Недостаток припоя

Свойства

Стоит отметить, что от того при какой температуре плавится припой зависят многие его свойства. Это обусловлено составом, ведь если в него входят тугоплавкие металлы, которые в своем чистом виде имеют высокую прочность, то и при добавлении в сплав они сохраняют эти качества, пусть и не в полной мере.

Таким образом, прямая зависимость прочности соединения от точки расплавления практически всегда оказывается верной. Простым примером является , который является одним из самых легкоплавких вариантов. На практике он оказывается очень хрупким и может треснуть или слететь от небольших температурных воздействий.

Здесь же наблюдается зависимость с тем, какую температуру будет выдерживать полученное соединение. Температура плавления припоя должна быть меньше, чем у основного металла, иначе это был бы уже процесс сварки. Пайка сама происходит при высокой температуре, соответственно и соединение будет лучше сопротивляться такому воздействию.

Достоинства и недостатки

• У сплавов олова с другими металлами понижается смачиваемость, в сравнение со свинцовыми;
• Нет возможности использовать в электронике, несмотря на высокую электропроводность, так как во время термоциклирования здесь образуется рост «усов» и появляется интерметаллическая поверхность, на которой потом возникают трещины;
• Температура плавления бессвинцового припоя является относительно высокой, как для пайки, что не позволяет использовать его для тонких металлов и чувствительных к термообработке.

Разновидности

С содержанием меди. Эта разновидность была создана для того, чтобы спаивать печатные платы. Это осуществляется волной припоя. Но он имеет более низкие механические качества в наплавленном состоянии, если сравнивать с другими разновидностями. Также не всегда требуется столь высокая температура плавления.

Бессвинцовый припой с содержанием меди

С содержанием серебра. Припой оловянный бессвинцовый является одной из самых популярных разновидностей. Они обладают высокими качествами спаивания, а также хорошими механическими характеристиками в наплавленном состоянии. Температура плавления их достигает более 220 градусов Цельсия. Это один из немногих вариантов, надежность которого может конкурировать со свинцовыми припоями.

Бессвинцовый припой с содержанием серебра

Многосоставный сплав меди, серебра и олова. Трехкомпонентный состав применяется долгое время, так как он был изобретен еще до появления серебряных припоев. У него более низкая температура плавления. Большую часто состава занимает олово, которое достигает более 90%. Здесь наблюдается хорошее свойство спаивания, а также повышенная крепость соединения. Исходя из экономических соображений, он является наиболее выгодным.

Висмут, серебро и олово. В нем наиболее низкая температура плавления, что улучшает способности к спаиванию, но понижает температурный предел эксплуатации. Спаивание у него наиболее высокое среди бессвинцовых разновидностей, тогда как смачиваетесь не всегда себя хорошо проявляет.

Химический состав

Выделяется несколько примеров содержание элементов в сплаве относительно металла, который используется как добавка, хотя в каждой марке оно может быть свое.

Особенности выбора

Выбор подходящей марки зависит от состава бессвинцового припоя.

В большинстве случаев олово занимают основное место в составе, так что его характеристики больше всего влияют на общие свойства. Чем его больше, тем мягче будет проходить спаивание, но будет ниже крепость соединения. Также у него ниже температура плавления. Материал в итоге получается очень мягким.

Повышение количества меди в составе увеличивает температуру плавления и твердость. Ее зачастую немного, но даже нескольких процентов вполне достаточно, чтобы изменить характеристики состава. Серебро также повышает температуру плавления и крепость, но делает это более мягко. Его наличие в составе позволяет повысить качество шва без особых негативных моментов, но он же влияет и на стоимость марки.

Особенности пайки

У многих может возникнуть вопрос, как паять бессвинцовым припоем. Здесь нет больших отличий от стандартной процедуры. Требуется подготовить поверхность металла, расплавить припой и нанести его на спаиваемую часть. Затем нужно дать остыть и проверить качество соединения. Особенностью является температура пайки бессвинцовым припоем, так как она ниже и соответственно, подогрев должен производиться в другом режиме.

Каждый материал вне зависимости от его основного назначения, обладает рядом плюсов и минусов. Припой без содержания свинца в составе не является исключением. Его популярность использования обусловлена следующими  преимуществами:

• высокий уровень безопасности для экологии и человеческого организма;
• отсутствие в химическом составе вредных, токсичных веществ;
• повышенная степень электропроводности;
• материал, особенно тот, который состоит их чистого олова, обладает повышенным уровнем смачиваемости;
• большой ассортимент моделей припоев от разных производителей;
• модели, имеющие в составе медь в качестве дополнительного элемента, достаточно стойки к влиянию высокой температуры.

Минусы:

• если проводить параллели со свинцовыми сплавами, соединения олова с различными дополнительными элементами значительно понижает уровень смачиваемости, относительно свинцовых моделей припоев;
• бессвинцовый припой, несмотря на достаточно хорошую способность к проводимости электрического тока, нельзя использовать в технике, из-за проявляющегося недостатка, в виде роста так называемых «усов», которые подвержены возникновению разного рода трещин;
• из-за повышенной отметки точки температурного плавления,  данный вид материала нельзя использовать при пайке тонкого или чувствительного к высоким температурам металла, так как это негативно повлияет на физические свойства и целостность материала.

Температура плавления припоев

Температура плавления мягких припоев хоть и не превышает 300 градусов, тогда как в твердых марках разброс намного больше, то все равно, даже в этом случае получается разница более чем в три раза. Таким образом, стоит подбирать инструменты для температурной обработки, которые бы имели ту мощность, что требуется для достижения нужных параметров.

Более высокая или низкая температура может оказаться неподходящей, так что это может стать одной из причин, . Отклонение при выборе температурного режима допускается в небольших пределах, около 10-20 градусов Цельсия, причем желательно в более высокую сторону. Ведь далеко не всегда есть возможность точно выставить рабочие параметры, особенно на простых паяльниках.

Возможность безвредного повышения температуры инструмента обуславливается тем, что у припоя есть первоначальная точка плавления, когда он из твердого перетекает в жидкое. В это время жидкость получается относительно вязкой и достаточно пластичной для применения. Далее следует вторая точка плавления, когда материал уже становится максимально жидким. Здесь уже сложнее работать, так что выбор режима должен быть как раз между этими двумя показателями.

Припой с индием Pb— 37,5 % Sn—25 % In с температурой плавления 134—181 °С также использован для пайки свинца. Припои, богатые индием, такие, как припой 52 % In—48 % Sn с температурой плавления 117 °С, весьма пластичны и сравнительно прочны. Паянные ими соединения работают при температуре —196,15°С и нашли применение для пайки электронных приборов.

Оловянные и оловянно-свинцовые припои

Олово и его сплавы, содержащие {amp}gt;50 % Sn, имеют температуру ликвидуса в интервале 145—250 °С. Основу таких припоев составляют четыре тройных и три двойных эвтектики, богатые оловом (табл. 8).

Почти все эвтектики этих систем и состоят из фаз на основе твердых растворов элементов, за исключением сплавов системы Sn—Pb—Cd.

Свойства легкоплавких припоев во многом зависят от свойств одной из основных фаз — твердого раствора олова. Олово имеет две полиморфные модификации: 1) белое, с тетрагональной кристаллической структурой, устойчивой до температуры 13,2 °С, с плотностью 7,28 г/см л; 2) серое, с кубической структурой типа алмаза, образующееся при низких температурах, с плотностью 5,82 г/см 3 .

Превращение белого олова в серое происходит с выделением теплоты и сопровождается большим изменением объема, что вызывает его разрушение и образование серого порошка («оловянная чума»). Скорость превращения белого олова в серое при температуре 13,2 °С благодаря способности его к переохлаждению мала; она максимальна при — 30-50 °С и уменьшается при дальнейшем снижении температуры.

Белое олово (Р—Sn) обладает хладноломкостью при — 30 -60 °С; вязкое разрушение переходит в хрупкое при ударных испытаниях. В припое ПОС 30, где оловянной фазы меньше, чем в припое ПОС 40, температурный интервал перехода из вязкого в хрупкое состояние расширяется, а ударная вязкость снижается более плавно.

Пластичность олова повышается в интервале температур от 17 °С до — 30 °С, после чего начинает резко снижаться.

Превращение белого олова в серое ускоряется при наличии зародышей серого олова, наряжений в деталях, коррозионно активной среды, некоторых примесей, повторных нагревов и охлаждения. Известны случаи разрушения при низких температурах в холодильных установках полуды и деталей из чистого олова.

Алюминий, цинк, германий, медь, железо, кобальт, марганец и магний ускоряют распад белого олова; висмут, сурьма, свинец, кадмий, серебро, индий, золото и никель задерживают. При наличии в олове 0,3—0,5 % Bi, или 0,5 % Sb, или 1 % Рb распад олова становится практически невозможным.

Опыт показывает, что введение в оловянные припои меди, никеля, магния и цинка повышает их прочность, висмута и цинка — увеличивает их смачивающую способность и легкоплавкость, кроме того, добавки магния, образующего химические соединения с Sn и Рb, упрочняют припои.

В оловянно-свинцовых припоях и в паянных ими соединениях «оловянная чума» даже при работе соединений при низких температурах не наблюдалась.

Легкоплавкие припои, богатые оловом, представлены среди тройных сплавов эвтектической системы Sn—Pb—Cd. Наиболее распространенные припои, содержащие эвтектику Sn—РЬ с температурой плавления 183°С.

Сурьма уменьшает окисление оловянно-свинцовых припоев в жидком состоянии, улучшает их внешний вид и увеличивает теплостойкость до температуры немного выше 100 °С.

Основной набор стандартных оловянно-свинцовых припоев в разных странах примерно одинаков. Они различаются по содержанию примесей и сурьмы, упрочняющей эти припои, содержание которой не превышает 6 %, так как при большем ее количестве образуется химическое соединение SnSb, охрупчивающее припой.

Оловянно-свинцовые припои, содержащие сурьму, непригодны для пайки цинка и его сплавов из-за образования хрупкого химического соединения в шве. Сурьма в больших количествах ухудшает жидкотекучесть Sn—Рb припоев, снижает их коррозионную стойкость, ухудшает сцепляемость с паяемым металлом.

Твердость оловянно-свинцовых припоев при добавлении свинца к олову непрерывно повышается до эвтектического состава, а затем, при дальнейшем его увеличении,— снижается.

Исследования влияния допустимого содержания сурьмы в припоях Sn—Рb на их физико-химические свойства позволили классифицировать эти припои на три группы: 1) бессурьмянистые припои с содержанием до 0,05 % Sb, применяемые при необходимости получения высокой пластичности и вакуумной плотности паяных швов;

2) малосурьмянистые припои, содержащие 0,2— 0,5% Sb, с повышенной пластичностью, обеспечивающие плотные швы и применяемые для оцинкованных и цинковых деталей; 3) сурьмянистые припои, содержащие 2—5 % Sb, широко используемые при абразивной пайке, а также в различных отраслях техники, где требуется повышенная прочность паяных швов.

Оловянно-свинцовые припои обладают двумя важными характеристиками, определяющими механические свойства паяного соединения: температура рекристаллизации их близка к нормальной; растворимость олова в свинце сильно изменяется при повышении температуры. При нормальной температуре в свинце растворяется 2 % Sn, тогда как при эвтектической температуре 183 °С в нем растворяется 19,5 % Sn.

Упрочнить эти припои наклепом не удается. В отличие от чистого олова деформированные оловянно-свинцовые припои имеют меньшую твердость и прочность, чем литые. Подробное исследование этого явления показало, что причиной его служит не только низкая температура рекристаллизации, но и выделение олова из пересыщенного твердого раствора свинца.

После литья оловянно-свинцовые сплавы находятся в неравновесном состоянии. Большая скорость диффузии элемента сплава при нормальной и немного выше температуре приводит к тому, что при исследовании механических средств припоев после старения всегда наблюдается стадия перестаривания (которую практически можно не учитывать).

Припой на основе Pb—Sn, а также паянные ими соединения под нагрузкой изменяют свои размеры («ползут») даже при нормальной температуре. Ползучесть этих припоев и паянных ими соединений зависит от условий кристаллизации припоев, их состава, а также от состава основного металла. Крупнозернистые припои (как и другие сплавы) обладают большей сопротивляемостью ползучести, чем мелкозернистые.

К недостаткам припоя ПОС 40 относится сравнительно широкий температурный интервал кристаллизации, что снижает производительность процесса пайки из-за большой длительности затвердевания шва.

Припой ПОСВ 50 применяют для пайки узлов, подвергаемых термоударам.

Для повышения смачивания меди и ее сплавов припоями ПОС 61 и ПОС 40, торможения роста прослойки фазы (Cu 6 Sn 5) и увеличения прочности паянных соединений в них был введен высокоактивный по отношению к олову и свинцу элемент магний.

Магний имеет более высокое химическое сродство с медью, чем с оловом и свинцом, и при содержании (0,15—0,9%)Mg по границе шва с паяемым металлом образуются весьма тонкие прослойки химического соединения Mg 2 Cu, тормозящие рост прослойки C 6 Sn 5 n-фаза), а в шве образуются включения Mg 2 Sn 4 и Mg 2 Pb, упрочняющие шов и измельчающие его структуру.

Установлено, что при введении в припои системы Sn—Рb с содержанием 40, 63 и 90 % Sn никеля в виде порошка с чистотой 99,94 при температуре 1550 °С в количестве 1, 3, 5, 10 и 15 % (при нагреве в кварцевых ампулах) сопротивление срезу соединений, паянных припоем Рb —63 % Sn —10 % Ni, возрастает в 1,5 раза по сравнению с соединениями, паянными припоями, не содержащими никеля, и составляет 45 МПа.

Какой бы ни был вид припоя, температура, при которой он начнет плавиться, обязательно должна быть ниже плавления спаиваемых материалов. Также она должна быть выше, чем рабочие температуры деталей.

Итак, мы выяснили, какие существуют припои, и какой из них лучше использовать в разных случаях.

Классификация

На сегодняшний день можно говорить о разнообразных типах припоев. Причем в основе их деления может лежать все что угодно
, начиная от внешнего вида и заканчивая его элементами в составе.

Итак, пос бывает разным по своему внешнему виду:

1. Гранулы.
2. Прутики.
3. Проволоки.
4. Порошки.
5. Фольга.

Кроме такого деления, существует еще классификация пос по тому, какую температуру используют при плавлении и каков предел прочности при растяжении.

Все припои делят на три типа:

1. Мягкие.
2. Твердые.
3. Полутвердые.

Итак, первый вид требует температуру до трехсот градусов, а предел прочности ограничивается — 16-100 МПа. Твердые начинают свой процесс плавления при температуре выше трехсот градусов, а границы растяжимости прочности — 100-500 МПа.

К мягким относятся те, которые еще имеют и следующее количество содержания олова: от 10 до 90 процентов. Остальные проценты в этих смесях составляет свинец. По-другому распределяется состав в твердых припоях. Так, они обычно медно-цинковые и серебряные
, в которых есть еще и другие добавки.

К полутвердым относятся те, в которых процесс плавления происходит при 4000 градусах. Чаще всего эту группу соединяют с мягкими. Появляются сейчас и новые виды, например, бессвинцовые, которые позволяют говорить о чистоте экологии.

1. Припои для пайки без содержания свинца делятся на несколько основных типов, можно рассмотреть наиболее часто используемые.
2.  В качестве дополнительного элемента используется медь. Припой данного вида был создан для пайки печатных плат. Это выполняется с помощью волны припоя. Однако, если проводить параллели с другими версиями бессвинцового припоя, данная обладает пониженным свойством прочности. Также этот тип требует плавления при высокой температуре, что не всегда требуется.
3. В качестве дополнительного элемента используется серебро. Данный вид оловянного припоя, где свинец в химическом составе заменяется серебром, является наиболее часто используемым относительно всех других видов. Эта модификация отлично поддается пайке. В наплавленном состоянии он обладает хорошим свойством прочности и другими механическими характеристиками. Вещество начинает плавиться при достижении отметки в двести двадцать градусов по Цельсию. Данная модификация бессвинцового припоя в некоторых случаях способно посоревноваться в характеристиках с классическим свинцовым расходным материалом.
4. Оловянный припой с двумя дополнительными химическими элементами в составе в виде серебра и меди. Данную версию бессвинцового припоя стали использовать самой первой. Она обладает невысокой отметкой температурного плавления. Значительный процент, который принимает значения в девяносто, в составе занимается оловом. Соединения, созданные с применения данного подвида бессвинцового припоя, обладают достаточно высокими механическими свойствами. Данный тип, если сравнивать с двумя вышеописанными, является наиболее лучшим вариантом с экономической точки зрения.
5. В качестве дополнительных элементов используются висмут и серебро. Этот тип, относительно всех вышеописанных, обладает самой низкой температурной отметкой плавления. Это свойство значительно сужает спектр применения данного материала. Из всех видов бессвинцовых припоев, этот лучше всего поддается спаиванию.

Припой для пайки: основные характеристики

Производством бессвинцового припоя занимается достаточно большое число разнообразных производителей. Стоит поподробнее рассмотреть химический состав и физические свойства наиболее популярных брендов.

Indalloy 227 – основным назначением данной модели припоя является пайка бессвинцовых материалов и печатных плат. Вещество начинает плавиться при достижении температурной отметки в 187 градусов по Цельсию. Состав выглядит следующим образом (значения в процентах):

• Sn – 77.2;
• In – 20;
• Ar – 2.8.

Alloy H – использования данного припоя в процессе пайки, требует применять метод «волны». Данное вещество категорически нельзя применять для пайки с содержанием свинца и висмута. Оно подвергается плавлению при достижении температурной отметки в 212 градусов по Цельсию. Химический состав выглядит так:

• Sn – 84.5;
• Bi – 7.5;
• Cu – 5;
• Ar – 2.

Castin – при спаивании чего-либо данным припоем требуется использование повышенных температур. Материал начинает плавиться при достижении температурной отметки в 215 градусов по Цельсию. В химический состав припоя входят следующие вещества:

• Sn – 96.2;
• Ar – 2.5;
• Cu – 0.8
• Sb – 0.5.

Tin Silver-Copper – при совершении пайки с помощью данного припоя требуется использовать температуру равную значению 260 градусов по Цельсию и выше. Вещество подвергается плавлению при достижении отметки в 217 градусов по Цельсию. Химический состав включает в себя три химических элемента и выглядит следующим образом:

• Sn – 93.6;
• Ar – 4.7;
• Cu – 1.7.

В качестве него используют различные Также есть составы на основе чистого металла. Для того чтобы с помощью того или иного припоя можно было создавать качественные соединения, эти материалы должны отличаться некоторыми качествами.

Использование припоев

Остановимся подробнее на том, как происходит сам процесс использования пос. Начинают всего с того, что и место соединения, и сам припой нагревают до определенной температуры. Сам процесс начинается после того, как припой достигнет определенной температуры, ведь известно, что ему необходимы для плавления температурные градусы ниже, чем для металла, из которого изготовлены изделия.

Это позволяет припою плавиться, а металл остаются в своем прежнем состоянии, то есть твердым. При уже небольшой температуре на месте соединения пос и твердого металла, который не поддается плавлению, оставаясь в твердом состоянии, начинаются самые разнообразные процессы физико-химического свойства.

Припой начинает смазывать металл, а потом при той же температуре еще начинает и растекаться, заполняя все зазоры. Доказано, что при таком процессе, который происходит при определенной невысокой температуре, компоненты пос диффундируют в основной металл
, а затем уже сам этот основной металл и растворяется в припое.

Таким путем и при установленной температуре образуется промежуточная прослойка. Задача этой прослойки соединить все детали в одно
, как только пройдет процесс застывания. Чтобы все прошло успешно, необходимо учитывать физико-химические свойства соединяемых металлов.

Так как припоев много, то стоит правильно выбирать их марки. Например, учитывать температуру, при которой происходит процесс плавления, устойчивость к коррозиям, а также стоимость имеет не последнее значение.

Если необходимо соединить при помощи пос какие–то части, которые проводят ток, то здесь обращают внимание и на удельную проводимость самого припоя. Есть припои, которым необходима очень низкая температура и они отлично подходят для работы с изделиями сложной формы.

Как выбрать?

Выбирать ту или иную модель бессвинцового припоя следует исходя из его химического состава. Чаще всего в химическом составе бессвинцового припоя преобладает олово, в связи с этим характеристики данного металла в большей степени, нежели чем свойства других передаются расходному материалу. Соответственно это влияет на мягкость итогового результата соединения – она достаточно высокая. Помимо этого у него значительно снижается значение температурной точки, при достижении которой материал начинает подвергаться плавлению.

Важно знать: в том случае, если в ассортименте магазина вам не удалось найти нужную модель бессвиноцового припоя, то в качестве заменителя можно использовать отечественный продукт ПСР 45, стоит отметить, что в его составе присутствует незначительная доля свинца, которая равна примерно половине одного процента от общего состава.

Чем больше меди содержится в составе бессвинцового припоя, тем выше его температура плавления, а, следовательно, и твердость. Всего лишь пары процентов от общего состава достаточно для того, чтобы кардинально изменить характеристики материала.

Серебро придает припою точно такие же свойства, как и медь, однако делает это в более мягком режиме. В связи с эти бессвинцовый припой с содержанием серебра продается по несколько большей цене, нежели медные варианты. Расходные материалы с содержанием редких материалов, таких как висмут и сурьма, предназначаются для сложных частных случаев и используются достаточно редко. Их цена самая высокая относительно всех других версий бессвинцого припоя.

Многие люди могут задаться вопросом: «Как выполняется пайка с использование припоя без свинца в качестве расходного материала. Стоит сказать, что процедура практически ничем не отличается от пайки с использованием классического припоя с содержанием свинца.

Предварительно нужно провести очистку рабочей поверхности и полностью высушить ее. Для этого без проблем можно использовать практически любой растворитель. Далее нужно расплавить припой на рабочую зону пайки. После чего ему необходимо самостоятельно остыть при комнатной температуре. Следующим шагом будет являться проверка получившегося соединения на прочность и качество. Основной отличительной особенностью использования бессвинцового припоя в отличие от классического, является использование особого режима подогрева.

Система обозначение припоев

Уже в названии марки можно определить и то, что это такое. Ведь любой сплав должен начинаться с буквы «П», подчеркивая то, что он может подвергаться процессу плавления. Цифра указывается на содержание компонентов.

Когда необходимо надежно скрепить между собой различные твердые соединения, то чаще всего для этого выбирается пайка. Этот процесс широко распространен во многих областях промышленности. Приходится паять и домашним мастерам.

Эта операция выручает не только тогда, когда вышел из строя телевизор или компьютер, и для восстановления необходимо заменить сгоревшую микросхему либо чип. С помощью данного процесса восстанавливают холодильное оборудование, промышленные системы. Пайка помогает в том случае, если необходимо получить герметичное соединение.

К тому же некоторые материалы попросту нельзя соединить по-другому. Алюминий, медь, латунь не удастся соединить методом сварки. Для того чтобы получить качественное и надежное, а также герметичное соединение, нужно иметь не только хорошее оборудование и специальные навыки, но и подходящие расходные материалы — припои и

Сплавы припоев и виды флюса выбирают в зависимости от материалов, с которыми придется работать. К примеру, при операции с алюминиевыми изделиями необходим другой флюс, отличный от того, что подходит для меди или серебра. Ниже мы рассмотрим основные характеристики каждого из них и выберем наиболее оптимальный вариант для работы.

Смачиваемость

Прежде всего, любой вид припоя должен иметь отличную смачиваемость. Без этой характеристики спаиваемые детали просто не смогут надежно контактировать друг с другом. Что такое смачиваемость? Это такое интересное явление, когда прочность связей между частицами твердого вещества и жидкости выше, чем у молекул жидкости.

Если есть смачиваемость, тогда жидкость растечется по поверхности и попадет во все полости. Итак, если припой для пайки не смачивает, к примеру, медь, тогда его нельзя использовать с этим металлом. Для пайки ее не используют свинец в чистом виде. Его характеристики смачивания очень низкие и нельзя рассчитывать на высокое качество соединения.