Припои. Какой выбрать для пайки?

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.

Химический состав и физические характеристики бессвинцовых припоев популярных производителей

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.

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

Содержит в составе 29 – 31% олова, 0,1% сурьмы, 0,02% мышьяка и 0,05% меди, остальное – свинец. Применяется для пайки деталей в машиностроении, изделий из оцинкованного железа, латуни, меди, бронзы, стали, лужения.  Обеспечивает высокую герметичность швов. Популярный среди радиолюбителей. Из-за высокого содержания свинца пруток с диаметром до 10 мм можно легко согнуть руками.

ПОС 20

Классификация

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.

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.

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.

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»