Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mit Wasser verdünnbare, lagerstabile Hartlotpaste zum Beschichten und Verbinden von Aluminium oder Aluminiumlegierungen zu entwickeln, die aufgrund ihrer thixotropen Konsistenz mit automatischen Dosiereinrichtungen aufgebracht werden kann, beim anschließenden Aufwärmprozeß nicht vom Bauteil abläuft und nach dem Lötprozeß keine schwarzen Zersetzungsprodukte des Bindemittels hinterläßt.

Es wurde nun gefunden, daß diese Anforderungen von einer Aluminiumhartlotpaste erfüllt werden, die 25 bis 35 Gew.-% eines wasserverdünnbaren organischen Bindemittels auf Basis aliphatischer Glycole, 25 bis 45 Gew.-% eines Aluminiumhartlots und 25 bis 45 Gew.-% eines Aluminium-Flußmittels und weiterhin als ein die rheologischen Eigenschaften beeinflussendes Additiv 0,01 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge, von ein oder mehreren gesättigten Fettsäuren mit 10 bis 20 C-Atomen und/oder deren Ammoniumsalze enthält.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine wie vorstehend charakterisierte Aluminiumhartlotpaste.

In der erfindungsgemäßen Lotpaste können als Hartlotpulver zum Beschichten und Fügen von Aluminium und Aluminiumlegierungen alle Aluminiumhartlote eingesetzt werden, die eine niedrigere Schmelztemperatur als die zu fügenden oder zu beschichtenden Grundwerkstoffe aufweisen. Hierzu zählen beispielsweise die reinen binären Aluminium- Silicium-Hartlote Al-Si 5-12%, aber auch die niedrigschmelzenden ternären Systeme wie Al-Si 5-12% mit Zusätzen von Cu, Mg oder Zn. Die mittlere Korngröße der eingesetzten Aluminiumhartlotpulver liegt zwischen 10 µm und 500 µm. Vorzugsweise werden Lotpulver mit einer Kornverteilung von 50 µm bis 150 µm eingesetzt, da einerseits zu grobe Pulverpartikel leicht die Dosiereinrichtung verstopfen und eher zum Absetzen neigen und andererseits Pulver mit einem hohen Feinanteil aufgrund des durch die größere Oberfläche ansteigenden Oxidgehaltes in der Regel das Lötergebnis verschlechtern. Zur Erreichung einer zuverlässigen, stoffschlüssigen Verbindung ist es daher wünschenswert, daß der Oxidgehalt der Hartlotpulver weniger als 0.2%, vorzugsweise weniger als 0.1% beträgt.

Der Gehalt an Lotpulver in der erfindungsgemäßen Lotpaste beträgt 25 bis 45 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 40 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge.

Die in der erfindungsgemäßen Lotpaste eingesetzten Flußmittel sind bezüglich ihrer Wirktemperaturen auf die Arbeitstemperaturen der verwendeten Hartlote abgestimmt. Typische Flußmittel sind beispielsweise die nichtkorrosiven, wasserunlöslichen Salze oder Salzgemische komplexer Alkalialuminiumfluoride wie KAlF₄, KAlF₄ und K₂AlF₅, KAlF₄ und K₃AlF₆ mit Wirktemperaturen ab 580°C. Die Auswahl der Flußmittel ist aber nicht notwendigerweise auf diese Verbindungsklasse beschränkt. Auch Mischungen von AlF₃ und KF oder Cäsiumaluminiumfluoride können Verwendung finden. Die nötige Flußmittelmenge richtet sich im allgemeinen nach dem Lotgehalt der Pasten. Üblicherweise beträgt die Flußmittelkonzentration in der Lotpaste 25-45%, vorzugsweise 30-40%, bezogen auf die Gesamtmenge.

Die erfindungsgemäßen Aluminiumhartlotpasten enthalten als Bindemittel im wesentlichen wassermischbare organische Lösungsmittel. Beste Ergebnisse werden mit aliphatischen Glykolen wie zum Beispiel Ethylenglycol, Propylenglykol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Dipropylenglykol und Hexylenglykol oder Mischungen dieser Lösungsmittel erzielt. Sie sind daher wasserverdünnbar und insoweit wesentlich umweltverträglicher. Der Anteil an derartigen Bindemitteln in der Lotpaste beträgt 25 bis 35 Gew.-% vorzugsweise 27 bis 30 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge.

Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß durch Zugabe geringer Mengen höhermolekularer gesättigter Carbonsäuren oder deren Ammoniumsalzen zu einer Aluminiumhartlotpaste, bestehend aus Lotpulver, Flußmittel und einem Bindemittel aus aliphatischen Glykolen, die rhelogischen Eigenschaften der Lotpaste in weiten Grenzen variiert werden können. Erfindungsgemäß enthält die wasserverdünnbare Aluminium-Hartlotpaste 0,01 bis 0,2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge, von ein oder mehreren gesättigten Fettsäuren mit 10 bis 20 C-Atomen und/oder deren Ammoniumsalze. Selbst so geringe Mengen wie 0,01 Gew.-% bewirken bereits eine deutliche Erhöhung der Thixotropie und der Strukturviskosität. Das ursprüngliche newtonsche Fließen der Lotpaste geht nach Einarbeitung des Additivs in ein pseudoplastisches Verhalten über. Ab einem Zusatz von 0.15% ist die Lotpaste trotz niedriger Viskosität nicht mehr selbstfließend. Über 0,2 Gew.-% sind die rheologischen Eigenschaften nicht mehr praxisgerecht. Die verdickende Wirkung tritt nur bei höhermolekularen, gesättigten Carbonsäuren mit 10 bis 20 C-Atomen und deren Ammoniumsalzen ein und ist umso ausgeprägter, je länger der aliphatische unpolare Alkylrest der Carbonsäure ist.

Bemerkenswert ist, daß Carbonsäuren mit weniger als 10 Kohlenstoffatomen diesen thixotropierenden Effekt nicht zeigen. Auch die ein- und mehrwertigen Metallsalze dieser Säuren (z. B. Kaliumpalmitat, Aluminiumstearat, Magnesiumstearat etc.) können nicht verwendet werden, da sie nicht thixotropierend wirken bzw. korrosive Reste hinterlassen und den Lötvorgang stören. Fettsäuren mit mehr als 20 C-Atomen beeinflussen die rheologischen Eigenschaften in nicht praxisgerechter Weise.

Sehr gute Ergebnisse werden mit Laurin-, Myristin-, Palmitin- und Stearinsäure bzw. deren Ammoniumsalzen erzielt. Die erfindungsgemäßen Hartlotpasten mit Zusätzen dieser Additve sind viskositätsstabil und zeigen bei Lagerung über drei Monate keine Zementation von Flußmittel- und Lotpulver. Sie sind daher mit automatischen Dosiereinrichtungen einfach und reproduzierbar zu dosieren. Erstaunlicherweise verlaufen die andosierten Pastendepots während des Trocknens und Erwärmens auch an senkrechten Flächen nicht und schmelzen bei Löttemperatur, ohne daß störende organische Zersetzungsprodukte gebildet werden.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Hartlotpasten wird zuerst das pulverförmige Flußmittel mit üblichen Dispergierapparaturen in das vorgelegte Glykol-Bindemittel eingerührt und nach vollständiger Homogenisierung mit der zur Erzielung der gewünschten Strukturviskosität notwendigen Menge Additiv von 0,01-0,2 Gew.-% vorzugsweise 0,02-0,1 Gew.-% versetzt. Anschließend wird die entsprechende Menge Aluminiumhartlotpulver in das fertige Bindemittel eingebracht. Danach ist die Lotpaste gebrauchsfertig und kann abgefüllt werden.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern. Beispiel 1 272,10 kg Hexylenglykol 332,70 kg Flußmittel auf Basis KAlF₄ (AluBraze F 32/80) 394,40 kg Lotpulver AlSi 88/12, Partikelgröße < 150 µm 0,80 kg Ammoniumstearat 1000,00 kg

Das Lösungsmittel wird mit einem Flügelrührer bei Raumtemperatur sukzessive mit dem Flußmittel und dem Additiv versetzt und 30 Minuten intensiv gemischt. Nach portionsweiser Zugabe des Aluminiumhartlotpulvers wird die Vormischung unter langsamen Rühren auf Raumtemperatur abkühlt. Die gebrauchsfertige Lotpaste hat eine Viskosität von 450-500 dPa . s bei 25°C.

Mit dieser Paste wird eine T-Stoßlötung unter reinem Stickstoff durchgeführt. Hierzu wird die Paste mit einem automatischen Dosiergerät (Dosimat 1000 DVE der Fa. GLT, 1.5 bar, 2 mm Nadeldurchmesser) am oberen Blech des T- Stoßes andosiert und induktiv aufgeheizt. Während der Trocknungs- und Aufwärmphase läuft die Lotpaste nicht vom Bauteil ab. Erst nach Erreichen des Schmelzpunktes der Lot/Flußmittelmischung schmilzt das Pastendepot ohne Bildung störender Zersetzungsprodukte auf und füllt den Lotspalt zwischen den beiden Aluminiumblechen vollständig aus. Beispiel 2 249,40 kg Dipropylenglykol 24,30 kg Hexylenglykol 394,70 kg Flußmittel auf Basis KAlF₄ (Degussa bx) 331,20 kg Lotpulver AlSi 90/10, Partikelgröße < 90 µm 0,30 kg Palmitinsäure 1000,00 kg

Die Lösungsmittel werden gemischt und nacheinander unter Rühren mit einem Dissolver mit der Palmitinsäure und dem Flußmittel- und Lotpulver vermischt.

Die Endviskosität der Aluminiumhartlotpaste beträgt bei Raumtemperatur 150-200 dPa . s. Trotz dieser niedrigen Viskosität setzt diese Lotpaste auch bei 3-monatiger Lagerung nicht ab und zeigt eine ausgezeichnete Strukturviskosität.

Die Lotpaste wird im Siebdruck (21 T, 150 µm Maschenweite) in einer Naßschichtdicke von 100 µm auf ein Aluminiumblech aufgebracht, getrocknet und anschließend im Schutzgasdurchlaufofen unter Stickstoff aufgeschmolzen. Nach dem Lötvorgang hat sich auf dem Aluminiumblech eine im Mittel 35 µm dicke Hartlotschicht ausgebildet.