Состав паяльной кислоты: для чего она нужна и как ее сделать своими руками в домашних условиях?

Что такое паяльная кислота и для чего она нужна?

Паяльная кислота – это химическое вещество, с помощью которого подготавливают металлические поверхности к пайке. Большинство металлов, находясь во внешней среде и контактируя с воздухом и парами воды, частично окисляется. В результате этого окисления поверхностный слой металла преобразуется в оксидную пленку. Этот слой покрывает металл и препятствует контакту припоя с его поверхностью.

Удалить оксидный слой можно двумя способами: механическим и химическим. При первом способе его сошлифовывают с помощью наждачной бумаги или шлифовального диска. Подобная обработка годится для крупных деталей простой формы. Для мелких элементов или деталей со сложной конфигурацией механический способ не подходит, поэтому приходится искать другой выход.

В этом случае металлическая поверхность обрабатывается кислотным флюсом. С ее помощью можно полностью растворить оксидную пленку, а также удалить все жировые загрязнения, которые также мешают качественной пайке. Обработка паяльной кислотой – несложная процедура, которую легко выполнить дома.

Что такое пайка

Пайка — совершенно другой процесс. Он никак не затрагивает внутреннюю структуру металла. Протекает исключительно на поверхности спаиваемых материалов. Никаких монолитных соединений на уровне атомов при пайке не образуется.

На практике всё оказывается немного по-другому. Дело в том, что все без исключения металлы имеют на своей поверхности достаточно твёрдую и химически инертную оксидную плёнку. Прочность этой плёнки различна у разных металлов. Наиболее прочная оксидная плёнка образуется на поверхности алюминия.

То есть, говоря профессиональным языком, лужение металла не происходит. Вместо этого припой превращается в подвижный шарик, который катается по металлической поверхности, никак не соединяясь с ней. Это говорит о том, что сила поверхностного натяжения расплавленного припоя значительно выше, чем адгезия (прилипание) этого припоя к поверхности металла. Чтобы усилить адгезию припоя и обеспечить надёжную спайку двух металлов, используют так называемые флюсы.

Как паять паяльником — инструкция по эксплуатации и советы для начинающих (60 фото)

Во всяком случае, нанесению влагозащитных покрытий должна предшествовать тщательная очистка поверхностей, чтобы избежать отслоения лака.

Отмывку плат крайне предпочтительно делать на промышленных установках. В идеале предпочтительно использовать для отмывки ультразвуковую установку.

Сейчас производители поставляют на рынок широкий спектр такого оборудования с различными возможностями и по различным, подчас очень доступным ценам.

При выборе среды для смывки руководствуются составами и свойствами загрязнений, подлежащих смывке. Условно их можно разделить на три группы:

• нейтральные компоненты, появившиеся в процессе производства: жиры, масла, пыль, волокна бумаги, тканей, частицы металлов и прочие безвредные в обычных условиях элементы. Они, как правило, легко удаляются бензином;
• ионогенные компоненты: остатки гальванических электролитов, травильных растворов, активаторов флюсов, минеральное содержание отпечатков пальцев и т. д. Материалы этого типа, как правило, крепко удерживаются на поверхности за счет адгезии и требуют для очистки использования водных растворов;
• полярные органические соединения: органические кислоты (канифоль и активаторы), продукты разложения флюсов и пр. Обладают высокой адгезией к поверхности и требуют соответствующих (тоже полярных) растворов для удаления (спирта).

До сегодняшнего дня наиболее распространенным растворителем в российской электронике является спирто-бензиновая смесь. Спирт смывает остатки канифоли, бензин — жиры и масла, в том числе жировой секрет отпечатков пальцев. Спирт образует с растворенными в нем загрязнениями азеотропную смесь, то есть испаряется вместе с ними.

Бензин, испаряясь, оставляет на поверхности растворенные в нем компоненты. Но в сочетании со спиртом его моющие свойства улучшаются. Поэтому данная композиция безусловно лучше, чем ничего.

Однако основным ее недостатком является то, что она смывает только первую и третью группы из перечисленных выше. Вторая же, которая является наиболее распространенной и наиболее опасной, большей частью остается.

Тем более не смываются минеральные соли из загрязнений, являющихся следами прикосновений рук.

Существуют два решения данной проблемы: либо использовать водные растворы технических моющих средств (поверхностно-активных веществ), либо добавлять диссоциирующие добавки в растворитель (например, использовать водный раствор изопропилового спирта).

В идеальном случае после подобной операции желательно использовать окончательную промывку деионизированной водой и сушку, что даст результат, близкий к наилучшему. Самый хороший результат дают отмывки с наложением ультразвука.

Из всего вышесказанного можно сделать следующий вывод: проектирование технологий электронной аппаратуры требует осознанного подхода к выбору флюсов, основанного на необходимости удаления их остатков, особенно перед нанесением влагозащитных покрытий.

Изготовление паяльной кислоты в домашних условиях

Несмотря на доступность этого активного флюса в магазинах, многие домашние мастера интересуются, можно ли сделать его своими руками. Создание паяльной кислоты не представляет особых трудностей. Для ее изготовления необходимы:

Компоненты флюсов.

• цинк (Zn);
• концентрированная соляная кислота (HCl).

https://www.youtube.com/watch?v=ifD4P0e95FY

Чтобы получить флюс, его вещества добавляются в следующих пропорциях:

Вначале в лабораторную емкость (стеклянную, керамическую, фарфоровую) помещается цинк, а уже потом в посуду наливается соляная кислота. Заливать ее следует с особой осторожностью, а уровень HCl в емкости не должен превышать ¾ ее объема. После окончания реакции растворения с выделением водорода (прекращения образования в жидкости пузырьков) и осветления до прозрачности готовый состав переливается в другую, плотно закрывающуюся посуду.

При самостоятельном приготовлении активного флюса необходимо соблюдать меры предосторожности. В лабораторных условиях реактив готовится в специальных шкафах, оборудованных вытяжкой. В домашних условиях следует применять средства защиты кожи, органов дыхания, глаз.

Схема промывания глаз от флюса.

При попадании кислоты на кожу или глаза реактив нужно смывать большим количеством проточной воды.

Вещество, разлитое на какую-нибудь поверхность, смывается раствором воды с нейтрализующей действие кислоты щелочью (питьевой содой). Следует сказать и несколько слов о хранении хлороводородной кислоты.

Емкости с ней должны плотно закрываться и содержаться в затемненном и прохладном месте. Доступ детей к кислоте должен быть исключен.

В качестве флюса можно использовать и чистую соляную кислоту. Она применяется для подготовки к спаиванию деталей из железа (к примеру, кровельного).

Пайка без паяльника

Иногда при пайке с использованием паяльной кислоты, можно обойтись без паяльника. Один из таких способов применяют, например, при пайке скруток проводов во время электромонтажных работ по устройству электропроводки.

В этом случае флюс наносят на скрутку кистью, а для лучшего эффекта скрутку окунают в небольшую емкость с кислотой. После этого скрутку погружают в емкость с расплавленным припоем и выдерживают около 1 минуты, чтобы провода хорошо прогрелись, и припой проник ко всем точкам их поверхности. Такая пайка обеспечивает отличную электропроводность при соединении проводов.

После производства пайки, необходимо удалить с соединения остатки паяльной кислоты, чтобы избежать возникновения коррозии металла и разрушения стыка в дальнейшем.

Необходимо помнить, что при монтаже печатных плат электронных схем, при пайке электронных компонентов радиоустройств применять паяльную кислоту не рекомендуется, так как можно повредить очень тонкие токопроводящие дорожки плат. При нанесении флюса, паяльная кислота может растворить их.

Понятие паяльной кислоты

Иначе эту ее называют цинковый хлористый водный раствор. Эта смесь содержит цинк и хлор. Химическая формула этого раствора —ZnCl2.

Смесь продается в упаковке готового варианта в магазинах типа «радиотехник» или других, связанных с мелкими деталями и механизмами, однако паяльная кислота своими руками может получиться ничем не хуже покупной. Гораздо сложнее будет ее приготовить, чем купить, ведь она продается так же свободно, как и аспирин в аптеке, но процесс изготовления может быть интересным. Самый нужный «ингредиент» — кислотный соляный раствор. Однако вместо того, чтобы возиться с ее приготовлением, лучше воспользоваться готовой продукцией.

Нужно не забывать о том, как пользоваться паяльной кислотой. Ее необходимо использовать правильно и аккуратно, без попадания на кожу или другие предметы. Ее применение должно происходить только в пределах рабочего места, без разноски ее по большой территории.

Хранение в чистом виде очень опасно, да и сам состав паяльной кислоты крайне вредоносен.

Процесс пайки с кислотой

Способы пайки светодиодных лент

Как паять без паяльника? Для того чтобы правильно выполнить такую работу, которую можно использовать для обвязки проводов из меди, а также чтобы паять латунь, понадобятся источник открытого огня, металлическое жало и оловянный припой. Алгоритм действия при этом будет следующий:

1. На первом этапе необходимо очистить поверхность от видимых загрязнений, старой краски и окислений. Чаще всего для этого применяется металлическая щетка, которая насаживается на дрель и при вращении срывает старые куски. Зачистить нужно оба материала, которые планируется состыковать;
2. На открытом огне нагревается металлическое жало и окунается в кислотный состав. Покрываемую поверхность также нужно смазать реагентом для обезжиривания материала. Если планируется заделка отверстия, то элементы нагреваются одновременно, для чего используется газовая горелка с подачей кислорода через специальный пистолет;
3. Когда поверхность достигла нужной температуры, на нее накладывается оловянный припой или проволока из меди. Затем горелкой осуществляется нагнетание одного слоя на другой путем приближения сопла к какому-либо участку. Также для этого можно использовать медный пруток, который будет оплавляться в процессе правки и создавать дополнительный слой;
4. В завершении нужно убрать источник тепла и дождаться, когда покрытие остынет. Кислота обладает побочным действием: после остывания на материале образуются отложения солей, поэтому когда конструкция почернеет, нужно зачистить место стыка металлической щеткой.

Данный процесс универсален, поэтому он применим для пайки проводов разного сечения из меди или алюминия. Некоторые мастера пользуются другим методом кислотной пайки, когда спаиваемые проводники из меди окунаются в емкость с расплавленным оловом, после чего на материале образуется тонкая металлическая пленка, еще этот процесс называют лужением.

Разновидности кислотных флюсов и их состав

Специалисты используют для пайки несколько видов паяльных кислот. Их различают по составу и свойствам применения:

1. На основе ортофосфорной кислоты – неорганическое соединение, имеющее формулу H3PO4. В результате применения этой кислоты на поверхности обрабатываемого материала образуется защитная оболочка, которая препятствует дальнейшим коррозионным процессам. Как правило, вещество является прозрачным. Очень редко раствор может иметь мутноватый оттенок – это не говорит о некачественном продукте. Цвет зависит от количества примесей.
2. На основе серной кислоты в качестве флюса. Формула известна еще со школьных времен – H2SO4. Внешний вид характеризуется легкой тягучестью раствора, отсутствием запаха и цвета. Вещество очень сильнодействующее, поэтому перед применением его разбавляют либо ангидридом SO3, либо H2O. Процентное содержание кислоты во флюсе может колебаться в пределах от 25 до 80%.
3. На основе соляной кислоты – ее состав выражается формулой HCL. Имеет своеобразный запах, может присутствовать желтый оттенок. Является очень сильной кислотой, поэтому для паяльных процессов ее разбавляют водой. С целью улучшения спаиваемости материалов, в кислоту очень часто добавляют цинк.

Благодаря агрессивному воздействию кислоты, с поверхности материала устраняется оксидный налет и остатки ржавчины.

Рис. 3. стадии роста металлических дендритов: а — 2 мин; б — 2,5 мин; в — 3 мин; г — 4 мин

Теперь автор может заявить, что обеспечение надежности электроизоляционных конструкций электронных узлов немыслимо без повышенных требований к чистоте рабочей поверхности изделия. Поэтому на гамлетовский вопрос: «Мыть или не мыть?», ответ может быть только один — МЫТЬ!

Мыть нужно еще и потому, что в процессе производства на поверхности плат неизбежно остаются загрязнения от прикосновений рук.

Отпечатки пальцев — это выделяемый сальными железами жировой секрет, содержащий значительные концентрации водорастворимых ингредиентов.

Другой вопрос, который напрашивается сам собой, — зачем нужен флюс типа No Clean, если все равно нужно мыть? Действительно, флюс No Clean разрабатывался именно для случаев, где отмывка невозможна или нежелательна.

Основное отличие данного типа флюса от обычных на основе канифоли заключается в отсутствии в нем ионногенных компонентов и низком содержании твердых включений.

Композиция No Clean подобрана таким образом, что остаток нерастворенных и не улетучившихся при пайке веществ сведен к минимуму (менее 2 %).

Разве этого мало, чтобы создать проводимость изоляции? К тому же одна из функций флюса — активировать поверхности, то есть растворять окислы и загрязнения. Значит, после пайки его остатки должны содержать ионогенные примеси. Или печатный узел должен быть подготовлен таким образом, чтобы на его поверхности не было окислов и загрязнений. Возможно ли это?

Поэтому удаление технологических загрязнений также актуально и для No Clean флюсов и не снимает ответственности за дефекты, возникающие из-за отсутствия операции отмывки.

Рис.2. схема образования дендрита в канале, наполненном ионогенными загрязнениями

Все эти рассуждения имеют только одну цель — убедить читателя в том, что остатки флюсов в условиях повышенной влажности создают источники поверхностной проводимости. Что из этого следует? Незначительное снижение сопротивления изоляции для электронного узла не является криминалом.

Его величина еще настолько велика, что не оказывает никакого шунтирующего влияния на функционирование схемы. Беда в другом: проводимость изоляции создает стартовые условия для электрохимического отказа .

Сущность этого отказа состоит в том, что под действием присутствующего на плате напряжения проводник-анод растворяется, отдавая в канал положительно заряженные ионы металла (рис. 2, а).

В результате этих процессов за несколько минут могут образоваться нитевидные кристаллы толщиной 2…20 мкм и длиной до 12 мм (рис. 2, в). После образования нитевидной перемычки кристаллы постепенно утолщаются до 0,1 мм, приобретая отчетливый металлический блеск.

Способы пайки

В целом процесс пайки, независимо от того, каким методом она осуществляется, сводится к одному: это нагрев до необходимой температуры плавления олова и ответной металлической площадки и стыковка этих материалов для образования единой конструкции. Существует несколько способов пайки, которые чаще всего используются в промышленности и быту:

1. Пайка прибором, работающим от тока. Электропаяльники внутри своего корпуса имеют нагревательный элемент, который при подаче на него напряжения поднимает температуру гильзы до максимального значения. Многие из них оборудованы устройством регулировки накала для возможности задать нужный нагрев;
2. Пайка с помощью газовой горелки. Такой способ применим в условиях, когда необходимо покрыть припоем большую площадь, например, запаять алюминиевый радиатор или выполнить лужение. В данном случае в качестве источника тепла выступает открытое пламя от газа, а для нанесения олова используются специальные металлические стержни, которые после нагрева некоторое время сохраняют заданную температуру;

1. Стыковка двух материалов или провода без паяльника. Такая технология появилась сравнительно недавно. Ее преимущество состоит в том, чтобы заклеить поверхность радиаторов не нужно дополнительных приспособлений и электричества, для восстановления используется готовая паста для пайки, в состав которой входят олово и связующие компоненты. Ее накладывают на материал плотным слоем, после чего нагревают открытым огнем или промышленным феном. После остывания олово оплавляется по всему контакту, образуя единую конструкцию. Очень удобно использовать ее при экстренном ремонте радиаторов из алюминия или меди, когда нет возможности демонтировать деталь с посадочного места. В последнее время на рынке можно встретить пасту в виде ленты, которая смотана в цилиндр и имеет вид изоленты ПВХ. Такое изделие комфортно хранить и удобно наносить на поверхность. Пайка без паяльника используется только для мелких работ, например, когда нужно спаять провода в месте стыка.

Перечисленные методы пайки являются наиболее распространёнными и используются во многих сферах промышленности, монтаже электрооборудования или в быту.

Отдельно стоит отметить классификацию пайки по виду изоляционного материала, в качестве которого выступает канифоль или кислота.

В первом случае древесная смола обволакивает поверхность тэна или паяльника, создавая тонкий слой, который не дает олову прилипать к стержню.

Использование кислоты позволяет сэкономить на материале, так как ее расход намного меньше, чем у канифоли, к тому же жидкость лучше обволакивает покрытие и дополнительно обезжиривает материал.

Важно! Во время работы с кислотой необходимо соблюдать меры безопасности, защищать органы дыхания и избегать попадания вещества на слизистую и кожу. Если это произошло, необходимо промыть участок большим количеством воды и обратиться к врачу.

Концентрация кислоты бывает различной, самая распространённая – это 10 процентный раствор. Конечно, он безопасен для кожи человека, но в процессе нагрева может источать вредные пары. В зависимости от решаемой задачи и площади покрытия, состав реагента может меняться путем добавления кислоты в жидкость.

Технология пайки

Теперь стоит рассмотреть основной процесс, для чего служит паяльная кислота, а именно как следует паять с ее помощью. Перед процессом поверхность металла очищается от грязи и ржавчины. Для этого понадобится напильник или наждак. Примерно по одной-две капли наносится на основной металл и припой.

«Важно!

Работу лучше вести в перчатках, чтобы случайные брызги не повредили кожу.»

Нанесение паяльной кислоты на металл

Ели кислота покрыла всю рабочую поверхность, то такого количества ее будет явно достаточно. Поверхность должна быть покрыта вся без пропусков, чтобы соединение было крепким по всей длине. Затем жалом раскаленного паяльника расплавляется припой и переносится на покрытую флюсом поверхность. Вначале все должно покрыться тонким слоем, чтобы обеспечить защитное лужение.

Данная процедура повторяется и с заготовкой, которую нужно припаять. После того, как две поверхности будут залужены, можно приступать к непосредственному их спаиванию. Для этого берется значительно большее количество припоя и соединяется на шве соприкосновения двух деталей.

Флюсы из аспирина и салициловой кислоты

Кто-то из умельцев, не найдя в доме канифоли или иного флюса, догадался использовать для обработки элементов перед пайкой обычный аспирин. Таблеткой ацетилсалициловой кислоты можно воспользоваться при ремонте бытовых приборов. Правда, при нагревании аспирина образуются едкие пары, поэтому работать с ацетилсалициловым флюсом следует в проветриваемом помещении.

На основе салициловой кислоты выпускается флюс ВТС, который часто используется в электромонтаже. Этот состав обеспечивает защиту спаянным деталям от коррозии, поэтому ему отдается предпочтение при проведении такого рода операций. ВТС применяется для обработки меди и ее сплавов, а также элементов из драгоценных металлов. В состав флюса входят:

• раствор салициловой кислоты и этанола (C2H5OH) — 6,3%;
• триэтаноламин — 6,3%;
• технический вазелин — 63%.