Законодательная инициатива или тенденция времени
Почему именно сейчас бессвинцовые припои так быстро начали отвоевывать позиции у традиционных составов? Дело в том, что директива Евросоюза «Об ограничении применения опасных веществ» (принятая в 2003 году и вступившая в силу 1 июля 2006 года) обязала ограничить применение свинца (и еще пяти веществ) при производстве электрических и радиоэлектронных устройств.
Хотя приверженцам привычного припоя ПОС-40 огорчаться не стоит. Его до сих пор производят и продают. Во многих странах припои оловянно-свинцовой группы применяют в транспортной, военной и аэрокосмической промышленности.
Особенности технологии пайки
Основным достоинством таких составов является абсолютная экологическая безопасность. К тому же оборудование и технику, изготовленную с их применением, значительно проще утилизировать.
Технологическая особенность этих припоев – повышенная температура плавления. В среднем она на 50 ⁰С выше, чем у оловянно-свинцовых аналогов. Это несколько усложняет процесс пайки и повышает требования к используемому оборудованию.
По общепринятой классификации эти составы относятся к мягким припоям. Предел прочности на растяжение не превышает 100 МПа.
Нельзя не отметить такую важную характеристику этих припоев, как высокая электропроводность.
Технология производства работ с использованием припоев, не содержащих в своем составе свинца, практически ничем не отличается от пайки привычными компонентами. Однако следует учесть некоторые особенности.
На вопрос, чем паяют, ответ однозначный: паяльником. Однако лучше всего использовать устройство с терморегулятором. Это позволит проводить работы в диапазоне рабочих температур, указанных производителем. А он значительно меньше, чем у составов на основе свинца.
Для предотвращения перегрева деталей и минимизации теплового контакта необходимо подобрать оптимальную форму жала паяльника. К тому же следует учитывать, что обычный медный наконечник прослужит (при использовании таких припоев) довольно недолго. Лучше использовать специальные жала со стальным напылением или с покрытием из хрома и никеля.
Выбор флюса также играет немаловажную роль при работе с припоями без свинца. Обычно для этого используют специальные составы (как правило, более химически активные). Наиболее удобны в работе жидкости, гели и пасты, не требующие последующей очистки места пайки.
В остальном все, как обычно:
- разогреваем паяльник до требуемой температуры;
- при необходимости зачищаем места пайки;
- наносим флюс;
- одновременно прикладываем пруток припоя и жало паяльника к месту соединения элементов;
- даем спаянным элементам остыть естественным путем.
По химическому составу сплава выделяют сурьмянистые припои, припои с малым количеством сурьмы (малосурьмянистые), сплавы без сурьмы (бессурьмянистые). Все вышеперечисленные виды припоев производят по ГОСТ 21931-76 (в изделиях), ГОСТ 21930-76 (чушки).
— оловянно-свинцовые (в сокращении ПОС);
— сурьмянистые (сокращенно ПОССу);
— оловянно-свинцово-кадмиевые (сокращенно ПОСК);
— бессвинцовые.
Последние легируют медью, серебром, цинком, алюминием, кадмием.
Оловянные припои ПОС (сплавы оловянно-свинцовые), имеющие процентный состав олова от 10% до 90%, относятся к мягким припоям.
ПОС-15 (олово 15%) — 280 °C.
ПОС-25 (25%) — 260 °C.
ПОС-35 (33%) — 247 °C.
ПОС-61, ПОС 63 (олово 61% и 63%) — 183 °C
ПОС-90 (олово 90%) — 220 °C
В силу того, что состав сплавов ПОС-61 и ПОС-63 практически идентичен составу эвтектики «олово свинец», они расплавляются при постоянной температуре 183 °C.
— ПОССу – используется для пайки изделий из цинка, оцинкованного металла, при высоких требованиях к паяному соединению (припои сурьмянистые);
— ОЦ — для соединения изделий из алюминия (припои оловянно-цинковые);
— ПОСК — для соединения изделий, реагирующих на перегрев, пьезокерамики, выводов конденсаторов (оловянно-свинцово-кадмиевые);
— припои без свинца, которые кроме олова включают в состав серебро, медь, висмут и другие металлы.
Припоем называют сплав, состоящий из легкоплавких металлов. Например, оловянный. Но паять одним оловом — довольно дорого. С чистым оловом работают только тогда, когда нужно получить абсолютно безвредный для человека спай: при пайке посуды для употребления пищи или медицинского оборудования. В остальных случаях, для удешевления припоя, к олову добавляют более дешевый, но вредный свинец.
Для справки: поверхность припоя тем темнее, чем больше в нем свинца. А пруток из чистого олова при сгибе или сжатии издает характерный хруст.
— прочность в сочетании с пластичностью;
— высокий коэффициент теплопроводности;
— устойчивость к коррозии.
Оловянные припои используют для соединения деталей практически из всех металлов, и чем больше в составе припоя чистого олова — тем качественнее будет полученное соединение. Преимущество ПОС — его универсальность. Мягкие припои эксплуатируют в виде палочек (прутков), реже используют проволоку или пасту (смесь припоя с флюсующим веществом). Чем больше в сплаве олова, тем крепче соединение деталей при пайке.
Данный вид оловянного проката не используют для спайки алюминия. Прочие металлы, в том числе медь, железо, хорошо поддаются пайке ПОС. Спай — самое уязвимое место соединения «металл — припой — металл». Прочность спая зависит от химического состава используемого припоя. Сопротивление на разрыв места спайки равно 6-8 кг/мм2, увеличивается пропорционально увеличению количества олова.
Рассмотрим некоторые особенности использования цинка и сурьмы в качестве добавок к припою при пайке определенных металлов. Добавление цинка при работе с алюминием и сплавами из этого металла увеличивает коррозийную стойкость спайки. Такие ЦО припои, содержащие от 10% до 40% цинка, используют для ультразвукового или абразивного метода пайки, лужения.
При соединении меди добавление к составу сурьмы увеличивает прочность спая. При пайке латуни сурьма — не влияет на прочность спая. А железа — уменьшает прочность спая.
— пруток с содержанием олова выше 60% ярко блестит (возможно, это ПОС-90, ПОС-61);
— материал, в котором много свинца — темного серого цвета, матовый;
— пруток со значительным содержанием свинца пластичный (до 60%), его легко деформировать (ПОС-40, ПОС-30);
— пруток, где много олова, прочный и жесткий. Его нельзя согнуть руками;
— ПОС различных марок плавятся при температуре от 183 °C до 265 °C.
Для маркировки оловянных припоев используются буквы русского алфавита и цифры. Пример: ПОС-61, который еще именуют «третник» из-за содержания в нем 1/3 Pb. Буквы: П — это припой, О — оловянный, С — свинцовый. Число 61 — процент содержания Sn.
Рассмотрим наиболее востребованные марки оловянных припоев.
ПОС 90
Применяется для пайки таких металлов, как латунь, медь, сталь, бронза. Химический состав: 9 – 11% Pb и 89 – 91% Sn. Плавиться в интервале температур 183 – 220 ºС. Характеризуется высокой теплопроводностью, пластичностью, имеет выраженный металлический блеск. Также изделию присущ высокий коэффициент ударно вязкости, хорошо сопротивляется разрывам.
ПОС 90 – востребованное изделие. Элементы, соединенные данным оловянным припоем, можно в дальнейшем подвергать гальваническому покрытию другими металлами, эксплуатировать в контакте с продуктами питания. Данным сплавом паяют медицинские инструменты, оборудование. Полученные спаи – качественные, долговечные.
ПОС 63
Широко используется для пайки микросхем, печатных плат, пружин, важных узлов различных высокоточных приборов и измерительного оборудования из таких металлов, как сталь, медь, бронза, латунь. ПОС 63 востребован при групповой пайке на окунанием с протяжкой, соединении волной припоя на автоматических линиях.
Плавиться при 183 ?С. Характеризуется небольшой плотностью, хорошей пластичностью, коррозионной стойкостью, высоким показателем текучести. В состав ПОС 63 входит 62,5 – 63,5% олова, около 37% свинца. Содержит примеси висмута (0,1%), Cu, сурьмы (по 0,05%), Ni, As, Fe, S (не более 0,02% каждого), Al, Zn (0,002%). Они оказывают непосредственное влияние на технические характеристики.
ПОС 61 и ПОС 61М
ПОС 61 – универсальный оловянный припой, применяемый во многих отраслях. Им паяют детали из нержавейки, стали, латуни, меди, олова, бронзы, свинца. Для соединения меди, стали, латуни, бронзы припой ПОС 61 – наилучший выбор. Плавиться при 183-190 градусов Цельсия. Химсостав содержит: 59 – 61% олова, около 39% свинца, 0,1% сурьмы, 0,2% висмута, 0,05% Cu, 0,02% As.
В состав ПОС 61М входит 1,2 – 2% Cu, которые оказывают влияние на свойства. Прекрасно подойдет для пайки проводов, микросхем, фольги, печатных плат, радио, электроаппаратуры, высокоточных приборов, которые чувствительны к перегреву. В сравнении с другими видами оловянных припоев, которые можно купить, ПОС 61 отличается более высокой химической чистотой.
ПОС 50
Сплав содержи 50% олова, около 50% свинца, незначительные доли примесей. Используется для соединения деталей из железа, латуни, стали, меди, бронзы. Плавиться при 209 градусах по Цельсию. Применяется в самых разных сферах. Прочность на растяжение – 3,6 кгс/мм2.
ПОС 40
Состоит из 39 – 40% Sn, около 60% свинца и примесей: сурьмы (0,1%), меди (0,5%), мышьяка (0,02%). Используется для меди, стали, бронзы, латуни, оцинкованных изделий (в том числе, методом горячего цинкования). ПОС 40 соединяют детали радиаторов, трубопроводов, аппаратуры. Спай полностью герметичен. Формирует прочный шов, электроконтакт с малым переходным сопротивлением. Оловянно-свинцовый припой совместим со всеми видами оборудования, поэтому широко востребован не только в бытовых ремонтах, но и на крупных заводах.
ПОС 35
Используется в машиностроении, монтажных и ремонтных работах, для соединения деталей электрооборудования, гибких шлангов, изделий из белой жести и пр. Аналоги – ПОС 40, ПОС 30. Свойства и характеристики очень схожи.
ПОС 30
Разновидности
Для бессвинцовой пайки на сегодняшний день применяют четыре основных вида припоев, которые состоят:
- только из олова (Sn);
- из олова и меди (SnCu);
- из олова и серебра (SnAg);
- из олова, серебра и меди (SnAgCu).
Последний состав наиболее широко применяют для пайки из-за сбалансированного соотношения «цена/качество». Основным компонентом в составе является, естественно, олово. Процентное содержание остальных ингредиентов варьируется в различных пределах и зависит от марки припоя и области его применения.
Оловянный припой (Sn-100) используют довольно редко, так как он имеет самую высокую температуру плавления (232 ⁰С). Однако известная японская фирма Nihon Superior позиционирует именно его как один из самых лучших припоев, не содержащих в своем составе свинец.
Есть еще специальные составы, содержащие висмут и индий. Однако они предназначены для узкоспециализированных целей и довольно редко встречаются в свободной продаже.
Процесс пайки
— получения электроконтакта с малым сопротивлением;
— получения прочного шва (иногда термического, абсолютно герметичного).
Процесс пайки основан на различии температур плавления у припоя и соединяемых металлов. Тогда как мягкий сплав плавится, становится жидким и текучим, соединяемые металлы остаются твердыми. Расплавленный металл течет по соединяемым деталям, заполняя пустоты между ними. В процессе пайки формируется промежуточный слой, который включает в себя объединенные части припоя и материала объединяемых элементов.
— свойств объединяемых материалов;
— требования к прочности соединения;
— коррозийной устойчивости спая;
— его стоимости.
А при спаивании деталей, проводящих ток, учитывают еще коэффициент удельной проводимости.
Для пайки проводов из меди используют ПОС-40 на канифольной основе. Нержавеющую сталь можно соединить обычными ПОС, но для флюса используют специальный материал, отличающейся большей активностью, чем канифоль.
Медьсодержащие припои
Изначально был разработан специальный припой Sn99/3Cu0,7 (с содержанием меди 0,7 %) для автоматизированной волновой пайки печатных плат в заводских условиях. К недостаткам такого состава можно отнести относительно невысокую механическую прочность соединения. Под индексом ПОМ-07 его выпускает российский «Завод припоев» (Новосибирск). Из зарубежных производителей этой разновидности припоев наиболее известными являются Asahi (Сингапур), Wyctin B{amp}amp;C (Китай) и Tamington (США).
Для пайки различных изделий из меди (особенно труб питьевого водоснабжения), латуни, никеля, стали и сплавов на их основе применяют припой Sn97Cu3 (с содержанием меди 3 %). Швы, изготовленные с применением такого состава, обладают повышенной тепло- и холодостойкостью. Основными поставщиками этой разновидности припоев на российском рынке являются немецкие производители Rothenberger и Brazetec. Из отечественных производителей такую продукцию выпускает компания «Скат» (Санкт-Петербург).
Применение
Область эксплуатации достаточно широка.
ПОС 4-6 (заменяет ПОС-30) — для спайки железа, меди, свинца, жести белой при наличии клепанных замочных швов;
ПОС-18 (заменяет ПОС-40) — лужение перед пайкой дерева, спайка латуни, меди, железа оцинкованного, свинца;
ПОС-30 — спайка латуни, цинка и оцинковки, железа, жести белой, меди. Выполнение работ по пайке гибких шлангов, электромоторов, радиоаппаратуры;
ПОС-40 — пайка железных, медных, латунных проводов;
ПОС-90 — пайка внешних поверхностей посуды для употребления пищи, медицинских инструментов. Содержание 10% вредного свинца, делает его применение допустимым, для использования на поверхностях, которые контактируют с пищей и водой.
Поставщик:ООО РТГ «МетПромСтар»
Серебросодержащие припои
97/3, 96,5/3,5 (самое популярное и наиболее широко применяемое соотношение), 96/4 и 95/5. Температура плавления у таких составов (221 ⁰С) ниже, чем у медьсодержащих изделий. К тому же они отличаются повышенной надежностью соединения (обустроенного с их помощью), а по параметрам прочности даже превосходят свинецсодержащие припои. Наиболее широко на российском рынке представлена продукция немецкой фирмы Felder и американской Kester.
Трехкомпонентные припои
Чем паяют сегодня электрические детали и радиокомпоненты на современных предприятиях (а также многочисленные любители делать это своими руками)? Трехкомпонентными припоями SnAgCu. Именно такой состав сочетает в себе все достоинства бессвинцовых изделий, обладает хорошими эксплуатационными показателями, низкой температурой плавления (217 ⁰С) и оптимальным соотношением «цена/качество».
Научный спор о соотношении компонентов длится довольно давно. На сегодняшний день оптимальным (как по мнению производителей, так и по отзывам многочисленных потребителей) считается содержание в таком припое 95,5 % олова, 3,8 % серебра и 0,7 % меди (Sn95/5Ag3/8Cu0,7). Он широко используется на предприятиях по выпуску радиоэлектронной аппаратуры и электротехники.
