Analyse der Ursachen und Gegenmaßnahmen für Gelbfärbung beim Vakuumbräsen von Heizkörpern

Oberflächliches Vergilben von Kühlern nach dem Vakuumlöten beeinträchtigt nicht nur das Aussehen des Produkts, sondern kann auch auf potenzielle interne Qualitätsprobleme hindeuten. Im Folgenden werde ich eine detaillierte Analyse der Ursachen für das Vergilben in Aluminium-Platten-Lamellen-Kühlern nach dem Vakuumlöten liefern und entsprechende Lösungen und vorbeugende Maßnahmen vorschlagen.

Theoretisch findet das Vakuumlöten in einer sauerstofffreien Umgebung statt und sollte nicht zu Oxidation oder Verfärbung führen. Das Auftreten von Vergilben ist im Wesentlichen auf Spuren von Sauerstoff oder Wasserdampf zurückzuführen, die während des Lötprozesses oder der Abkühlphase eindringen und mit der Hochtemperatur-Aluminiumoberfläche reagieren, um einen extrem dünnen Oxidfilm zu bilden. Die Dicke dieses Oxidfilms verursacht Interferenzen mit bestimmten Wellenlängen des sichtbaren Lichts, was zu gelben, blauen oder irisierenden Farben führt.

Die spezifischen Ursachen können in die folgenden Hauptgruppen eingeteilt werden:

Dies ist die primäre und häufigste Ursache für Vergilben.

(1) Unzureichender Vakuumgrad:
Der für das Löten erforderliche Vakuumgrad liegt typischerweise im Bereich von $3\times 10^{-3}Pa$ bis $10^{-4}Pa$. Wenn die Leistung der Vakuumpumpe nachlässt, es kleine Lecks im Vakuumsystem gibt oder die Ofendichtungsringe altern, kann der tatsächliche Vakuumgrad die Anforderungen nicht erfüllen, was zu übermäßigem Rest-Sauerstoff führt.

(2) Verunreinigungen im Ofen:

Wasserdampf: Der wichtigste Schuldige. Wasserdampf kann entstehen durch: unvollständiges Trocknen der Werkstücke nach der Reinigung, Feuchtigkeit, die von Vorrichtungen adsorbiert wird, interne Ofenlecks (insbesondere in Wasserkühlmänteln) oder Feuchtigkeit, die an Ofenwänden adsorbiert wird und während des Erhitzens freigesetzt wird.

Öldampf: Wenn eine Öldiffusionspumpe verwendet wird, kann das Rückströmen Öldampf in den Ofen einbringen. Bei hohen Temperaturen zersetzt sich Öldampf in Verbindungen, die Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten, wodurch die Werkstücke verunreinigt werden und möglicherweise Verfärbungen verursacht werden.

Andere flüchtige Substanzen: Restliche Reinigungsmittel, Öle, Fingerabdrücke usw. können bei hohen Temperaturen und Vakuum verdampfen und die Ofenatmosphäre verschmutzen..

(1) Probleme mit dem Lötmaterial:
Magnesium (Mg) in Aluminium-Silizium-Lötfüllstoffen wirkt als ein wichtiger "Getter", der vorzugsweise mit Spuren von Sauerstoff und Wasserdampf im Ofen reagiert, um das Aluminiumsubstrat vor Oxidation zu schützen. Ein unzureichender Mg-Gehalt im Lötfüllstoff oder eine vorzeitige Verflüchtigung von Mg während des Erhitzens kann diese Schutzwirkung beeinträchtigen.

(2) Ungeeignete Prozessparameter:

Unangemessene Heizrate: Während der kritischen "Entgasungs"phase (typischerweise 300–500°C) kann ein übermäßig schnelles Erhitzen verhindern, dass adsorbierte Feuchtigkeit und Gase vollständig evakuiert werden, wodurch sie später bei hohen Temperaturen freigesetzt werden und die Atmosphäre stören.

Unzureichende Löttemperatur/Zeit: Übermäßig hohe Temperaturen oder lange Haltezeiten können die Mg-Verflüchtigung beschleunigen und die Reaktionsmöglichkeiten zwischen der Aluminiumoberfläche und Restgasen erhöhen.

Schlechte Kühlprozesskontrolle: Wenn während des Abkühlens die Reinheit des eingebrachten Stickstoffs oder Argons unzureichend ist oder wenn Gas zu früh eingeführt wird, was zu Druckschwankungen führt, die das Eindringen von Luft ermöglichen, können Oxidation und Vergilben auftreten, während sich das Werkstück noch bei erhöhten Temperaturen (z. B. über 200°C) befindet.

(1) Unvollständige Reinigung:
Restliche organische Verunreinigungen wie Stanzöle, Schneidflüssigkeiten oder Fingerabdrücke auf der Werkstückoberfläche zersetzen sich während des Lötens in Kohlenwasserstoffe und Wasserdampf, was zu lokaler Kontamination und Oxidation führt.

(2) Unzureichende Trocknung nach der Reinigung:
Restfeuchtigkeit in Werkstückspalten oder Vorrichtungen ist eine Hauptquelle für Wasserdampf im Ofen.

(3) Längere Lagerung nach der Reinigung:
Gereinigte Aluminiumteile bilden in feuchter Luft schnell einen natürlichen Oxidfilm, der den Fluss des Lötfüllstoffs behindern und die Verfärbung während des Lötens verschlimmern kann.

(1) Probleme mit Verbundwerkstoffen:
Ungleichmäßige Dicke oder minderwertige Zusammensetzung der Plattierungsschicht (Lötfüllschicht) auf Aluminium-Lötblechen/-streifen.

(2) Vorrichtungen und Werkzeuge:
Vorrichtungen, die nicht gründlich gereinigt werden, erhebliche Mengen an Gas adsorbieren oder Beschichtungen/Farben aufweisen, die bei hohen Temperaturen verdampfen, können zu Kontaminationsquellen werden.

Es müssen systematische Maßnahmen ergriffen werden, um die oben genannten Ursachen zu beheben und zu verhindern.

(1) Regelmäßige Wartung und Lecksuche:
Richten Sie einen strengen regelmäßigen Wartungsplan für den Vakuumofen ein, indem Sie alternde Dichtungsringe inspizieren und ersetzen.
Führen Sie regelmäßige Helium-Massenspektrometer-Lecksuchtests durch, um die Integrität des Ofenvakuumsystems sicherzustellen.
Überprüfen und warten Sie regelmäßig Vakuumpumpengruppen (mechanische Pumpen, Roots-Pumpen, Diffusionspumpen/Turbomolekularpumpen), um ihre endgültigen Vakuumgrade und Pumpgeschwindigkeiten sicherzustellen.

(2) Optimieren Sie die Prozessentgasungskurve:
Integrieren Sie ausreichende Haltestufen im Bereich von 300–500°C, um ausreichend Zeit für die Evakuierung von adsorbierter Feuchtigkeit und Gasen aus dem Werkstück und dem Ofen zu ermöglichen. Dies ist die effektivste Stufe zur Entfernung von Feuchtigkeit.
Stellen Sie sicher, dass das Ofenvakuum den erforderlichen Hochvakuumgrad (z. B. ≤ $5\times 10^{-3}Pa$) erreicht und stabilisiert, bevor Sie die Löttemperatur erreichen.

(3) Verwenden Sie hochreine Schutzgase:
Der während des Abkühlens eingeführte Stickstoff oder Argon muss eine Reinheit von mindestens 99,999 % aufweisen.

(4) Aufrechterhaltung der Ofenreinheit:
Führen Sie regelmäßig Hochtemperatur-Ausbrennen und Reinigen der Ofenkammer durch, um adsorbierte Verunreinigungen zu entfernen.
Vermeiden Sie das Einbringen von Verunreinigungen in den Ofen.

(1) Wählen Sie das geeignete Lötmaterial:
Verwenden Sie Lötfüllstoffe mit geeignetem Mg-Gehalt und stabiler Qualität. Für extrem anspruchsvolle Anwendungen sollten Sie Lötfüllstoffe in Betracht ziehen, die spezielle Elemente wie Bi enthalten, um eine vorzeitige Mg-Verflüchtigung zu unterdrücken.

(2) Verfeinern Sie die Prozessparameter:
Bestimmen Sie die optimale Heizrate, Löttemperatur, Haltezeit und Abkühlrate durch Experimente.
Vermeiden Sie übermäßig hohe Löttemperaturen und lange Haltezeiten.
Stellen Sie sicher, dass die Ofentemperatur unter 450°C (besser ist niedriger) abkühlt, bevor Sie das Vakuum unterbrechen und die Werkstücke entfernen.

(1) Strenge Reinigungsverfahren:
Verwenden Sie Ultraschallreinigung mit alkalischen (oder neutralen) Entfettern, um Öle gründlich zu entfernen.
Spülen Sie mit deionisiertem Wasser, um Wasserflecken zu vermeiden.
Trocknen Sie sofort nach der Reinigung gründlich mit sauberer Heißluft oder einem Ofen.

(2) Kontrollieren Sie die Bearbeitungszeit:
Gereinigte und getrocknete Teile sollten so bald wie möglich (z. B. innerhalb von 4 Stunden) montiert und zum Löten in den Ofen geladen werden, um die Exposition gegenüber Luft zu minimieren.

(3) Reinraumpraktiken:
Die Bediener sollten während der Montage und Handhabung saubere Handschuhe tragen, um eine Kontamination durch Schweiß oder Fingerabdrücke zu verhindern.

(1) Überprüfen Sie eingehende Materialien:
Überprüfen Sie die Zusammensetzung und die Dicke der Plattierungsschicht von Rohmaterialien wie Aluminium-Lötblechen/-streifen.

(2) Reinigen Sie Vorrichtungen:
Vorrichtungen müssen vor jedem Gebrauch den gleichen strengen Reinigungs- und Trocknungsverfahren wie die Werkstücke unterzogen werden. Es ist ratsam, Vorrichtungen ausschließlich für das Löten zu bestimmen, um eine Kreuzkontamination zu vermeiden. Vorrichtungen und Lötofen, die länger als 72 Stunden stillgelegt wurden, müssen vor der Wiederverwendung getrocknet und vorgebacken werden.