Ликбез по пайке. Легкоплавкие припои для пайки

Как выбрать припой и его разновидности?

Перед началом работ обратите внимание на следующие нюансы:

1. Какие металлы требуется паять?
2. Какой способ пайки вы намерены использовать?
3. Размер соединяемых элементов и их механическая прочность.
4. Ограничения по температуре.
5. Устойчивость соединяемых элементов к коррозии.

Обратите внимание на то, что температура плавления припоя, используемого при пайке, должна выбираться, исходя из диаметра проводов. Чем толще провод, тем выше температура плавления. Для тонких допускается применять припои с наименьшей температурой.

Марки и свойства припоев.

Все виды можно разделить на три огромные подгруппы:

1. Сверхлегкоплавкие.
2. Легкоплавкие.
3. Тугоплавкие.

Последние не используются радиолюбителями, электрики их тоже нечасто применяют. Причина — температура плавления таких припоев 500 градусов и выше, не каждый специалист обладает оборудованием, которое способно обеспечить такой нагрев. Но преимущество сразу заметно: прочность у пайки очень высокая, соединяемые детали могут выдержать большие механические нагрузки.

А вот радиолюбители используют легкоплавкие припои. У них температура плавления редко достигает 400 градусов. Вот только прочность у них не очень высокая. Но для пайки проводов и радиоэлементов ее достаточно. Одним из популярных припоев является марка ПОС-61, в котором олова около 38%, свинца 61%, а остальное — это присадки, улучшающие свойства смеси.

Изготовление припоя своими руками

Чтобы сделать припой для пайки в домашних условиях, вам потребуется наличие следующих ингредиентов:

1. Свинца.
2. Олова.

Материалы и инструменты для пайки латуни.

1. Керамические формы (можно из гипса или жести).
2. Стальная ложка.
3. Стальная палочка.
4. Емкость (желательно сталь).

Не забывайте о том, что работаете со свинцом — одним из опасных металлов. Надевайте очки и респиратор, помещение проветривайте. Для удобства наденьте перчатки, чтобы не получить ожог. Над газовой горелкой в емкости расплавьте свинец и олово, заранее взвесив их на весах и добившись нужной пропорции. При помощи ложки из стали снимите «навар» — шлак на поверхности.

Классификация припоев

Припои принято делить на две группы — мягкие и твёрдые. К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 °C, к твёрдым — выше 300 °C. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16-100 МПа, а твёрдые — 100-500МПа.

Мягкими припоями являются оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 (ПОС-10) до 90% (ПОС-90), остальное свинец. Проводимость этих припоев составляет 9-15% чистой меди. Большое количество оловянно-свинцовых припоев содержит небольшой процент сурьмы (такие припои обозначаются ПОССу).

ПОС15 — 280″C.

ПОС25 — 260″C.

ПОС33 — 247″C.

ПОС40 — 235″C.

ПОС64 — 183″C.

ПОС90 — 220″C.

Наиболее распространёнными твёрдыми припоями является медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр) с различными добавками.

ПСр10 — 830″С.

ПСр12 — 785″С.

ПСр25 — 765″С.

ПСр45 — 720″С.

ПСр65 — 740″С.

ПСр70 — 780″С.

ПМЦ36 — 825″С.

ПМЦ42 — 833″С.

ПМЦ51 — 870″С

Появление гибридной технологии для создания электронных плат обусловило появление нового типа припоев: так называемых паяльных паст, пригодных как для обычной, так и трафаретной пайки элементов гибридных схем. Паяльные пасты представляют собою сложную дисперсию, в которой дисперсной фазой являются микро- и наноразмерные частицы припоя и, возможно, твёрдых компонентов флюса, а дисперсной средой являются жидкие компоненты флюса и летучие растворители.

В связи с повышением внимания общества к вопросам экологии теперь при выборе припоев более серьёзно учитывают токсичность его компонентов. В электротехнике и электронике (особенно в бытовой) всё чаще используют

Как правильно паять латунь?

С радиолюбительскими припоями все предельно понятно, но ведь иногда требуется и более массивные детали паять. Особенно сложно работать с латунными элементами, так как при пайке образуется на металле оксидная пленка. А еще испаряется цинк во время прогрева, так как латунь содержит большое количество этого металла.

Чтобы спаять латунь марки Л-63, вам необходимо применить флюс, в состав которого входит потная кислота и хлористый цинк. Механической прочности очень высокой не добиться. Если сравнивать с пайкой меди, то прочность у латуни окажется вдвое меньшей. Во многом это связано с тем, что швы имеют пористую структуру.

Причем поры образуются при любом способе пайки, как под высокой температурой, так и под низкой. Нередко применяется пайка латуни в газовой среде (при условии, что перед началом работ было проведено флюсование). Допускается не использовать флюс, если на поверхности латуни имеется слой никеля или меди.

В соляной ванне при температуре 850 градусов можно проводить пайку латунных элементов. Главное — в соляной раствор добавить немного флюса, в составе которого присутствует фторобат калия. Флюса должно быть примерно 4-5% от общей массы соляного раствора. Необходим флюс для того, чтобы припой как можно лучше проникал в зазор между соединяемыми деталями.

Латунь, богатая медью, спаивается следующими припоями:

1. ПСр-72.
2. ПСр-40.
3. ПСр-45.
4. ПСр-25.
5. ПСр-12.

Латунь, у которой низкая температура плавления, нуждается в использовании следующих припоев для пайки:

1. ПМЦ-36.
2. ПМЦ-48.
3. ПМЦ-54.
4. Припой медно фосфорный.

Для пайки латуни, в которой большое процентное содержание цинка, применяют марку припоя ПСр-40.

Если при эксплуатации элементов, которые подвергаются спайке, не возникает динамических и вибрационных нагрузок, то допускается применять припой ПМЦ-48 и ПМЦ-36.

Основные
характеристики флюсов.

Паянием (пайкой) называют
процесс получения неразъемного соединения двух пли нескольких
металлических деталей при помощи расплавленного промежуточного
металла, плавящегося при более низкой температуре, чем материал
соединяемых деталей.

Промежуточный металл, или
сплав, применяемый при пайке, называют припоем. В зависимости от
температуры плавления припоев различают пайку легкоплавкими,
тугоплавкими припоями. Легкоплавкие припои имеют температуру
плавления ниже 400°С и обладают пределом прочности 5-7
кгс/мм 2 , тугоплавкие припои плавятся при температуре
500-1100° С и их предел прочности доходит до 50 кгс/мм 2 и выше.

Характеристики наиболее
часто применяемых припоев приведены в табл. 7 — 10.

7. Характеристики
оловянно-свинцовых припоев: ПОС-90, ПОС-61, ПОС-50, ПОС-40, ПОС-30, ПОС-18, ПОСС-4-6.

8. Характеристики
медно-цинковых припоев: ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54.

9. Характеристики
медно-фосфористых припоев: МФ-1, МФ-2, МФ-3.

Примечание.
Медно-фосфористые пропои применяют для паяния деталей из меди и
латуни. Они хорошо работают на изгиб, но обладают высокой
электропроводностью, при вибрациях и ударных нагрузках значительно
уступают серебряным припоям.

10. Характеристики
серебряных припоев: ПСр-10, ПСр-12м, ПСр-25, ПСр-45, ПСр-65, ПСр-70, ПСр-25, ПСр-50Кд.

Кроме припоев, при пайке
применяют флюсы, которые защищают место спая от окисления при
нагреве, обеспечивают необходимую смачиваемость его расплавленным
припоем и растворяют на поверхности паяемого металла окисные пленки.

При паянии твердыми
припоями флюсами служат бура, борная кислота, плавиковый шпат и
некоторые другие вещества. При пайке мягкими припоями пользуются
хлористым цинком, канифолью, нашатырем, пастами и др.

Характеристики широко
применяемых составов флюсов для пайки твердыми и мягкими припоями
приведены в табл. 11.

11. Основные
характеристики флюсов

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.