus silberfreien

Kupfer-Phosphor-Loten besonders beihöheren Phosphorgehalten und Lötspaltenüber 0,1 mm spröde (s. Kap. 4). So wirdbeispielsweise für ein Kupfer-Phosphor-Hartlot mit 5% P eine maximale Lötspalt-breite von 0,125 mm empfohlen.Im übrigen werden als Flußmittel je nachArbeitstemperatur die Typen FH10(F-SH1), FH11 (F-SH1a), FH21 (F-SH2)und FH40 (F-SH4) benutzt. Vorrangig kom-men für silberhaltige Hartlote mitArbeitstemperaturen bis 800°C Flußmitteldes Typs FH10 (F-SH1) und für Hartlotemit Arbeitstemperaturen über 800°CFlußmittel des Typs FH21 (F-SH2) zumEinsatz. Entscheidend für die Auswahl derFlußmittel ist auch die verfahrensbedingteLötzeit. Flußmittel für Ofenlötungen unterLuftatmosphäre müssen z.B. wegen derlängeren Lötzeit anders zusammengesetztsein als Flußmittel für Flammlötungen, dienur kurze Zeit wirksam zu sein brauchen.Bei der Wahl des Lötverfahrens ist derSauerstoffgehalt des Kupfers zu berück-sichtigen. Bei einem Sauerstoffgehalt > 0,02 % und Erwärmung in wasserstoff-haltiger Atmosphäre (Flamme oder redu-zierendes Schutzgas) besteht die Gefahrder sog. Wasserstoffkrankheit, d.h., daß jenach Löttemperatur und -zeit die betroffeneOberflächenzone durch die Einwirkung vonWasserstoff verspröden kann. Das gilt z.B.nicht, wenn Werkstücke bei Flammlötungenkurzzeitig auf Löttemperatur gebracht werdenkönnen. Bei sauerstoffhaltigem Kupfer soll-ten daher Lötverfahren angewendet wer-den, die an die Lötstelle keinenWasserstoff heranführen, wie z.B. Induk-tions- und Vakuumlöten. Wenn auf Flamm-lötung nicht verzichtet werden kann, solltemit Sauerstoffüberschuß (Streuflamme)und einem niedrigschmelzenden Lot gelö-tet werden. Die Gefahr einer Wasserstoff-versprödung kann durch Verwendung vonsauerstofffreien bzw. desoxidierten Kupfer-sorten gänzlich ausgeschlossen werden.Die größte Bedeutung haben hartgelöteteVerbindungen im Bereich der Kupferrohr-Installation, z.B. Trinkwasserleitungen (abDurchmesser 35 mm), weiterhin Flüssig-gas-, Gas- und Heizölleitungen (hierbeidarf nur hartgelötet werden) sowieHeizungsleitungen. In der Rohrinstallationwird vorzugsweise mit den Loten CP203(L-CuP6) oder CP105 (L-Ag2P) ohneFlußmittel gelötet. Außerdem sind fürKupferrohrinstallationen die hochsilberhal-tigen Hartlote AG203 (L-Ag44), AG106 (L-Ag34Sn) und AG104 (L-Ag45Sn) inVerbindung mit dem Flußmittel FH10 (F-SH1) zugelassen. Werden Fittings oderArmaturen aus Rotguß oder Messing gelö-tet, so wird auch bei den phosphorhaltigenHartloten Flußmittel benötigt. Bei derVerarbeitung von phosphorfreien Lotenmuß immer ein Flußmittel eingesetzt wer-den.Im Lebensmittelbereich werden die zinn-haltigen Hartlote wie z.B. AG104(L-Ag45Sn) bzw. AG106 (L-Ag34Sn) ein-gesetzt. Auf die bislang z. T. üblichen cad-miumhaltigen Lote muß hier aus gesund-heitlichen Gründen generell verzichtet wer-den. Die Guß-Kupfersorten werden wie dieKnet-Kupfersorten hartgelötet. BeiCC040A (G-CuL50 bzw. GK-CuL50)ist allerdings Hartlöteignung nur danngegeben, wenn bei kurzer Lötdauer

eine Wasserstoffaufnahme verhindertwird.

Anwendungsbeispiele

Kommutatoren elektrischer Maschinenwerden weich- oder hartgelötet. Kontakt-verbindungen in der Fernmeldetechnik undder modernen Elektronik werden bevor-zugt weichgelötet; ein besonderes Anwen-dungsgebiet sind die gedruckten Schal-tungen [9]. Die Lötbarkeit der dabei einge-setzten dünnen Kupferdrähte wird durchÜberzüge, meist Zinn, verbessert und gesi-chert. Für das Hartlöten der immer winzi-ger werdenden Kontaktteile sind Sonder-verfahren entwickelt worden, z.B. auf derBasis des elektrischen Widerstandslötens.Kupferne Rohrleitungen lötet man, je nachmechanischer und thermischer Beanspru-chung, weich oder hart, auch unterZuhilfenahme von Lötfittings. Wärmeüber-trager (hierzu zählen z.B. auch Autokühler)werden sowohl weich- als auch hartgelötet.Einige Anwendungsbeispiele von Lötun-gen an Kupfer zeigen die Bilder 177und 18.

Niedriglegierte Kupferwerkstoffe

Niedriglegierte Kupferwerkstoffe enthaltenbis etwa 5% Legierungszusätze zumKupfer und wurden vor allem für dieElektrotechnik, aber auch für spezielleBearbeitungen entwickelt. Man unterscheidet zwischen nicht aushärt-baren und aushärtbaren Knetlegierungen.

Bei den nicht aushärtbaren Knetlegierun-gen sind höhere Festigkeitswerte nurdurch Kaltumformung möglich. Bei denaushärtbaren Knetlegierungen lassen sichdie Festigkeitswerte sowohl durch Kaltum-formung als auch durchWärmebehandlung(Aushärtung) steigern. Von den niedrigle-gierten Kupfer-Gußwerkstoffen ist nur eineaushärtbare Legierungssorte CC140C (G-CuCr bzw. GK-CuCr) genormt.

Kaltverfestigende Legierungen

I) Kupfer-Silber

Die beiden Werkstoffe CuAg0,1 (CW013A)und CuAg0,1P (CW016A) waren in DIN17666 noch als niedriglegierte Kupfer-Silber-Legierungen genormt. Die europäischenNormen enthalten jedoch mit Silbergehalten0,04, 0,07 und 0,1 % in jeweils sauerstoff-freien, sauerstoffhaltigen sowie phosphor-haltigen Varianten insgesamt 9 Werkstoffe,die dann nicht mehr zu den niedriglegiertenKupferlegierungen, sondern wegen der mini-malen Silberzusätze den reinen Kupfersor-ten zugerechnet werden.Die in diesen Legierungen enthaltenengeringen Silbergehalte ändern die hoheelektrische Leitfähigkeit des Kupfers nurwenig, erhöhen jedoch die Entfestigungs-temperatur (z.B. bei einer Legierung mit 0,1 % Ag auf etwa 350°C). Deshalb wird Kupfer-Silber in der Elektrotechnik z.B.auch bei Temperaturbeanspruchung fürKommutatorlamellen, Ankerwicklungen usw.eingesetzt.

Bild 16 (DKI A 1292) Lösefähigkeit von Blei-Zinn-Legierungenfür Kupfer [9]

11

Für das Weichlöten bevorzugt man Zinn-Blei-Weichlote mit 40 bis 60% Sn. AlsFlußmitteI werden u.a. die Typen 3.1.1. (F-SW 12), 3.1.1. (F-SW 21), 2.1.1. (F-SW 24) sowie 1.1.1. (F-SW 31) und 1.2.3. (F-SW 33) im Bereich der Elektrotechnik ein-gesetzt. Aufgrund der höheren Entfesti-gungstemperatur bleiben bei fachgerech-tem Weichlöten die durch Kaltumformungerzielten hohen Festigkeitswerte desGrundwerkstoffes weitgehend erhalten. Dagegen werden beim Hartlöten die durchKaltumformung erreichten Festigkeitswertedes Kupfer-SiIbers im Bereich der Erwär-mung erheblich reduziert. Die sauerstoff-freien, desoxidierten Legierungen (mit0,001 bis 0,007% P oder aber einem ande-ren Desoxidationsmittel, z.B. Lithium), wiez.B. CuAg0,1P (CW016A), sind zumHartlöten am besten geeignet. Im allgemei-nen wird mit den meisten Silberhartlotenunter Verwendung von Flußmittel, bei-spielsweise Typ FH10 (F-SH1), gearbeitet.Bei besonderen Anforderungen an dieelektrische Leitfähigkeit der Lötverbindungwird auch mit AG401 (L-Ag72), ohneFlußmittel im Vakuum oder in technischenLöt-Schutzgasen, hartgelötet. Grundsätz-lich kann mit allen phosphorhaltigenHartloten ohne Flußmittel gearbeitet wer-den. Bei dem Lötvorgang ist der Bereichder Erwärmung möglichst klein zu halten,damit die Beeinträchtigung der Festig-keitswerte örtlich begrenzt bleibt, wobeijedoch unbedingt sicherzustellen ist, daßdie Arbeitstemperatur im gesamten Löt-bereich eingehalten wird.

II) Kupfer-Eisen

Die Kupfer-Eisen-Legierung CuFe2P(CW107C) enthält 2,1 bis 2,6 % Fe sowieZusätze aus Phosphor und Zink. DerWerkstoff zeichnet sich durch eine hohethermische und elektrische Leitfähigkeitbei gleichzeitig hoher Zugfestigkeit undhoher Entfestigungstemperatur aus. SeinHauptanwendungsgebiet liegt in derElektrotechnik, wo diese Legierung in gro-ßem Umfang für Leadframes (Halbleiter-montagerähmchen) als Systemträger-werkstoff eingesetzt wird. Diese typischeAnwendung zeigen Bilder 19 bis 21.Das Weichlöten erfolgt mit Zinn-Blei-Weichloten, wie z.B. S-Sn63Pb37 bzw. S-Sn63Pb37E (L-Sn63Pb), sowie Flußmit-tel vom Typ 3.1.1. (F-SW 12 bzw. F-SW 21)und hat keine Entfestigung des kaltumge-formten Werkstoffes zur Folge. ZumHartlöten sind Silberhartlote und Fluß-mittel vom Typ FH10 (F-SH 1) geeignet.

III) Kupfer-Blei

Der Legierung CuPb1P (CW113C) sind 0,7bis 1,5% Blei als Spanbrecher zur Verbes-serung der Spanbarkeit zugesetzt.Restphosphorgehalte von 0,003 bis 0,012%P bieten Gewähr für eine guteDesoxidation des Werkstoffes und damitSchutz gegen das Auftreten der Wasser-stoffkrankheit. Diese Legierung hat einesehr hohe elektrische Leitfähigkeit undwird dann anstelle von reinem Kupfer ein-gesetzt, wenn gleichzeitig gute Spanbar-keit gefordert wird. Das ist z.B. der Fall,wenn Automaten-Drehteile aus einemhochleitfähigen Werkstoff zu fertigen sind.Wegen seines Bleigehaltes ist sie jedochnicht schweißbar, nur bedingt hartlötbar,aber gut weichlötbar.

Zum Weichlöten werden wie bei reinemKupfer Zinn-Blei-Weichlote mit 40 bis 60 %Zinn eingesetzt und als Flußmittel der Typ3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21) empfohlen.Wenn Hartlöten nicht vermeidbar ist, emp-fehlen sich Silberhartlote und Flußmittelvom Typ FH10 (F-SH1). Auch hier liegendann die Arbeitstemperaturen oberhalb derErweichungstemperatur dieser Legierung.

IV) Kupfer-Schwefel

Die Schwefelgehalte in der Kupfer-Schwefel-Legierug CuSP (CW114C) von0,3 bis 0,5% verbessern ebenfalls dieZerspanbarkeit, wobei eine sehr hoheelektrische Leitfähigkeit gewahrt bleibt. DerPhosphorgehalt von 0,003 bis 0,012% Pgewährleistet die Wasserstoffbeständig-keit. Diese Legierung ist schweiß- sowiehartlötbar und ausgezeichnet warmstauch-bar.Auch hierbei werden zum WeichlötenZinn-Blei-Weichlote mit 40 bis 60% Sn undFlußmittel vom Typ 3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21) verwendet. Zum Hartlöten wer-den bevorzugt Silberhartlote undFlußmittel vom Typ FH10 (F-SH1) einge-setzt. Die Festigkeitswerte von kaltverfes-tigtem Material gehen dabei auf die desweichen Zustands zurück.

V) Kupfer-Tellur

Die Kupfer-Tellur-Legierung CuTeP(CW118C) mit Zusätzen von 0,4 bis0,7%Te und von 0,003 bis 0,012% P hatdie gleichen Eigenschaften wie die o.g.Kupfer-Schwefel-Legierung.CuTeP (CW118C) wird mit Zinn-Blei-Weichloten (40 bis 60 % Sn) und Flußmittelvom Typ 3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21)weichgelötet. Da die Anlaßbeständigkeitdurch den Tellurzusatz auf Temperaturenum 300°C erhöht ist, kann bei fachgerech-ter Weichlötung eine wesentliche Vermin-derung der Festigkeit kaltverformten Mate-rials vermieden werden. Zum Hartlötenverwendet man meist Silberhartlote undFlußmittel vom Typ FH10 (F-SH1). Die

Bild 17 (DKI 3976) Ofenlötung an Wärmeübertrager und Schacht aus SF-Cu (CW024A) eines gasbeheizten Durchlauferhitzers, hartgelötet mit CP105 (L-Ag2P), ohne Flußmittel

Bild 18 (DKI 3977) Verteilerstück aus SF-Cu (CW024A), größ-ter Ø ~ 100 mm, kleinster Ø ~ 25 mm; mittels Flammlötung gefügt mit Hartlot CP105 (L-Ag2P), ohne Flußmittel

Bild 19 (DKI A 6007) Durch Reflow-Löten (Lötprozeß, bei dem vorbelotete Werkstücke auf Löttemperatur gebracht und so miteinander verbunden werden) hergestellte elektronische Baugruppen, angewendet in der SMD-Technologie (= Surface Mounted Devices)

Bild 20 (DKI A 6008) Durch Aufschmelzung von Lötpaste her-gestellte Verbindung (Lötpad) zwischen Beinchen desSystemträgers aus CuFe2P (CW107C) und dem Ba-sismaterial (Umgebung der Verbindungsstelle mit Lot-stoplack versehen, um ein unerwüschtes Ausbreiten des geschmolzenen Lots auf diese Restfläche zu verhindern)

Bild 21 (DKI A 6006) Metallographischer Längsschliff durch das in Bild 20 dargestellte Bauteil (demonstriert wird die gute Lotbenetzung)

12

Festigkeitswerte von kaltverformtem Mate-rial gehen auf die des weichen Zustandszurück.

VI) Kupfer-Zink

Die Legierung CuZn0,5 (CW119C) enthältetwa 0,1 bis 1,0 % Zn und bis 0,02 % P undweist eine sehr hohe elektrische Leitfähig-keit auf. Sie ist sehr gut kaltumformbar,wasserstoffbeständig und außerdem gutschweiß- bzw. hartlötbar und findet daherhauptsächlich als Systemträgerwerkstoff inder Halbleitertechnik Anwendung. Wegenguter Tiefziehfähigkeit wird diese Legie-rung auch zur Herstellung von Hohlwarenaller Art und von Wärmeüberträgerele-menten verwendet.Zum Weichlöten eignen sich alle Zinn-Blei-Weichlote mit 40 bis 60% Sn undFlußmittel vom Typ 3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21). Kurzzeitiges Weichlöten führtnoch zu keiner Entfestigung des kaltver-formten Grundwerkstoffs. Das Hartlötenwird mit Silberhartloten unter Verwendungvon Flußmittel vom Typ FH10 (F-SH1)durchgeführt.

Aushärtbare Legierungen

Im Gegensatz zu den kaltverfestigendenKnetlegierungen, die ihre durch Kalt-umformung erzielte Festigkeit im Bereichder Erwärmung zumindest teilweise einbü-ßen, lassen sich gewisse Lötungen anaushärtbaren Legierungen ohne Beein-flussung der mechanischen Eigenschaftenausführen. Ebenso können Löten undWärmebehandeln in einem Arbeitsschrittvorgenommen werden.

I) Kupfer-Beryllium

Kupfer-Beryllium-Legierungen CuBe1,7(CW100C) und CuBe2 (CW101C) mit 1,6bis 2,1 % Be haben eine mittlere elektri-sche Leitfähigkeit, sehr hohe Zugfestigkeitim ausgehärteten Zustand und eine erhöh-te Temperaturbeständigkeit. Die Anwen-dung erstreckt sich auf Federn aller Art,Membranen, verschleißfeste Teile und fun-kenarme Werkzeuge.Die zu lötenden Teile aus diesen Legie-rungen sollten vorher entfettet und gebeiztwerden, danach ist sofort zu löten, damitdie Lötbarkeit nicht durch Anlauf-schichtenherabgesetzt wird. Ist eine sofortige Lötungnicht möglich, sollte auf die zu lötendeOberfläche eine dünne Verkupfe-rung,Versilberung oder Verzinnung als Schutz-schicht und Verbindungsschicht aufge-bracht werden.

Bei diesen Werkstoffen betragen dieTemperaturen für das Lösungsglühen 760bis 800°C und für die Ausscheidungshär-tung 315 bis 330°C (Anlaßtemperatur).Das Weichlöten wird grundsätzlich nachder Aushärtung mit geeigneten Weichlotendurchgeführt, deren Fließtemperatur unterden üblichen Anlaßtemperaturen liegt. Amhäufigsten wird mit L-Sn60PbCu bzw. S-Sn60Pb38Cu2 (L-Sn60PbCu2) oder mitbleifreiem, jedoch kupferhaltigem Sonder-weichlot wie S-Sn97Cu3 (L-SnCu3) weich-

gelötet. Abhängig von der Oberflächen-beschaffenheit können Weichlötflußmittelder Typen 3.2.2. (F-SW11) und 3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21) eingesetzt wer-den. Vorverzinnte Teile lassen sich mitkolophoniumhaltigen Flußmitteln derTypen 1.1.2. (F-SW26) und 1.1.3. (F-SW27) weichlöten.

Das Hartlöten wird nach Möglichkeit vordem Aushärten durchgeführt. Dabei ver-wendet man zumeist niedrigschmelzendeSilberhartlote mit niedrigen Arbeitstempe-raturen zwischen 610 bis 650°C, wie z.B.AG302 (L-Ag45Cd), sowie Flußmittel, dieniedrigschmelzende Fluoride hoher Akti-vität enthalten. Um die Aushärtbarkeit nichtzu gefährden, muß schnell und gegebe-nenfalls unter Kühlung der Lötstellen-umgebung erwärmt und nach dem Erstar-ren des Lotes in Wasser abgeschrecktwerden. Bereits eine Lötzeit über 30 s hin-aus beeinträchtigt die Aushärtbar-keit, des-halb ist ein schnelles Löten erforderlich.Für Sonderfälle stehen hochschmelzendeHartlote, z.B. AG401 (L-Ag72) mit einerArbeitstemperatur von 780°C, zur Ver-fügung. Dabei liegt die Löttemperatur stetsim Lösungsbereich. Wegen der hohenOxydationsneigung ist hierbei ein Arbeitenunter Schutzgas mit zusätzlichem Fluß-mittel zu empfehlen. Um die Aushärtungs-fähigkeit zu sichern, werden die Teile nachdem Löten bis zum Erstarren der Lötver-bindung auf etwa 760°C gehalten undanschließend in Wasser abgeschreckt.Ein Anwendungsbeispiel zeigt das Bild 22.

II) Kupfer-Beryllium-Blei

Die CuBe 2Pb (CW102C) Legierung weist bisauf die durch Blei verbesserte Spanbarkeitdie gleichen Eigenschaften wie CuBe2 auf.Das Weichlöten und Hartlöten erfolgt auchentsprechend.

III) Kupfer-Kobalt-Beryllium

Die Legierung CuCo2Be (CW104C) mit 2,0bis 2,8 % Co und 0,4 bis 0,7 % Be stellt diehochleitfähige Variante der Kupfer-Beryl-lium-Legierungen dar. Sie weist bei etwasreduzierten Festigkeitswerten im Vergleichzu den hochfesten binären Kupfer-Beryllium-Legierungen eine mehr als dop-pelt so hohe elektrische Leitfähigkeit aufund ist auch wesentlich temperaturbestän-diger. Hauptanwendungsgebiete sindstromführende und temperaturbelasteteFedern, Teile für die Kunststoffverarbeitungund Elektroden von Widerstandsschweiß-maschinen.Die Ausführungen über das Weich- undHartlöten von Kupfer-Beryllium (s. oben)gelten im wesentlichen auch für Kupfer-Kobalt-Beryllium. Beim Hartlöten könnenhochschmelzende Lote mit Arbeitstem-peraturen von 870 bis 900°C. verwendetwerden. Danach wird in Wasser abge-schreckt, wodurch der lösungsgeglühteZustand vorliegt. Eine Aushärtungs-behandlung zwischen 450 und 480°C kanndann unmittelbar nachfolgen.Ausgehärtete Lötteile lassen sich miteinem niedrigschmelzenden Hartlot ohnewesentlichen Härteverlust hartlöten.

V) Kupfer-Nickel-Beryllium

Als es vor einigen Jahren bei der Kobalt-versorgung Engpässe gab, wurde dieLegierung CuNi2Be (CW110C) entwickelt,wobei in der Kupfer-Kobalt-Beryllium-Legierung das Kobalt durch Nickel ersetztwurde.Diese Legierung ist in den mechanischenund physikalischen Eigenschaften prak-tisch mit CuCo2Be übereinstimmend. Inder löttechnischen Verarbeitung beiderWerkstoffe gibt es kaum Unterschiede.

V) Kupfer-Nickel-Silizium

Kupfer-Nickel-Si l iz ium-LegierungenCuNi1Si (CW109C), CuNi2Si (CW111C)sowie CuNi3Si (CW112C) mit 1,0 bis 4,5 %Ni und 0,4 bis 1,3 % Si sind Werkstoffe mitmittlerer elektrischer Leitfähigkeit sowiehoher Zugfestigkeit und werden vornehm-lich zur Herstellung von Schrauben, Bolzenund Freileitungsarmaturen eingesetzt.

Die Temperaturen für das Weichlöten lie-gen auch hier unter der Warmaushärtungs-temperatur, so daß dabei die mechani-schen Werte nicht nennenswert beeinflußtwerden. Als Weichlote kommen Zinn-Blei-Lote mit Flußmittel vom Typ 3.1.1. (F-SW21) infrage. Zum Hartlöten sindSilberhartlote mit möglichst niedrigenArbeitstemperatu-ren unter Verwendungvon Flußmittel vom Typ FH10 (F-SH1) zuempfehlen. Die Festigkeitswerte der zulötenden Teile wird durch Löttemperaturund Einwirkungszeit beeinträchtigt.

VI) Kupfer-Chrom-Zirkon

Die Legierung CuCrZr (CW106C) hat 0,3bis 1,2 % Cr und 0,03 bis 0,3 % Zr. Sie istbei erhöhten Temperaturen nicht kerbemp-findlich wie Kupfer-Chrom (s. unten) undhat deshalb diesen Werkstoff aus seinenAnwendungsgebieten weitgehend ver-drängt.Beim Weichlöten tritt infolge der hohenAnlaßbeständigkeit warmausgehärteterTeile keine Minderung der Festigkeits-werte auf. Als Lote können nicht nur Zinn-Blei-Lote, sondern vor allem auch Sonder-weichlote wie S-Sn96Ag4 bzw. S-Sn97Ag3(L-SnAg5) oder S-Sn95Sb5 (L-SnSb5) mitFlußmittel vom Typ 3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21) verwendet werden.

Bild 22 (DKI A 3979) Kontakte (Brücken CuBe1, 7 (CW100C)und Plättchen aus Silber), mittels Induktionslötung (Lötung max. 30 s) mit Hartlot L-Ag40Cd, nach DIN8513, und Flußmittel FH10 (F-SH1) gelötet und an-schließend ausgehärtet

13

Zum Hartlöten werden vorzugsweise nie-drigschmelzende Silberhartlote unterVerwendung von Flußmittel des Typs FH10(F-SH1) eingesetzt. Sowohl die Anwär-mung als auch der eigentliche Lötvorgangsollen von kurzer Dauer sein, da sonst beiden höheren Arbeitstemperaturen bereitsmit einer zeitabhängigen Erweichung desGrundwerkstoffs gerechnet werden muß.

VII) Kupfer-Zirkon

Die gegenüber Glühungen in wasserstoff-haltiger Atmosphäre unempfindlicheKupfer-Zirkon-Legierung CuZr (CW120C)enthält 0,1 bis 0,3 % Zirkon und zeichnetsich durch sehr hohe Leitfähigkeit undAnlaßbeständigkeit bei hoher Festigkeitund Zeitstandfestigkeit (Kriechfestigkeit)aus. Bei höheren Temperaturen ist aller-dings auf die hohe Affinität des Zirkonszum Sauerstoff und damit auf die Oxidationzu achten.Das Weichlöten bereitet keineSchwierigkeiten. Wegen der hohen Ent-festigungstemperatur können höherschmelzende Weichlote eingesetzt wer-den. Wenn aus Korrosionsgründen Fluß-mittel des Typs 3.2.2. (F-SW11) nichtzulässig sind, sind Flußmittel wie die Typen2.1.2. bzw. 2.2.2. (F-SW25) oder 1.1.2. (F-SW26) erforderlich.Beim Hartlöten mit niedrigschmelzendenHartloten, deren Arbeitstemperaturenimmer noch über der Entfestigungstem-peratur dieser Kupfer-Zirkon-Legierung lie-gen, bleibt der ausgehärtete Zustand imvollen Umfang nur erhalten, wenn einschnelles Löten sichergestellt wird.

VIII) Kupfer-Chrom

Die Kupfer-Chrom-Legierung CuCr(CW105C) mit 0,3 bis 1,2 % Cr ist alsKnetwerkstoff wegen seiner Kerbempfind-lichkeit bei höheren Temperaturen weitge-hend durch die vorher beschriebeneKupfer-Chrom-Zirkon-Legierung substitu-iert worden und unterscheidet sich imLötverhalten von dieser nicht wesentlich.Dagegen wurde der Gußwerkstoff CC140C(G/GK-CuCrF35) in seinenAnwendungsbereichen beibehalten, da dieHerstellung von Kupfer-Chrom-Zirkon-Gußlegierungen nicht oder nur sehrschwierig möglich ist. Diese Gußlegierungwird selten gelötet, unterscheidet sich inder Löteignung jedoch nicht von der o.g.Legierung.

Kupfer-Zink-Legierungen

Von allen Kupferlegierungen werden dieKupfer-Zink-Legierungen bei weitem ammeisten verwendet und finden in fast allenBereichen Anwendung. Gründe hierfürsind neben ihrer ansprechenden Farbe dieleichte Bearbeitbarkeit sowie die gutenphysikalischen und Festigkeitseigenschaf-ten. Man unterscheidet zwischen Kupfer-Zink-Legierungen

• ohne weitere Legierungselemente(binäre Kupfer-Zink-Legierungen bzw.Messing),

• mit Blei (Kupfer-Zink-Blei-Legierungenbzw. bleihaltiges Messing) und

• mit weiteren Legierungselementen(komplexe Kupfer-Zink-Legierungenbzw. Sondermessing).

Es existieren Kupfer-Zink- Knet- undGußlegierungen.

Weichlöten

Obgleich die Elemente Zink und Zinn inWeichloten keine gegenseitige Verträglich-keit aufweisen, sind die binären und blei-haltigen Kupfer-Zink-Legierungen (Mes-sing und bleihaltiges Messing) prinzipiellgut weichlötbar.Zum Weichlöten von diesen Kupfer-Zink-Legierungen müssen möglichst sog. anti-monarme Lote (max. 0,5 % Sb) verwendetwerden. Höhere Antimongehalte könnendurch Entstehung von spröden Antimon-Zink-Kristallen zur Lötbrüchigkeit in derLötstelle und im Grundwerkstoff führen,wenn Zugspannungen vorliegen. Für großeTeile, z.B. Fahrzeugkühler, verwendet mandie zinnarmen Lote S-Pb90Sn10 bzw.S-Pb92Sn8 (L-PbSn8(Sb)) oder L-PbSn20Sb zum Flamm- und Tauchlöten.Für Zweitlötungen, auch mit dem Kolben,eignet sich das antimonarme Lot S-Pb60Sn40 (L-PbSn40 (Sb). Für Weich-lötungen im Lebensmittelbereich, z.B. anFittings und Armaturenteilen aus Kupfer-Zink-Legierungen in kupfernen Trinkwas-serleitungen, sind die Sonderweichlote S-Sn97Ag3 bzw. S-Sn96Ag4 (L-SnAg5)und S-Sn97Cu3 (L-SnCu3) einzusetzen.Im Gegensatz zu reinem Kupfer neigenkaltumgeformte Kupfer-Zink-Legierungenbei langen Lötzeiten und hoher Lotzufuhrsowohl beim Weich- als auch beimHartlöten zur Lötbrüchigkeit. Beim Benet-zen der Teile mit flüssigem Lot tretenBrüche im Grundwerkstoff auf, wenn ander Lötstelle ein inhomogener Spannungs-zustand vorliegt. Die Gefahr der Lötbrü-chigkeit ist besonders groß, wenn die zulötenden Teile in der Phase der Lot-benetzung umgeformt werden.Unter den binären Kupfer-Zink-Legie-rungen sind diejenigen mit �-Gefüge, z.B.CuZn30 (CW505L), für die Lötbrüchigkeitanfälliger als solche mit (�+�)-Gefüge,z.B. CuZn37 (CW508L). Im Zweifelsfall istder Spannungszustand zu beseitigen,indem die kaltverfestigten Teile vor demLöten spannungsarm- bzw. weichgeglühtwerden. Bekanntlich tritt danach keineLötbrüchigkeit mehr auf. Die beiden o.g.Werkstoffe sollten beim Schwallöten zurBehebung einer gewissen Lötträgheit vor-verzinnt werden.Zum Weichlöten werden Flußmittel derTypen 3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21),3.1.2. (F-SW22) und 2.1.2. bzw. 2.2.2. (F-SW25) eingesetzt.Kupfer-Zink-Knetlegierungen mit weiterenLegierungszusätzen (Sondermessing) be-reiten beim Weichlöten mit Ausnahme deraluminiumhaltigen Legierungen keineSchwierigkeiten. Bei den aluminiumhalti-gen Kupfer-Zink-Legierungen können auf-grund der hohen Sauerstoffaffinität desAluminiums (Oxidfilme) einige Problemeauftreten. Durch Verwendung von Sonder-flußmitteln kann aber eine Auflösung derOxidfilme erreicht werden.

Die Kupfer-Zink-Gußlegierungen werdenselten weichgelötet; sie unterscheiden sichjedoch löttechnisch nicht wesentlich vonden Knetlegierungen vergleichbarer Zu-sammensetzung.

Hartlöten

Mechanisch und thermisch höher bean-spruchte Werkstücke aus Kupfer-Zink-Legierungen werden hartgelötet. Grund-sätzlich besteht hierbei die Gefahr einerLötrissigkeit, die jedoch durch Spannungs-armglühung und den Einsatz von niedrig-schmelzenden Hartloten sowie durch Ver-meidung von äußeren Spannungen zu ver-hindern ist.Zum Hartlöten von binären Kupfer-Zink-Legierungen mit niedrigen Zinkgehalteneignen sich die Messinglote CU301 bisCU303 (L-CuZn40), ihre Arbeitstempe-raturen liegen unter den Solidustempera-turen dieser Grundwerkstoffe. Darüber hin-aus verwendet man je nach Arbeitstem-peratur und geforderter Dehnbarkeit derLötstelle silberhaltige Hartlote mit niedri-gen Arbeitstemperaturen. Aufgrund derErwärmung ist die Festigkeit der Lötstellemeist niedriger als die des Grundwerkstof-fes. Bei ausreichender Überlappung tretenetwaige Brüche nicht mehr an der Lötstelle,sondern in der weichgeglühten Randzone(Wärmeübergangszone) auf. In derKupfer-rohrinstallation werden Fittings undArma-turen aus Kupfer-Zink-Legierungenmit Kupfer auch durch Hartlöten mit CP105 (L-Ag2P) oder CP203 (L-CuP6) undFlußmittel vom Typ FH10 (F-SH1) verbun-den. Phosphorhaltige Lote sind aufMessing nicht wie auf Reinkupfer selbst-fließend und benötigen daher Flußmittel.Bleihaltige Kupfer-Zink-Legierungen, ins-besondere mit Pb-Gehalten von über 3 %,sind schlechter hartlötbar als die binärenLegierungen und können auch sprödeLötstellen aufweisen. Sie sind unter Ein-schränkungen mit niedrigschmelzendenSilberhartloten und Flußmittel des TypsFH10 (F-SH1) hartlötbar.Aluminiumhaltige Kupfer-Zink-Legierungensind gut hartlötbar. Bei Aluminiumgehaltenvon mehr als 1% sind nur Flußmittel derTypen FH10 (F-SH1), FH11 (F-SH1a) bzw.FH40 (F-SH4) zu verwenden; als Hartlotekönnen niedrigschmelzende Hartlote ein-gesetzt werden. Für korrosionsbean-spruchte Teile sollten aber Silberhartlotemit höheren Silbergehalten eingesetzt wer-den. Bei Meerwasserbeanspruchung wer-den nickelhaltige Silberlote AG351 (L-Ag50CdNi), AG403 (L-Ag56InNi) undAG502 (L-Ag49) empfohlen [4].Die Kupfer-Zink-Gußlegierungen werdenin gleicher Weise wie die Knetlegierungenhartgelötet.

Anwendungsbeispiele

Gelötete Komponenten aus Kupfer-Zink-Legierungen werden z.B. für Elektro- undAutomobilindustrie, Kommunikations- undHaushaltsgerätetechnik, elektrische undmechanische Systeme usw. in größerenStückzahlen gefertigt und in dieser Vielfalteingesetzt. Die Bilder 23 - 25 zeigen

14

Beispiele von weichgelöteten Bauteilen.Ein Beispiel von Hartlötung an Kupfer-Zink-Legierungen zeigt das Bild 26.

Kupfer-Zinn-Legierungen

Die Kupfer-Zinn-Legierungen sind wichtigeWerkstoffe für die Elektrotechnik (strom-führende Federn) und den Maschinenbau(Gleitelemente, Lagerbuchsen, Membra-nen), unterteilt in Knetlegierungen undGußlegierungen.

Weichlöten

Kupfer-Zinn-Knetlegierungen lassen sichähnlich wie reines Kupfer gut weichlöten,obgleich die Benetzung etwas träger ist.Gegebenenfalls (wie z.B. beim Schwal-löten) ist es ratsam, mit dem Lot S-Sn60Pb40E (L-Sn60Pb) vorzuverzinnen.Sonst werden zum Weichlöten Lote mit 50bis 60 % Sn eingesetzt. Für Feinlötungenkommen als Flußmittel z.B. die Typen1.1.2. (F-SW26), 1.1.1. (F-SW31) oder1.1.3. (F-SW27 bzw. F-SW32), für allge-meine Lötungen 3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21) und 3.1.2. (F-SW22) infrage.Kupfer-Zinn-Gußlegierungen werden kaumweichgelötet, verhalten sich jedoch löttech-nisch wie die Knetlegierungen vergleichba-rer Zusammensetzung.

Hartlöten

Auch bei den Kupfer-Zinn-Knetlegierungenbewirkt das Hartlöten eine Weichglühungan der Lötstelle. Vorzugsweise kommenhierbei niedrigschmelzende Silberhartlote,wie z. B. AG302 (L-Ag45Cd), und fürKapillarlötungen auch Kupfer-Phosphor-Lote, wie CP203 (L-CuP6) oder CP201 (L-CuP8), zum Einsatz. Anderenfalls be-

steht die Gefahr der Anschmelzung unddamit der Versprödung infolge Grobkorn-bildung. Bei Arbeitstemperaturen unter 800°C werden Flußmittel vom Typ FH10 (F-SH1), über 800°C solche vom Typ FH20(F-SH2) verwendet.Gußteile aus Kupfer-Zinn-Legierungen, dieweniger als 1,5 % Pb enthalten, lassensich mit Silberloten gut hartlöten. Bei Meer-wasserbeanspruchung sollte das Hartloteinen Silbergehalt von etwa 50 % haben.Als Fluß-mittel können die o.g. verwendetwerden.

Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen

Kupfer-Nickel-Zink-Knetlegierungen(Neusilber) werden in der Elektrotechnikals Federwerkstoffe, im Bauwesen, in derFeinmechanik und im Kunstgewerbe ein-gesetzt. Die Gußlegierungen, die z.B. fürSchiffsbeschläge, Armaturen und Kunst-guß verwendet werden, sind in EN nichterfaßt.Kupfer-Nickel-Zink-Gußlegierungen ver-halten sich löttechnisch ähnlich wie dieKupfer-Zink-Knetlegierungen.

Weichlöten

Zum Weichlöten wird neben den altbewährten Blei-Zinn-Loten bevorzugt dasWeichlot S-Sn97Ag3 bzw. S-Sn96Ag4 (L-SnAg5) eingesetzt, weil es eine bessereBindungs- und Benetzungsfähigkeit hat

und sich beim Beizen von Ziergegenstän-den und Haushaltgeräten und bei einerspäteren galvanischen Behandlung günsti-ger verhält. Die beim Weichlöten auftreten-den Temperaturen führen zu keinerEntfestigung der kaltverfestigten Grund-werkstoffe. Voraussetzung für eine guteBenetzung der Lötstellen sind fett- undoxidfreie Oberflächen.Zur Sicherstellung einer optimalen Benet-zung sollten die zu lötenden Oberflächenvorher besonders sorgfältig gebeizt (z.B.mit 10%iger Schwefelsäure) und entfettetwerden [11]. Als Flußmittel sind dann diestark aktivierten Typen 3.2.2. (F-SW11)oder 3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21) zu ver-wenden.

Hartlöten

Hartlöten von Kupfer-Nickel-Zink-Legie-rungen kann mit silberhaltigen Hartlotenerfolgen, wobei das Silberhartlot AG306 (L-Ag30Cd) eine ähnliche Farbe wie die desGrundwerkstoffs aufweist. Das meist ein-gesetzte Messinglot L-ZnCu42 hat diesel-be silbergraue Farbe wie die Kupfer-Nickel-Zink-Legierungen. Als Flußmittelsind z.B. die vom Typ FH10 (F-SH1) geeig-net. Zu beachten ist beim Hartlöten dieBeeinträchtigung der durch Kaltumformungerreichten Festigkeitseigenschaften.

Bleihaltige Kupfer-Nickel-ZinkLegierungenneigen bei Glühung zu Rißbildung, insbe-sondere nach starker Kaltumformung.Daher sollten beim Hartlöten dieserLegierungen niedrigschmelzende Silber-hartlote eingesetzt und nicht zu schnellerwärmt werden.

Kupfer-Nickel-Legierungen

Kupfer-Nickel-Legierungen gehören zu denkorrosionsbeständigsten Kupferwerkstof-fen. Die Knetlegierungen sind wichtigeWerkstoffe für den Schiffbau (insbesonde-re Kondensatoren und Seewasser-leitungen), den Apparatebau und dieElektrotechnik, z.B. als Widerstands-werkstoffe. Die Gußlegierungen werdenaußer im Schiffbau auch im Maschinen-bau, in der chemischen Industrie usw. ein-gesetzt.

Weichlöten

Diese Legierungen verhalten sich löttech-nisch etwa wie reines Kupfer. Die etwasträge Benetzung beim Weichlöten ist durchden Einsatz von Sonderflußmitteln auszu-gleichen; in Ausnahmefällen ist vorzuver-zinnen. Hierzu eignen sich bleifreie Zinn-Silber- und Zinn-Kupfer-Weichlote, wie z.B.S-Sn96Ag4 bzw. S-Sn97Ag3 (L-SnAg5)oder S-Sn97Cu3 (L-SnCu3), die imVergleich zu den früher verwendeten blei-haltigen Zinnloten bessere Festigkeits-eigenschaften sowie höhere Korrosions-und Temperaturbeständigkeit haben. AlsFlußmittel werden die Typen 3.2.2. (F-SW11) oder 3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21) eingesetzt.Kupfer-Nickel-Legierungen werden für dieAnwendungen in der Elektrotechnik sehr

Bild 23 (DKI A 6012) Mit Lotpaste weichgelötete Bauteile aus Kupfer-Zink-Legierungen in Sicherungskasten für LKW

Bild 24 (DKI A 3980) Abdeckplatte auf Federbalgen (be-stehend aus unterschiedlichen Kupfer-Zink-Legie-rungen) durch Flammlötung und mit Sonderweichlot S-Pb98Ag2 (L-PbAg3) sowie Flußmittel des Typs 3.1.1. (F-SW21) weichgelötet

Bild 25 (DKI A 3981) Mittels Induktionslötung mit Weichlot S-Pb50Sn50E (L-Sn50Pb) und Flußmittel 2.1.2. (F-SW25) weichgelötetes Manometergehäuse ausG-CuZn40Fe nach DIN 1709; a) Anschluß für Zeiger, b) Einlöten des Federrohres aus CuBe1,7 (CW100C)

Bild 26 (DKI A 1295) Hochdruckventil, hartgelötet mit L-Ag40Cd nach DIN 8513; Mittelteil aus CuZn39Pb3 (CW614N), Anschlußrohre aus SF-Cu (CW024A)

15

oft vorverzinnt oder vorversilbert unddanach mit kolophoniumhaltigen Flußmit-teln vom Typ 1.1.2. (F-SW26) oder 1.1.3.(F-SW27 bzw. F-SW32) weichgelötet.Dagegen hat die speziell für federndeBauelemente verwendete LegierungCuNi9Sn2 (CW351H) eine sehr guteAnlaufbeständigkeit und ist deshalb auchnach langer Lagerungszeit sehr gut lötbar.Für Lötungen an elektrischen Widerstän-den, die höheren Temperaturen ausgesetztsind, werden höherschmelzende Sonder-weichlote eingesetztDie Kupfer-Nickel-Gußlegierungen werdenkaum weichgelötet.

Hartlöten

Kupfer-Nickel-Legierungen haben einehöhere Solidustemperatur als Kupfer,daher ist das Hartlöten vor allem beiLegierungen mit höheren Nickelgehaltenauch mit reinem Kupfer möglich. Im allge-meinen werden jedoch Kupferhartlote, wiez.B. CU301 bis CU303 (L-CuZn40), CU306 (L-CuZn39Sn) oder CU305 (L-CuNi10Zn42), sowie Silberhartlote inVerbindung mit vor Oxidation schützendenFlußmitteln des Typs FH10 (F-SH1) einge-setzt. Es können auch farbähnlicheHartlote wie L-ZnCu42 und AG306 (L-Ag30Cd) verwendet werden. Um eineLötbrüchigkeit zu vermeiden, sollten aller-dings die eingesetzten Lote auf jeden Fallphosphorfrei sein. Das Hartlöten von manganhaltigen Kupfer-Nickel-Legierun-gen erfolgt bevorzugt mitden o.g. farbähnlichen Loten. Für die eisen-haltigen Kupfer-Nickel-Legierungen wirdmeist CU305 (L-CuNi10Zn42) und AG203(L-Ag44) verwendet. Für korrosionsbean-spruchte Lötstellen sollten in-dessen nurhochsilberhaltige Lote eingesetzt werden,so kommt z.B. bei Meerwasserbeanspru-chung das Hartlot AG301 L-Ag50Cd) zumEinsatz. Die Hartlöteignung der Kupfer-Nickel-Gußlegierungen entspricht dem derKnetlegierungen mit ähnlicher Legierungs-zusammensetzung.

Kupfer-Aluminium-Legierungen

K u p f e r - A l u m i n i u m - L e g i e r u n g e n(Aluminiumbronzen) zeichnen sich durcheine außerordentlich hohe Kavitationsfe-stigkeit aus und gehören darüber hinausauch zu den korrosionsbeständigstenKupferwerkstoffen. Daher sind sie alsKnet- und Gußlegierungen unentbehrlicheWerkstoffe für die chemische Industrie undden Maschinenbau. Sowohl beim Weich- als auch Hartlötenvon Kupfer-Aluminium-Legierungen sindzwecks Auflösung der chemisch sehrwiderstandsfähigen Aluminiumoxide immerSonderflußmittel erforderlich.Die Kupfer-Aluminium-Gußlegierungenwerden kaum gelötet, verhalten sichjedoch löttechnisch wie die Knetlegierun-gen vergleichbarer Zusammensetzungen.

Weichlöten

Kupfer-Aluminium-Legierungen werdenselten weichgelötet, da sich die Benetz-

barkeit der Grundwerkstoffe mit steigen-dem Aluminiumgehalt verschlechtert, sodaß eine Bindung ganz schwer und nur mitHilfe spezieller Flußmittel erfolgen kann.Als Weichlote kommen für Einzellötungeninsbesondere S-Sn96Ag4 bzw. S-Sn97Ag3(L-SnAg5) und für höhere Temperatur-beanspruchungen L-CdAg5 infrage. Dabeiwerden Sonderflußmittel vom Typ 2.1.3. (F-LW2) eingesetzt.

Hartlöten

Das Hartlöten bereitet wenig Schwierig-keiten, sofern auch hier geeignete Fluß-mittel verwendet werden. Als Hartlote kom-men Silberhartlote mit niedrigen bis mittle-ren Arbeitstemperaturen, z.B. AG301 (L-Ag50Cd), zum Einsatz. Bei Anforderun-gen an Meerwasserbeständigkeit wirdAG203 (L-Ag44) bevorzugt verwendet.Zum Hartlöten werden Sonderflußmittelvom Typ FL20 (F-LH2) eingesetzt.

Kupfer-Zinn-Zink-Gußlegierungen

Die Kupfer-Zinn-Zink-Gußlegierungen(Rotguß) verfügen über gute Gleit- undNotlaufeigen-schaften oder aber hoheKavitations- und Verschleißfestigkeit sowieBeständigkeit in Meerwasser. So werdensie vor allem für Armaturen, Ventil- undPumpengehäuse, Fittings und Gleitlagereingesetzt.Zum Weichlöten sind je nach Verwen-dungszweck ausgewählte Zinn-Bleilote mitmin. 60 % Sn gut geeignet. Als Flußmittelkommen die Typen 3.1.1. (F-SW12 bzw. F-SW21) und 3.1.2. (F-SW22) infrage.Fittings bzw. Armaturenteile aus Rotguß fürTrinkwasserleitungen werden in derKupferrohrinstallation mit den blei- undantimonfreien Sonderweichloten weichge-lötet (s. Kap. 5.1.1 und 5.3.1). Gußteile, die weniger als 1,5 % Pb enthal-ten, lassen sich unter Einsatz vonSilberhartloten mit min. 30 % Ag undFlußmitteln des Typs FH10 (F-SH1) guthartlöten. Praktische Bedeutung hat dasHartlöten von Kupferrohren mit Rotguß-flanschen im Apparatebau. Für Meerwas-serleitungen sind die Vorschriften derKlassifikationsgesellschaften zu beachten,wobei der Ag-Gehalt der einzusetzendenHartlote etwa 50 % beträgt. In der Kupfer-rohrinstallation für Trinkwasserleitungenkommen bei Verwendung von Rotgußfit-tings die Hartlote CP105 (L-Ag2P) oderCP203 (L-CuP6) unter Verwendung vonFlußmittel vom Typ FH10 (F-SH1) zumEinsatz.

Kupfer-Blei-Zinn-Gußlegierungen

Diese Gußlegierungen (Guß-Zinn-Blei-Bronzen) sind wichtige Konstruktions- undLagerwerkstoffe, die kaum gelötet werden.Zum Weichlöten kommen ggf. Zinn-Bleilote mit 50 bis 60% Sn und Flußmittelvom Typ 3.1.1. (F-Sw12 bzw. F-SW21) und3.1.2. (F-SW22), zum Hartlöten niedrig-schmelzende Silberhartlote, wie z.B.AG302 (L-Ag45Cd) und Flußmittel vomTyp FH10 (F-SH1) infrage, wobei die Hart-löteignung deutlich eingeschränkt ist. Bei

höheren Bleigehalten muß sogar mit mas-siven Diffusionserscheinungen gerechnetwerden.

Löten von Kupferwerkstoffen unterein-ander und mit anderen Werkstoffen

In der Praxis werden oft Kupferwerkstoffeverschiedener Art untereinander oder auchmit anderen Metallen gefügt; für eine Reihevon Anwendungen kommen beispiels-weise durch das Hartlöten hergestellteVerbin-dungen von Kupferwerkstoffen undStahl zum Einsatz [12]. Die Auswahl derLötstoffe wird von dem Werkstoff bestimmt,der die schlechtere Löteignung besitzt. FürGe-staltung und Lötverfahren sind dieunterschiedlichen Eigenschaften wieWärme-leitfähigkeit, Wärmeausdehnungund spezifische Wärme der zu verbinden-den Werkstoffe zu beachten. Einige Anwen-dungsbeispiele zeigen die Bilder 27 bis 31.

Außerdem wurden aufgrund zunehmenderBedeutung von Metall/Keramik-Verbundenfür industrielle Anwendungen entsprechen-de Lösungen entwickelt und die Eigen-schaften solcher Kombinationen unter-sucht, so können z.B. Kupfer und Al2O3mit Sonderloten hartgelötet oder aber mitZinn-Blei-Loten weichgelötet werden [13-15].

Literatur

[1] Brown, L.: Joining copper and copper alloys. Welding & Metal Fabrication, 63 (1995), S. 18-21

[2] Lüder, W.: Handbuch der Löttechnik. Verlag Technik, 1952

[3] Löten von Kupfer und Kupferlegierun-gen. DKI-Fachbuch, Deutsches Kupfer-Institut, Berlin 1969

[4] Müller, W. und Müller, J.-U,: Löttechnik- Leitfaden für die Praxis. Fachbuch-reihe Schweißtechnik, Band 127, Deutscher Verlag für Schweißtechnik DVS-Verlag GmbH, Düsseldorf 1996

[5] van’t Hoen, A.: Die Entwicklung der neueren Flußmittel zum Weichlöten und die damit verbundene Proble-matik. Metall 21(1967), S. 795-8

[6] Roberts, P.: Coping without cadmium. Welding & Metal Fabrication 47 (1979),S. 35-46

[7] Technik die verbindet. Berichte aus Forschung und Praxis Heft 2, DegussaAG, Hanau

[8] Technik die verbindet. Berichte aus Forschung und Praxis Heft 36, Degussa AG, Hanau

[9] Laubmeyer, G. und Kupke, W.: Weich-löten in der Elektronik. Fachverlag Schiele & Schön, Berlin 1967

[10] Die fachgerechte Kupferrohr-Installa-tion. DKI - Informationsdruck Nr. i. 158,

16

Deutsches Kupfer-Institut, Düsseldorf 1998

[11] Mechanische, chemische und elektro-lytische Oberflächenvorbehandlung von Kupfer und Kupferlegierungen. DKI-Informationsdruck Nr. i. 023, Deut-sches Kupfer-Institut, Berlin 1990

[12] Wittke, K. und Bleul, E.: Ofenlöten vonKupfer-Stahl-Verbindungen mit Silber-loten an Kältemittelverdichtern. Schweißen und Schneiden 43 (1991) 7, S. 394-7

[13] Kuzumaki, T., Ariga, T., Miyamoto, Y., and Kobayashi, T.: Brazing of Aluminato Copper Using Cu-Ti-Co. ISIJ International, 30 (1990) 5, S. 403-8

[14] Türpe, M.: Temperaturwechselverhal-ten gelöteter Metall-Keramik-Ver-bunde. Metall, 50 (1996) 5, S. 340-4

[15] Naka, M. and Taniguchi, H.: UltrasonicSoldering of Alumina to Copper UsingSn-Pb Solders. Transactions of JWRI,20 (1991) 2, S. 113-8

[16] Schweißen und Schneiden 50 (1998) 1, S. 81

[17] Wittke, K.: Löten. Wissenschaftliche Schriftenreihe der Technischen Hoch-schule Karl-Marx-Stadt. 10/1980

[18] Koschlig, M.: Weichlöten – die zuver-lässige Fügetechnik in der Kupferrohr-installation. Tagungsband DKI-Work-shop 2: Die Anwendung von Kupferrohren in der Hausinstallation, bautec´96 Berlin, Kap. 3

Normen1)

Löttechnische Normen

DIN 8505 T 1, 2 Löten; Allgemeines, BegriffeDIN EN ISO 3677 Zusätze zum Weich- undHartlöten, BezeichnungenDIN EN 29453 Weichlote - Chemische Zu-sammensetzung und LieferformenE DIN 1707, T 100 Weichlote - ChemischeZusammensetzung und LieferformenDIN 8526 Prüfung von Weichlötverbindun-gen - Mechanische Prüfungen

DIN EN 29454-1 Flußmittel zum Weich-löten- Einteilung und Anforderungen - T 1: Einteilung, Kennzeichnung und Ver-packungISO 9454-2 Flußmittel zum Weichlöten -Einteilung und Anforderungen - T 2: EignungsanforderungenDIN EN 29455-1 Flußmittel zum Weich-löten - Prüfverfahren - T 1: Bestimmungvon nichtflüchtigen Stoffen, GravimetrischeMethodeDIN EN ISO 9455-2 Flußmittel zumWeich-löten - Prüfverfahren - T 2: Bestimmungvon nichtflüchtigen Stoffen, EbulliometrischeMethodeDIN EN ISO 9455-3 Flußmittel zumWeich-löten - Prüfverfahren - T 3: Bestimmungdes Säurewertes, Potentiometrische undvisuelle TitrationsmethodeDIN EN 29455-5 Flußmittel zum Weich-löten - Prüfverfahren - T 5: Kupferspiegel-testDIN EN ISO 9455-6 Flußmittel zumWeich-löten - Prüfverfahren - T 6: Bestimmungund Nachweis des Halogenidgehaltes(ausgeschlossen Fluorid)DIN EN 29455-8 Flußmittel zum Weich-löten - Prüfverfahren - T 8: Bestimmungdes ZinkgehaltesDIN EN ISO 9455-9 Flußmittel zumWeich-löten - Prüfverfahren - T 9: Bestimmungdes AmmoniumgehaltesISO 9455-10 Flußmittel zum Weichlöten -Prüfverfahren - T 10: Benetzungsprüfung,AusbreitungsmethodeDIN EN 29455-11 Flußmittel zum Weich-löten - Prüfverfahren - T 11: Löslichkeitvon FlußmittelrückständenDIN EN ISO 9455-12 Flußmittel zumWeichlöten - Prüfverfahren - T 12: Stahl-Röhrchen-KorrosionstestE DIN ISO 9455-132) Flußmittel zumWeichlöten - Prüfverfahren - T 13: Bestim-mung von FlußmittelspritzernDIN EN 29455-14 Flußmittel zum Weich-löten - Prüfverfahren - T 14: Bestimmungdes HaftvermögensDIN ISO 9455-15 Flußmittel zum Weich-löten - Prüfverfahren - T 15: Kupfer-Korro-sionstestISO 9455-16 Flußmittel zum Weichlöten -Prüfverfahren - T 16: Bestimmung derWirksamkeit des Flußmittels, Benetzungs-prüfungISO/CD 9455-17 Flußmittel zum Weich-löten - Prüfverfahren - T 1: Bestimmungdes Widerstandes der Oberflächenisolie-rung, Kammprüfung und elektrochemischeMigrationsprüfung von Flußmittelrückstän-denDIN EN ISO 10564 Zusätze zum Weich-und Hartlöten - Probenahme von Weich-loten für die AnalyseDIN ISO 12224-1 Lötdrähte, massiv undgefüllt - Anforderungen und Prüfverfahren -T 1 : Einteilung und Eigenschaftsanforde-rungenDIN EN ISO 12224-2 Lötdrähte, massivund gefüllt - Anforderungen und Prüfver-fahren - T 2: Bestimmung des Flußmittel-gehaltesISO/CD 12224-3 Lötdrähte, massiv undgefüllt - Anforderungen und Prüfverfahren -T 3: BenetzungsprüfungE DIN EN ISO 12226-1 Weichlotpasten - T 1: Einteilung und PrüfverfahrenISO/CD 12226-2 Weichlotpasten - T 2 : Eignungsanforderungen

Bild 28 (DKI A 6014) Krawattennadel, hergestellt aus Messing und Kupfer mittels Lötpaste

Bild 29 (DKI A 4624) Büchse aus Messing, hartgelötet mit Silber-Cadmium-Silizium-Lot und Flußmittel FH10 (F-SH1) an Edelstahlplatte

Bild 30 (DKI A 4623) Induktionsspule aus CuCr (CW105C) weichgelötet mit S-Sn50Pb49Cu1 (L-Sn60PbCu) und Flußmittel 2.1.2. (F-SW25) an Messing.

Bild 31 (DKI A 4625) Mit AG306 (L-Ag30Cd) und Flußmittel FH10 (F-SH1) hart eingelötete Kapillarröhrchen aus Edelstahl in Messingfühler und Meßbalgen (Messing mit ca. 20 % Zn), der mit flußmittelgefülltem Weichlot eingelötet wurde

17

Bild 27 (DKI A 6013)Thermofühlermontage aus unterschied-lichen Werkstoffen durch Erwärmung einer aufge-brachten Lötpaste

DIN EN 1044 Schweißen - HartloteDIN EN 1045 Schweißen - Flußmittel zumHartlöten - EinteilungDIN EN 127972) Zerstörende Prüfung vonHartlötverbindungenDIN EN 127992) Zerstörungsfreie Prüfungvon HartlötverbindungenDIN 8514 T 1 Lötbarkeit, BegriffeDIN 8515 T 1 Fehler an Lötverbindungenaus metallischen WerkstoffenDIN 65169 Luft- und Raumfahrt; Hart- undhochtemperaturgelötete Bauteile; Kon-struktionsrichtlinienDIN EN 1057 Nahtlose Rundrohre ausKupfer für Wasser- und Gasleitungen fürSanitärinstallationen und HeizungsanlagenDIN EN 1254-1 Fittings für Lötverbindun-gen, Technische Lieferbedingungen

Werkstoffnormen (Zusammensetzung)

DIN V 17900

EN 1982Kupfer und Kupferlegierungen -Blockmetalle und Gußstücke

1) Diese Liste erhebt keinen Anspruch derVollständigkeit. Gültig sind jeweils die neu-esten Ausgaben der Normen. Infolge dergeltenden Verpflichtung, EN-Normen indas nationale Normenwerk zu überneh-men, werden die DIN-Normen sukzessivedurch EN-Normen ersetzt.

ISO = ISO-Norm; ISO/DIS = ISO-Norm-Entwurf; ISO/CD = ISO-Bearbeitungs-dokument; E = in Entwurfphase

2) in Vorbereitung

Bildnachweis

CHEMET GmbH, Postfach 12 09, 56419Wirges : 2 a-d, 25, 29, 30, 31

Degussa AG, Postfach 13 45, 63403Hanau : 17, 18, 22, 26

FELDER GmbH, Postfach 1004 10,46004 Oberhausen : 5

GLT, Rennfelderstr. 18, 75173Pforzheim:23, 27, 28

SIEMENS AG, Nonnendammallee 101,13629 Berlin : 19, 20, 21

ZEVATRON Löttechnik GmbH, Postfach12 60, 34468 Volkmarsen : 6, 7

* * *

18

Kupfer undKupferlegierungen-

Europäische Werkstoffe-Übersicht über

Zusammensetzungen und Produkte