Nickelreaktivlot / Oxidkeramik-Fügungen als elektrisch ... - JuSER

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welche schließlich zu optimierten symmetrischen (Chromferrit / Lot / MgO-Keramik-
Substrat / Lot / Chromferrit ) beziehungsweise asymmetrischen (Chromferrit / MgO-Beschichtung
/ Lot / Chromferrit) Fügungen führen.
6.1.2 Interaktion Ni102+TiH 2 / ferritische Chromstähle
Im Gegensatz zu der oxidischen Grenzfläche beim Fügen unter Luftatmosphäre stellt die
Benetzung der Chromferrit-Oberfläche unter Hochvakuum oder stark reduzierenden
Ofenatmosphären bei der Verwendung von Nickelbasisloten keine Herausforderung dar. Dies
beruht auf der Eigenschaft von Cr 2 O 3 -oberflächenbildenden Legierungen, in stark
reduzierenden, heißen Atmosphären ihre Passivierungsschicht zu verlieren und somit eine von
Metallschmelzen ideal benetzbare metallische Oberfläche bereitzustellen [176, 177]. Verhindert
oder zumindest erschwert wird die Benetzung, wenn die Substratlegierungen stabile Oxide wie
beispielsweise Al 2 O 3 oder sehr dicke Passivierungsschichten besitzen. Häufig wird in diesen
Fällen die „oxidschichtbrechende“ Wirkung von Nickelbasisloten genutzt, indem es an
Passivierungsfehlstellen zum metallischen Kontakt und durch Lösungseffekte zur
Unterwanderung der Oxide mit Schmelze kommt [91]. Bei dicken Passivierungen kommt
erschwerend bei Al 2 O 3 -bildenden Legierungen jedoch hinzu, dass Al 2 O 3 ausschließlich ionische
und keine kovalenten Bindungsanteile aufweist. Somit bleibt eine primäre Benetzung durch
konventionelle Nickelbasislote grundsätzlich aus, die von Nickelreaktivloten im Gegensatz dazu
aber erfüllt werden kann. Folgerichtig wurden die eingesetzten Substratmaterialien
Crofer 22 APU, Aluchrom YHf und Aluchrom HfAl zur direkten Fügung mit Nickelreaktivloten
grundsätzlich im unbehandelten, nicht oxidierten und alkalisch gereinigten Zustand verwendet,
wodurch in keinem Versuch Benetzungsprobleme festzustellen waren.
Die erheblichen Lösungs- und Diffusionseffekte zwischen dem Ni102 - Lot und den
Crofer 22 APU – Substraten sind in Abbildung 6-8 in einem Querschliff (a) deutlich zu erkennen
sowie durch eine GDOES-Messung (b) quantifiziert.
Besonders auffällig ist dabei die Konzentration an Bor im Übergangsbereich mit der Bildung von
bis zu 60 μm in das Stahlsubstrat reichenden Chromboriden entlang der Korngrenzen und
Versetzungslinien des Substrats sowie ein dünner chromboridischer Saum durch transkristalline
Bordiffusion. Die Diffusion von Silizium, Titan und Nickel in das Grundsubstrat ist gering.
Indessen ist die Lösung von Eisen, Chrom und auch Mangan im Lot ausgeprägt, was auf ein
Lösen des Substratwerkstoffs im Lot schließen lässt.
Durch diese Auflegierung von Eisen, Chrom und Mangan in der Lotschmelze und die Verarmung
an Bor verändert sich die Zusammensetzung der Schmelze signifikant. Infolgedessen ist von
einer Anhebung der Loterstarrungstemperatur auszugehen. Da das betrachtete System eine
sehr hohe Komplexität besitzt, ist eine exakte Berechnung der lokal vorliegenden
Schmelztemperaturen nicht ohne weitere Versuche möglich. Eine unter anderem auf den
Arbeiten von E. Lugscheider, K. Klöhn und H. Pelster [110- 112] basierende Abschätzung ist
jedoch möglich und legt nahe, dass in der hier diskutierten Werkstoffkombination bei einer
Löttemperatur von 1070°C und Haltezeit von 15 min von einer isothermen Loterstarrung bei der
maximalen Löttemperatur ausgegangen werden kann. Ein Wiederaufschmelzen des Verbundes
erfolgt schließlich in einem deutlich angehobenen Temperaturbereich, was durch Versuche an
nur einseitig gehaltenen Fügeproben durch deren Unversehrtheit nach einer Auslagerung in
einem erneuten Fügeprozess (Lötzyklus 3) belegt werden konnte.