Auswahl des Aluminium-Lötflussmittels: Korrosiv vs. nicht korrosiv für zuverlässige Verbindungen

Eine Charge frisch gelöteter Aluminiumkerne lag zwei Wochen lang in einem Lagerhaus, bevor weißes Pulver um die Verbindungen herum erschien. Unter der Vergrößerung zeigte sich im Bereich um die Filets Lochfraß. Die Lotlegierung war korrekt und das Ofenprofil entsprach der Spezifikation, aber die Teile versagten trotzdem. Die Ursache war der Fluss. Das Produktionsteam hatte sich zur besseren Benetzung für ein aggressives Flussmittel auf Chloridbasis entschieden und auf die Heißwasserspülung verzichtet, da die Kerne geschlossene Kanäle aufwiesen, die die Reinigung unzuverlässig machten. Diese Entscheidung verwandelte eine erfolgreiche Lötung in einen Korrosionsfehler, der nur darauf wartete, passiert zu werden.

Die erste Frage, die bei der Auswahl von Aluminium-Lötflussmitteln beantwortet werden muss, ist nicht der Preis oder die Marke. Es geht darum, ob die Flussmittelrückstände im fertigen Teil toleriert werden können. Korrosive und nicht korrosive Flussmittel verhalten sich nach dem Lötzyklus sehr unterschiedlich. Dieser Unterschied bestimmt, ob die Teile nach dem Löten gereinigt werden müssen, ob Rückstände an Ort und Stelle verbleiben können und wie lange die Verbindung im Einsatz bleibt. In diesem Artikel werden diese Unterschiede erläutert und praktische Kriterien für die Auswahl und Eignung von Flussmitteln für die Produktion aufgeführt.

Korrosives vs. nicht korrosives Flussmittel: Was sich tatsächlich ändert

Korrosive und nicht korrosive Flussmittel repräsentieren zwei unterschiedliche Produktionsphilosophien. Man geht davon aus, dass die Rückstände entfernt werden. Der andere geht davon aus, dass der Rückstand bestehen bleibt.

Bevor gelötet werden kann, muss das Flussmittel die Aluminiumoxidschicht auf dem Grundmetall durchbrechen. Aluminiumoxid ist stabil und schwer zu schmelzen und bildet sich fast augenblicklich auf einer sauberen Aluminiumoberfläche. Kein Zusatzwerkstoff kann das Grundmetall benetzen, bis dieser Oxidfilm entfernt oder zerstört wird. Das Flussmittel erreicht dies, indem es das Oxid bei der Löttemperatur chemisch angreift, sodass der geschmolzene Füllstoff fließen und eine Kehle bilden kann.

Korrosive Flussmittel basieren typischerweise auf Chloridsalzen. Sie lösen Aluminiumoxid aggressiv auf und können in einem breiteren Spektrum von Ofenbedingungen eingesetzt werden. Doch ihre Rückstände nehmen Feuchtigkeit aus der Luft auf, bilden leitfähige Elektrolyte und greifen mit der Zeit das Grundmetall Aluminium an. Das bedeutet, dass jedes gelötete Teil nach dem Löten gründlich gewaschen werden muss, normalerweise in heißem Wasser unter Rühren, manchmal mit chemischen Zusätzen. Wenn Rückstände in einem Spalt, einem geschlossenen Kanal oder einem schmalen Lamellenspalt zurückbleiben, beginnt dort Korrosion.

Nicht korrosive Flussmittel basieren auf Kaliumfluoraluminatverbindungen. Ihre Rückstände sind wasserunlöslich, nehmen keine Feuchtigkeit auf und sind im Allgemeinen mit Aluminium im Einsatz kompatibel. Sie sind weniger aggressiv als Chloridflussmittel und erfordern daher eine sauberere Oberfläche und eine besser kontrollierte Ofenatmosphäre. Aber sobald der Lötzyklus abgeschlossen ist, können die Rückstände ohne unmittelbare Korrosionsgefahr an Ort und Stelle bleiben.

Die folgende Tabelle fasst die praktischen Unterschiede zusammen.

Warum die Wahl des Flussmittels für Aluminiumwärmetauscher von entscheidender Bedeutung ist

Für Plattenwärmetauscher aus Aluminium ist ein nicht korrosives Flussmittel die Standardwahl, da die Teilegeometrie eine Entfernung von Rückständen nahezu unmöglich macht.

Ein Plattenwärmetauscherkern besteht aus abwechselnd flachen Platten und gewellten Rippen mit kleinen hydraulischen Durchmessern und engen Strömungskanälen. Sobald der Kern gelötet ist, werden diese Durchgänge auf mehreren Seiten abgedichtet. In einem Rippenspalt eingeschlossene Chlorid-Flussmittelreste können nicht zuverlässig ausgewaschen werden. Mit der Zeit kondensiert die Feuchtigkeit im Kühlkreislauf auf den Rückständen, bildet einen Elektrolyten und löst Lochfraß aus. Korrosionsprodukte blättern dann ab, verstopfen den Strömungsweg und verunreinigen die zu kühlende Flüssigkeit.

Aus diesem Grund verwenden die meisten gelöteten Aluminium-Wärmetauscher heute das nicht korrosive Fluorid-Flussmittelverfahren. Das Flussmittel wird als wasserbasierte Aufschlämmung auf das Rippenmaterial oder als Trockenbeschichtung aufgetragen, und der Kern wird dann in einer Stickstoffatmosphäre bei etwa 590 bis 615 Grad Celsius zusammengebaut und gelötet, wobei der Rückstand an Ort und Stelle belassen wird. Es muss nicht entfernt werden, da es keine Korrosion fördert. Für Anwendungen, die zusätzlichen Schutz erfordern, a Korrosionsbeständiger Lamellenkühler aus Aluminium kombiniert diesen Prozess mit einer Materialauswahl und Oberflächenbehandlung, die auf eine längere Lebensdauer ausgelegt sind.

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Wenn Sie Teilespezifikationen für Kühlgeräte bewerten, besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Wahl des Flussmittels und der langfristigen Korrosionsbeständigkeit. Ein mit korrosivem Flussmittel und unvollständiger Reinigung gelötetes Teil kann bei Lieferung perfekt aussehen und sechs Monate später versagen. Für einen detaillierteren Blick auf die Material- und Prozessauswahl für korrosive Umgebungen besuchen Sie bitte unsere Praktischer Leitfaden zur Auswahl von Lamellenheizkörpern mit Korrosionsbeständigkeit geht die wichtigsten Parameter durch.

Auswahlkriterien für Flussmittel, die über die Korrosivität hinausgehen

Sobald die Entscheidung korrosiv/nicht korrosiv getroffen ist, wird die Auswahl des Flussmittels zu einer technischen Aufgabe, bei der das Flussmittelfenster an das Grundmetall, das Zusatzmetall und die Ofenatmosphäre angepasst wird.

Temperaturfenster

Das Flussmittel muss bei der Löttemperatur vollständig aktiv sein und sein Wirkungsbereich muss sich mit dem Schmelzbereich des Zusatzmetalls überschneiden. Herkömmliche Aluminiumlote wie Al-Si-Legierungen beginnen bei etwa 575 Grad Celsius zu schmelzen. Das Flussmittel sollte schmelzen und sich verteilen, bevor der Füllstoff seine volle Liquidität erreicht. Wenn das Flussmittel zu spät aktiviert wird, wird der Füllstoff nicht benetzt; Wenn es zu früh aktiviert wird, kann das Flussmittel austrocknen, bevor sich die Verbindung bildet.

Für nicht korrosive Kaliumfluoraluminat-Flussmittel liegt der typische aktive Bereich bei etwa 560 bis 620 Grad Celsius. Dies deckt die meisten Aluminium-Lötanwendungen ab, aber überprüfen Sie es anhand der spezifischen Legierungskombination, die Sie verwenden.

Pulverpartikelgröße und Träger

Flussmittel werden häufig als Schlämme, Paste oder vorbeschichtete Schicht aufgetragen. Die Partikelgröße des Pulvers beeinflusst die Gleichmäßigkeit des Auftragens und das Verhalten der Beschichtung beim Erhitzen. Grobes Pulver ist einfacher zu handhaben, kann aber ungleichmäßig sitzen. Feines Pulver sorgt für eine gleichmäßigere Beschichtung, kann jedoch schwieriger zu mischen und zu kontrollieren sein. Auch das Trägersystem spielt eine Rolle: Wasserbasierte Aufschlämmungen müssen gleichmäßig getrocknet werden, während lösungsmittelbasierte Systeme möglicherweise eine andere Handhabung erfordern. Wenn Sie Rippenbaugruppen mit engen Spalten löten, ist eine gleichmäßige, dünne Flussmittelschicht in der Regel wichtiger als maximale Flussmittelaktivität.

Ofenatmosphäre

Nicht korrosives Flussmittel funktioniert am besten in einer trockenen Inertatmosphäre, typischerweise Stickstoff. Die Atmosphäre muss trocken sein, um ein erneutes Wachstum von Oxiden zu verhindern, und der Taupunkt sollte normalerweise unter minus 40 Grad Celsius liegen. Der Sauerstoff- und Feuchtigkeitsgehalt im Ofen wirkt sich direkt auf die Flusseffizienz aus. Wenn die Atmosphäre schlecht ist, verbraucht sich das Flussmittel selbst und bekämpft das Oxid, anstatt das Löten zu ermöglichen, was zu mangelhaften Verbindungen führt. Korrosive Flussmittel sind toleranter gegenüber der Atmosphärenqualität, was einer der Gründe dafür ist, dass sie weiterhin für Hand- und Brennerlötanwendungen verwendet werden.

Qualifizierung eines Flussmittels vor der Produktion

Kein Flussmittel sollte in die Serienproduktion gehen, ohne dass ein Kleinserienversuch durchgeführt wird, bei dem das Rückstandsverhalten getestet wird. Die chemische Spezifikation allein sagt Ihnen nicht, wie sich das Flussmittel in Ihrem Ofen, in Ihrer Rippengeometrie und in Ihrem Reinigungs- und Montageprozess verhält.

Zu den praktischen Qualifizierungsschritten gehören:

• Überprüfen Sie das Analysezertifikat auf aktive Inhalte und Verunreinigungen. Eisen-, Kupfer- und Zinkgehalte über den angegebenen Grenzwerten können die Verbindungsqualität und das Korrosionsverhalten beeinträchtigen.
• Überprüfen Sie die Konsistenz von Charge zu Charge. Die Löttemperatur ist ein schmaler Bereich, und eine Flussmittelcharge, die um 10 Grad höher aktiviert wird, kann während des gesamten Produktionslaufs zu unvollständigen Verrundungen führen.
• Kontrollieren Sie die Lagerbedingungen. Flussmittel absorbieren Feuchtigkeit, wenn die Verpackung offen bleibt. Feuchtigkeit verursacht Klumpenbildung und verringert die Aktivität. Verwenden Sie verschlossene Behälter und prüfen Sie die Haltbarkeit.
• Führen Sie eine Kleinserienlötung mit dem gleichen Grundmetall, Füllstoff, der gleichen Flussmittelbeladung und der gleichen Atmosphäre durch, die in der Produktion verwendet werden. Überprüfen Sie die Kehlnahtbildung, das Aussehen von Rückständen und die Sauberkeit des Kanals.
• Führen Sie einen Feuchtigkeitsexpositionstest an fertig gelöteten Proben durch. Setzen Sie die Proben für einen definierten Zeitraum warmen, feuchten Bedingungen aus und prüfen Sie sie auf Korrosionsprodukte. Dies ist der direkteste Weg, um zu bestätigen, dass die Flussmittel- und Prozesskombination sicher ist.

Diese Schritte mögen für ein Verbrauchsmaterial aufwändig erscheinen, aber Flussmittel ist die Hauptvariable, die einen guten Lötprozess zu einem Problem der Zuverlässigkeit vor Ort machen kann. Für unsere eigene Fertigung behandeln wir die Flussmittelqualifizierung als Teil der Produktdesignprüfung, insbesondere wenn der Wärmetauscher in anspruchsvollen Anwendungen wie der hydraulischen Kühlung oder dem Wärmemanagement des Antriebsstrangs eingesetzt wird.

Die Auswahl des Flussmittels ist eine Entscheidung über die Zuverlässigkeit, nicht über die Kosten der Verbrauchsmaterialien.

Beim Aluminiumlöten kommt dem Zusatzwerkstoff und dem Ofenprofil die meiste Aufmerksamkeit zu, aber das Flussmittel bestimmt, ob die Verbindung ihr erstes Betriebsjahr übersteht. Nicht korrosives Fluoridflussmittel eliminiert das größte Risiko: eingeschlossene Rückstände, die Feuchtigkeit absorbieren und die Verbindung von innen angreifen. Für Wärmetauscherkerne und andere geschlossene Strukturen ist es daher die richtige Standardwahl. Bestätigen Sie bei der Beschaffung von Flussmitteln das Temperaturfenster, die Atmosphärenanforderungen und das Rückstandsverhalten und validieren Sie es anschließend mit einem echten Produktionsversuch.

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