Паяльная паста.
В конце и без того длинного повествования хотелось бы немного рассказать о паяльной пасте. Используется она в основном для пайки поверхностно монтируемых компонентов (SMD’шек) и безвыводных микросхем в корпусах BGA.
На вид представляет собой серого цвета кашицу и состоит из о-о-очень мелких шариков сплава Sn62Pb36Ag2 (состав: 62% олова, 36% свинца и 2% серебра), а также безотмывочного флюса. На упаковке указывается, что флюс безотмывочный двумя буквами в названии – NC (No Clean – без очистки). Флюс, в котором содержаться шарики припоя на воздухе высыхает, поэтому пасту хранят в закрытой упаковке.
Паяльная паста Solder Plus
Применяется паяльная паста при сложном ремонте мобильных телефонов для пайки микросхем в корпусе BGA. Для её использования требуется дополнительное оборудование для ремонта сотовых телефонов, например, специальные трафареты. Стоимость такой пасты довольно высока. Да и не удивительно, ведь в её составе есть серебро.
В настоящее время в производстве электроники стали массово применяться бессвинцовые припои.
Под действием кислорода воздуха олово не изменяется, а свинец окисляется. Оксидная пленка в обычных условиях хорошо предохраняет металл от дальнейшего окисления. Оба металла реагируют с галогенами и серой.
Вода на олово не действует. Со свинца она постепенно смывает оксидную пленку, что способствует его дальнейшему окислению. Лучшим растворителем свинца является разбавленная азотная кислота, олова – царская водка. В ряду напряжений олово и свинец расположены непосредственно перед водородом, поэтому они восстанавливаются из солей многими металлами.
В соединениях олово и свинец проявляют валентности IIиIV. Но для свинца более устойчивым является двухвалентное состояние, а для олова – четырехвалентное. В связи с этим, олово в степени окисления 2 является сильным восстановителем, а свинец в степени окисления 4 – сильным окислителем.
Переход от более низкой к более высокой степени окисления, как правило, легче идет в щелочной среде, а обратный переход – в кислой. Поэтому восстановительные свойстваSn(II) в щелочной среде выражены сильнее, чем в кислой, а окислительные свойстваPb (IV) сильнее проявляются в кислой среде.
Гидроксид олова (II) амфотерен. Одинаково хорошо реагирует как с кислотами, так и со щелочами. При взаимодействииSn(OH)2с растворами щелочей образуются тетрагидроксостаннаты. В растворах соли олова (II) сильно гидролизуются. Достаточно разбавить растворSnCl2водой, чтобы произошел гидролиз с образованием осадка хлорида гидроксоолова.
В связи с этим растворы солей олова стабилизируют избытком кислоты. Гидроксид олова (IV) называют оловянной кислотой с формальной формулойH2SnO3. Оловянную кислоту можно получить при действии на раствор соли олова (IV) аммиаком или при растворении олова в концентрированной азотной кислоте (при реакции олова с разбавленной азотной кислотой получается нитрат олова (II)).
Оловянная кислота легко растворяется в щелочах с образованием [Sn(OH)6] 2− . Гидроксид олова (IV) можно растворить и в крепких растворах кислот, взятых в большом избытке для предотвращения гидролиза образующейся солиSn(IV). Устойчивость кислых растворов солей олова (IV) объясняется образованием анионных комплексов, например,H2[SnCl6].
Гидроксид свинца (II) обладает амфотерными свойствами и растворяется как в кислотах с образованием солей свинца (II), так и в щелочах с образованием гидроксокомплексов [Pb(OH)6]. Большинство солей свинца (II) не растворимо. Растворимые соли гидролизуются, но в меньшей степени, чем соли олова (II).
Для солей свинца (II), в отличие от солей олова (II), восстановительные свойства не характерны. Перевести соединения свинца (II) в соединения свинца (IV) можно лишь с помощью очень сильных окислителей. Оксид и гидроксид свинца (IV) обладают амфотерными свойствами с кислотным уклоном.
Металлы не очень удобны для опытов: эксперименты с ними требуют, как правило, сложного оборудования. Но некоторые опыты можно поставить и в домашней лаборатории.
Начнем с олова. В хозяйственных магазинах бывают иногда палочки металлического олова для пайки. С таким маленьким слитком можно проделать эксперимент: взять оловянную палочку двумя руками и согнуть — раздастся отчетливый хруст.
Дело в том, что у металлического олова такая кристаллическая структура, что при изгибе кристаллики металла как бы трутся друг о друга, возникает хрустящий звук. Кстати, по этому признаку можно отличить чистое олово от оловянных сплавов — палочка из сплава при сгибании никаких звуков не издает.
А сейчас попробуем добыть олово из пустых консервных банок, из тех самых, которые лучше не выбрасывать, а сдавать в утиль. Большинство банок изнутри луженые, т. е. они покрыты слоем олова, который защищает железо от окисления, а пищевые продукты — от порчи. Это олово можно извлечь и использовать повторно.
Прежде всего пустую банку надо как следует очистить. Обычного мытья недостаточно, поэтому налейте в банку концентрированный раствор стиральной соды и поставьте ее на полчаса на огонь, чтобы моющий раствор прокипел как следует. Слейте раствор и промойте банку два-три раза водой. Теперь можно считать ее чистой.
Нам понадобятся две-три батарейки для карманного фонаря, соединенные последовательно; можно взять выпрямитель с трансформатором или аккумулятор на 9—12 В. Каким бы ни был источник тока, к положительному его полюсу присоедините консервную банку (внимательно следите, чтобы был хороший контакт — можно пробить в верхней части банки небольшое отверстие и вдеть в него провод).
Отрицательный полюс соедините с каким-либо куском железа, например, с большим очищенным до блеска гвоздем. Опустите железный электрод в банку так, чтобы он не касался дна и стенок. Как его подвесить — придумайте сами, это нехитрая штука. Налейте в банку раствор щелочи— едкого натра (обращаться крайне осторожно!) или стиральной соды; первый, вариант лучше, но требует предельной аккуратности в работе.
Так как раствор щелочи еще не раз будет нужен для опытов, расскажем здесь, как его приготовить. Добавьте стиральную соду Na2CO3 к раствору гашеной извести Са(ОН)2 и прокипятите смесь. В результате реакции образуется едкий натр NaOH и карбонат кальция, т. е. мел, практически нерастворимый в воде. Значит, в растворе, который после охлаждения надо профильтровать, останется только щелочь.
Но вернемся к опыту с консервной банкой. Вскоре на железном электроде начнут выделяться пузырьки газа, а олово с консервной банки станет понемногу переходить в раствор.
Ну а если надо получить не раствор, содержащий олово, а сам металл? Что ж, и это возможно. Выньте из раствора железный электрод и замените его угольным. Тут вам вновь поможет старая, отслужившая свое батарейка, в цинковом стаканчике которой есть угольный стержень.
Извлеките его и соедините проводом с отрицательным полюсом вашего источника тока. На стержне при электролизе будет оседать губчатое олово, причем если напряжение подобрано правильно, то произойдет это довольно быстро. Правда, может случиться так, что олова с одной банки окажется маловато.
Собранное на электроде олово можно переплавить. Отключите ток, достаньте угольный стержень с губчатым оловом, положите его в фарфоровую чашку или в чистую металлическую банку и подержите на огне. Вскоре олово сплавится в плотный слиток. Не дотрагивайтесь до него и до банки, пока они не остынут!
Часть губчатого олова можно не переплавлять, а оставить для других опытов. Если растворить его в соляной кислоте — небольшими кусочками и при умеренном нагревании, — то получится раствор хлорида олова. Приготовьте такой раствор концентрацией примерно 7% и добавьте, помешивая, раствор щелочи чуть большей концентрации, около 10%.
Сначала выпадет белый осадок, но вскоре он растворится в избытке щелочи. Вы получили раствор станнита натрия — тот самый, который образовался у вас вначале, когда вы начали растворять олово из банки. Но если так, то первую часть опыта — перевод металла из банки в раствор — можно уже не повторять, а приступить сразу ко второй его части, когда на электроде оседает металл. Это сэкономит вам немало времени, если вы захотите получить побольше олова из консервных банок.
Свинец плавится еще легче, чем олово. В маленький тигель или в металлическую банку из-под гуталина поместите несколько дробинок и нагрейте на пламени. Когда свинец расплавится, осторожно снимите банку с огня, взяв ее за бортик большим надежным пинцетом или плоскогубцами.
Расплав свинца вылейте в гипсовую или металлическую форму либо просто в песчаную лунку — так вы получите самодельное свинцовое литье. Если же и дальше прокаливать расплавленный свинец на воздухе, то через несколько часов на поверхности металла образуется красный налет — смешанный оксид свинца; под названием «свинцовый сурик» его часто использовали прежде для приготовления красок.
Свинец, как и многие другие металлы, взаимодействует с кислотами, вытесняя из них водород. Но попробуйте положить свинец в концентрированную соляную кислоту — он в ней не растворится. Возьмите другую, заведомо более слабую кислоту — уксусную. В ней свинец хоть и медленно, но растворяется!
Этот парадокс объясняется тем, что при взаимодействии с соляной кислотой образуется плохо растворимый хлорид свинца PbCl2. Покрывая поверхность металла, он мешает дальнейшему его взаимодействию с кислотой. А вот ацетат свинца Pb(СН3ОО)
О. Ольгин. «Опыты без взрывов» М., «Химия», 1986
Разделение по химическому составу
По химическому составу современные, практичные припои распределяются на мягкие легкоплавкие и твердые тугоплавкие.
В первую категорию входят следующие позиции:
- свинцовые – содержат только свинец в чистом виде и расплавляются при температуре от 180 до 230 °C;
- оловянные – состоят из олова и плавятся при 220 °C, создают прочный и пластичный шов;
- свинцово-оловянные – могут содержать от 15 до 90% олова. Температура расплавления таких элементов составляет 183-280 °C;
- оловянно-медные – на 97% состоят из высококачественного олова и на 3% из меди. Относятся к самым популярным и продаются по разумной цене. Образуют прочное соединение с хорошей устойчивостью к коррозии;
- медные с серебром – на 95% состоят из меди и на 5% из серебра. Отличаются высокими прочностными характеристиками и обеспечивают надежное сцепление между фрагментами.
Применяются мягкие легкоплавкие компоненты для объединения в единый комплекс труб диаметром от 6 до 108 мм. В стыковой области образуют аккуратный шов шириной от 7 до 50 мм.
Мягкие низкотемпературные припои актуальны для организации отопительных сетей, индивидуальных и централизованных водопроводных магистралей.
Для газовых коммуникаций такой вариант категорически не подходит
Свинец считается вредным для здоровья человека элементом.
Использование свинцовосодержащих припоев категорически запрещается в сетях, подающих воду в многоквартирные или частные дома, на предприятия или в общественные учреждения. На другие типы коммуникаций этот запрет не распространяется.
Для высокотемпературной обработки подходят твердые тугоплавкие материалы:
- медь в сочетании с серебром и цинком – содержит меди 30%, серебра — 44% и цинка — 26%. Область сцепления отличается хорошей прочностью, сохраняет пластичность, эффективно противостоит коррозии и демонстрирует повышенную теплопроводность;
- медь с фосфором – сплав из 94% меди и 6% фосфора. В процессе пайки не нуждается в применении флюса. Делает крепкое и надежное соединение, но частично теряет эластичность при низких температурах окружающей среды;
- серебро – во время пайки требует обязательного использования флюса. Создает крепкий, надежный шов с хорошей пластичностью и высокой коррозийной устойчивостью. Стоит значительно дороже аналогов из простых металлов и широкого распространения не имеет. Применяется там, где есть экономическая целесообразность и предъявляются повышенные требования к качеству трубного соединения.
При помощи тугоплавких припоев монтируют комплексы из труб диаметром от 12 до 159 мм, включая газовые коммуникационные сети, отопительные трассы и водопроводные магистрали диаметром от 28 мм.
Чтобы медь не потеряла своих прочностных характеристик в процессе пайки, не следует опускать деталь со свежим швом в воду или подвергать ее искусственному обдуву ради охлаждения.
Надежное, прочное и долговечное соединение обеспечит металл, остывший естественным путем
Использование классических медно-фосфорных или любых других элементов допускается при создании соединений внахлест.
Такой вариант сцепления обеспечивает максимальную прочность конструкции и увеличивает период работы трубопровода.
Мягкие припои для удобства пользования обычно изготовляются в форме катушек. Твердые элементы поставляются в виде проволок разной длины.
Для усиления целостности и повышения прочностных характеристик шва, нахлест должен составлять не менее 5 мм. В процессе обработки нужно оставить микроскопический зазор, чтобы припой втянулся внутрь равномерно, заполнил пустоты и образовал надежную герметичную латку
Содержащие сурьму
Для уменьшения степени окисления сплава в жидком состоянии и придания пайке лучшего вида, в состав его вводят сурьму. Согласно ГОСТ 21930-76 все оловянно-свинцовые припои для пайки в зависимости от химического состава классифицируются на:
- безсурьмянистые;
- малосурьмянистые, с содержанием сурьмы до 0,5 %;
- сурьмянистые, содержащие более 0,5% сурьмы.
Этот же ГОСТ определяет и области преимущественного использования каждой марки.
Таблица 1. Химический состав припоев
| ПОС 90 | 17 2311 1100 04 | 89-91 | — | — | — | Остальное то же |
| ПОС 63 | 17 2312 0100 | 62,5-63,5 | — | — | — | « |
| ПОС 61 | 17 2312 1100 10 | 59-61 | — | — | — | « |
| ПОС 40 | 17 2314 1100 00 | 39-41 | — | — | — | « |
| ПОС30 | 17 2321 1100 09 | 29-31 | — | — | — | « |
| ПОС 10 | 17 2326 1100 06 | 9-10 | — | — | — | « |
| ПОС 61М | 17 2312 1200 07 | 59-61 | — | — | 1,2-2,0 | « |
| ПОСК 50-18 | 17 2313 1200 02 | 49-51 | — | 17-19 | — | « |
| ПОСК 2-18 | 17 2343 1100 09 | 1,8-2,3 | — | 17,5-18,5 | — | « |
| ПОССу 61-0,5 | 17 2312 1400 01 | 59-61 | — | — | — | Остальное то же |
| ПОССу 50-0,5 | 17 2313 1100 05 | 49-51 | — | — | — | « |
| ПОССу 40-0,5 | 17 2314 1200 08 | 39-41 | — | — | — | « |
| ПОССу 35-0,5 | 17 2315 1200 03 | 34-36 | 0,05-0,5 | — | — | « |
| ПОССу 30-0,5 | 17 2321 1200 06 | 29-31 | — | — | — | « |
| ПОССу 25-0,5 | 17 2322 1200 01 | 24-26 | — | — | — | « |
| ПОССу 18-0,5 | 17 2323 1100 10 | 17-18 | — | — | — | « |
| ПОСу 95-5 | 17 2311 1200 01 | Ост. | 4,0-5,0 | — | — | — |
| ПОССу 40-2 | 17 2314 1300 05 | 39-41 | 1,5-2,0 | — | — | Остально то же |
| ПОССу 35-2 | 17 2315 1300 00 | 34-36 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ОССу 30-2 | 17 2321 1300 03 | 29-31 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 25-2 | 17 2322 1300 09 | 24-26 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 18-2 | 17 2323 1200 07 | 17-18 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 15-2 | 17 2324 1100 05 | 14-15 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 10-2 | 17 2326 1200 03 | 9-10 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 8-3 | 17 2326 1300 00 | 7-8 | 2,0-3,0 | — | — | « |
| ПОССу 5-1 | 17 2327 1100 01 | 4-5 | 0,5-0,1 | — | — | « |
| ПОССу 4-6 | 17 2327 1200 09 | 3-4 | 5,0-6,0 | — | — | « |
| ПОССу 4-4 | 17 2327 1300 06 | 3-4 | 3,0-4,0 | — | — | « |
Флюс – особенности и назначение
Флюс – это специфический технический материал для пайки медных труб. Оберегает поверхность деталей от окисления и шлаков. Препятствует контакту спаянного шва с кислородом. Повышает общее качество соединения и придает ему хорошую прочность и оптимальную пластичность.
В помещении, где производится запаивание медных труб, нужно организовать качественную вентиляцию. Горючие и легковоспламеняющиеся вещества лучше заранее убрать, чтоб случайная искра не спровоцировала пожар или любой другой опасный для здоровья человека случай
Флюсы для пайки медных труб выпускаются в разных консистенциях.
Среди самых востребованных и популярных:
Вещество в форме пасты для пайки медных труб стоит дороже остальных материалов, но полностью оправдывает свою высокую цену. Подходит для использования сразу после покупки и не требует от мастера что-то добавлять в состав для улучшения рабочих качеств.
Паста приобретается для проведения ответственной пайки, требующей максимально четкой и качественной герметизации стыковых областей. Вещество легко ложится на медную поверхность, отлично прилипает к ней и хорошо распределяется по зоне обработки во время нагревания.
Паста-флюс очень проста и удобна в использовании. Работать с ней без всяких трудностей сможет не только профильный специалист с большим практическим опытом, но и любой домашний мастер
Готовый шов аккуратно смотрится и обеспечивает целостность сцепления всех фрагментов системы. Остатки вещества легко удаляются по окончании работы.
Порошковые средства продаются за меньшую цену и хорошо хранятся в специальных емкостях. Максимальную эффективность демонстрируют совместно с усиленными, тугоплавкими припоями. Считаются менее удобными из-за проблематичности равномерного нанесения на область обработки.
Жидкие вещества продаются в закрытых бутылях. Нормально контактируют с мягкими припоями и легко ложатся на медную поверхность, обеспечивая высокую прочность сцепляющего шва. Для обеспечения качественного соединения жидкий флюс и припой всегда используют одновременно, а не по отдельности.
Независимо от консистенции, флюс нужно наносить сразу после зачистки медного фрагмента. Если этот момент проигнорировать, металлическая поверхность опять покроется окислами и равномерно обработать ее не получится.
После обработки флюсом спаивать детали следует немедленно. Это исключит шанс проникновения посторонних частиц на рабочую поверхность.
Для нанесения пастообразного флюса требуется специальная кисть с упругим ворсом средней длины. Использовать слишком много вещества не нужно. На качество и прочность соединения это никак не повлияет
В процессе соединения деталей нужно проявлять внимание и осторожность. Попадание флюса на кожу провоцирует не только термический, но и химический ожог.
Если это все-таки случилось, нужно немедленно прекратить пайку и смыть вещество с кожи большим количеством мыльной воды.
