Welche Lötmetalle und -legierungen werden häufig verwendet? Ein Leitfaden zur Auswahl des richtigen Zusatzmetalls

Im Kern basiert das Hartlöten auf einer ausgewählten Gruppe von Zusatzmetallen, die so konzipiert sind, dass sie bei einer niedrigeren Temperatur schmelzen als die Komponenten, die sie verbinden. Die gebräuchlichsten Familien dieser Legierungen basieren auf Aluminium-Silizium, Kupfer, Silber, Nickel und Edelmetallen wie Gold und Palladium, wobei jede für spezifische Eigenschaften und Anwendungen ausgewählt wird.

Die Auswahl einer Hartlötlegierung ist eine kritische technische Entscheidung, nicht eine einfache Materialwahl. Sie wird durch die zu verbindenden Grundmetalle, die erforderliche Betriebstemperatur und Festigkeit der fertigen Verbindung sowie das verwendete spezielle Lötverfahren bestimmt.

Die Hauptfamilien der Hartlötlegierungen

Hartlötzusatzmetalle werden nach ihrer primären elementaren Zusammensetzung in Familien eingeteilt. Jede Familie bietet eine einzigartige Kombination aus Schmelzpunkt, Festigkeit und Kompatibilität mit verschiedenen Grundmaterialien.

Aluminium-Silizium-Legierungen

Diese sind der Standard für das Löten von Aluminiumkomponenten. Die meisten Legierungen dieser Familie enthalten zwischen 7 % und 12 % Silizium, was den Schmelzpunkt erheblich senkt.

Das Al-Si-System mit 11,7 % Silizium ist eine eutektische Legierung, was bedeutet, dass sie einen einzigen, scharfen Schmelzpunkt von 577 °C aufweist. Dies macht sie ideal zum Löten vieler Aluminiumlegierungen mit höheren Schmelzpunkten. Diese Zusatzwerkstoffe bieten eine ausgezeichnete Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und eine gute Farbübereinstimmung mit dem Grundmaterial.

Kupfer und Kupferbasislegierungen

Diese breite Kategorie umfasst reines Kupfer, Kupfer-Silber, Kupfer-Zink (Messing), Kupfer-Zinn (Bronze) und Kupfer-Phosphor-Legierungen.

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit und Kosteneffizienz werden sie häufig zum Verbinden von Stählen, Kupfer und Kupferlegierungen eingesetzt. Kupfer-Phosphor-Legierungen sind besonders nützlich zum Verbinden von Kupfer mit Kupfer, ohne dass ein separates Flussmittel erforderlich ist.

Silberbasierte Legierungen

Diese Legierungen, die gemeinhin als „Silberlote“ bekannt sind, bieten eine Reihe von Schmelztemperaturen und ausgezeichnete Fließeigenschaften.

Sie sind äußerst vielseitig und können die meisten Eisen- und Nichteisenmetalle verbinden, mit der bemerkenswerten Ausnahme von Aluminium und Magnesium. Ihre Duktilität macht sie für Verbindungen geeignet, die Vibrationen oder thermischen Zyklen ausgesetzt sind.

Nickel- und Nickelbasislegierungen

Wenn hohe Festigkeit und überlegene Beständigkeit gegen Hitze und Korrosion erforderlich sind, sind Nickellegierungen die bevorzugte Wahl.

Diese Zusatzwerkstoffe sind in anspruchsvollen Industrien wie der Luft- und Raumfahrt und der Energiewirtschaft für Anwendungen wie die Montage von Turbinenschaufeln unerlässlich. Sie werden oft als amorphe Folien geliefert, die Elemente wie Bor, Silizium und Phosphor enthalten, um ihren Schmelzpunkt zu senken.

Edelmetalllegierungen (Gold & Palladium)

Legierungen auf Gold- und Palladiumbasis sind für die kritischsten Anwendungen reserviert, bei denen Leistung und Zuverlässigkeit an erster Stelle stehen.

Obwohl teuer, machen ihre außergewöhnliche Festigkeit, Duktilität und Oxidationsbeständigkeit sie unverzichtbar für hochzuverlässige elektronische Komponenten, medizinische Implantate und Luft- und Raumfahrtsysteme.

Schlüsselfaktoren für die Legierungsauswahl

Die Auswahl des richtigen Zusatzmetalls erfordert eine sorgfältige Analyse des gesamten technischen Systems. Drei Hauptfaktoren leiten die Entscheidung.

Kompatibilität mit Grundmetallen

Das Zusatzmetall muss metallurgisch mit den Grundmetallen kompatibel sein. Es muss deren Oberflächen benetzen und über sie fließen, um eine durchgehende, starke Verbindung zu schaffen, ohne das Grundmaterial zu erodieren oder nachteilig zu legieren.

Schmelzpunkt und Löttemperatur

Eine grundlegende Regel beim Hartlöten ist, dass der Schmelzpunkt des Zusatzmetalls deutlich niedriger sein muss als der der Grundmetalle. Die Löttemperatur wird immer über dem Schmelzpunkt des Zusatzmetalls, aber unter dem Schmelzpunkt der Grundmetalle eingestellt.

Gewünschte Fugeneigenschaften

Die endgültige Anwendung bestimmt die erforderlichen Eigenschaften der Verbindung. Dazu gehören mechanische Festigkeit, Duktilität (die Fähigkeit, sich ohne Bruch zu verformen), Korrosionsbeständigkeit, thermische und elektrische Leitfähigkeit und sogar Ästhetik.

Die Kompromisse verstehen

Jede Wahl eines Zusatzmetalls beinhaltet das Abwägen konkurrierender Faktoren. Das Verständnis dieser Kompromisse ist das Zeichen einer fundierten technischen Entscheidung.

Kosten vs. Leistung

Der bedeutendste Kompromiss besteht oft zwischen Kosten und Leistung. Kupferbasierte Legierungen sind für viele allgemeine Anwendungen wirtschaftlich, während Nickel- und Edelmetalllegierungen eine überlegene Leistung zu deutlich höheren Materialkosten bieten.

Prozessanforderungen

Der Lötprozess selbst kann die Legierungsauswahl einschränken. Beim Vakuumlöten werden beispielsweise Legierungen, die flüchtige Elemente wie Zink oder Cadmium enthalten, im Allgemeinen vermieden, da sie verdampfen und den Prozess stören können.

Festigkeit vs. Sprödigkeit

Einige Elemente, die zur Senkung des Schmelzpunkts einer Legierung hinzugefügt werden, wie Phosphor oder Bor, können spröde Phasen in der fertigen Verbindung bilden. Dies kann die Festigkeit erhöhen, aber die Duktilität verringern, wodurch die Verbindung anfälliger für Versagen bei Stößen oder Vibrationen wird.

Die richtige Wahl für Ihre Anwendung treffen

Um die geeignete Legierung auszuwählen, beginnen Sie mit Ihrem Hauptziel.

• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf dem Verbinden von Aluminiumkomponenten liegt: Aluminium-Silizium-Legierungen sind der Industriestandard und Ihre zuverlässigste Wahl.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf dem allgemeinen Verbinden von Stählen oder Kupfer liegt: Beginnen Sie mit der Bewertung kostengünstiger Kupferbasislegierungen oder vielseitiger Silberbasislegierungen.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Hochtemperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit liegt: Nickelbasislegierungen sind speziell für diese anspruchsvollen Umgebungen entwickelt.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf absoluter Zuverlässigkeit in einem kritischen System liegt: Edelmetalllegierungen auf Gold- oder Palladiumbasis bieten die höchste Leistung und rechtfertigen ihre Kosten.

Letztendlich ist die Auswahl der richtigen Hartlötlegierung der grundlegende Schritt zur Schaffung einer starken, zuverlässigen und dauerhaften Verbindung.

Zusammenfassungstabelle:

Legierungsfamilie	Primäre Verwendung/Grundmetalle	Hauptmerkmale
Aluminium-Silizium	Aluminiumkomponenten	Ausgezeichnete Festigkeit & Korrosionsbeständigkeit, schmilzt bei ~577°C
Kupferbasis	Stähle, Kupferlegierungen	Kostengünstig, vielseitig, einige sind selbstfließend auf Kupfer
Silberbasis	Die meisten Eisen- & Nichteisenmetalle (außer Al/Mg)	Ausgezeichnetes Fließverhalten, duktil, gut für thermische Zyklen
Nickelbasis	Hochtemperatur- & korrosive Umgebungen	Überlegene Festigkeit, Hitze- & Korrosionsbeständigkeit
Edelmetalle	Kritische Anwendungen (Luft- und Raumfahrt, Medizin)	Außergewöhnliche Zuverlässigkeit, Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit

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