Припой состав способы пайки

Припои для пайки. Виды и свойства. Состав и флюсы. Плавление

Для соединения различных металлических деталей между собой часто применяется пайка. Этот вид соединения популярен в различных сферах жизни и производства. Чаще им пользуются радиолюбители и домашние мастера.

Пайка может выручить как при ремонте компьютера, телевизора, радиотехники, так и в промышленности, ремонте холодильников. Пайка хороша в создании герметичности соединения. А некоторые материалы по-другому просто невозможно соединить.

Не все металлы можно соединить сваркой. А чтобы пайка получилась качественной и герметичной, необходимы навыки работы, хорошие инструменты и соответствующие припои для пайки и флюсы.

Составы и виды припоев и флюсов выбирают в соответствии с материалами, из которых изготовлены соединяемые материалы. Например, для алюминия нужен совсем другой флюс, нежели чем для меди. Рассмотрим основные свойства припоев, их применяемость, особенности использования.

Основные свойства

В качестве припоя применяют разные сплавы металлов. Есть сплавы на одном чистом металле, обычно это олово. Металлы, входящие в состав припоя, отличаются между собой разными параметрами.

Смачиваемость

Любые припои для пайки в обязательном порядке должны обладать свойством смачиваемости, иначе соединяемые детали невозможно будет соединить качественной пайкой.

Смачиваемостью называется явление, при котором надежность связи между молекулами твердого вещества с жидкостью больше, чем у жидкости. При наличии хорошей смачиваемости жидкость расходится по поверхности, при этом заполняет все ее полости. Когда припой недостаточно смачивает металл, его не применяют для этого металла. Для пайки меди чистый свинец не используют, он не смачивает медь.

Температура плавления

Несмотря на вид припоя, у любого вида температура плавления не должна быть больше, чем температура спаиваемых деталей. Однако она должна быть больше рабочих температур материалов, чтобы при работе спаянного устройства припой не расплавился.

В этом вопросе есть два порога температуры. Первый – это температура, во время которой только начинается плавление самых легкоплавких составляющих припоя, а второй – это когда весь припой превратился в жидкость. Интервал между этими двумя значениями называется интервалом кристаллизации припоя.

Если соединенное пайкой место будет находиться при температуре кристаллизации, то место пайки может быстро разрушиться, даже от небольшой нагрузки, так как соединение будет иметь повышенное электрическое сопротивление и хрупкость. Во время пайки нужно знать, что пока припой окончательно не затвердел, нельзя прикладывать к нему какие-либо нагрузки.

Свойства припоев

В любом составе припоя не должны содержаться вещества, обладающие токсичными свойствами для человека, выше нормы. Припои для пайки должны иметь свойства термостабильности и электростабильности. При выборе припоя учитывается теплопроводность припоя и его тепловое расширение. Они должны быть на уровне с паяными деталями.

Виды припоев

Все припои для пайки разделяются на твердые и мягкие. Температура плавления твердых припоев составляет более 450 градусов, а мягких – до этого значения.

Мягкие припои для пайки

Наиболее популярные из них являются сплавы олова и свинца с различным процентным соотношением. Для придания особых свойств припою, в него могут добавить вспомогательные составляющие. Кадмий и висмут используются для уменьшения температуры плавления. Сурьма повышает прочность пайки.

Припой на олове и свинце имеют малую температуру плавления и низкую прочность. Для ответственных деталей такой припой лучше не применять. Если приходится паять мягким припоем детали, подверженные серьезным нагрузкам, то рекомендуется повысить площадь пайки деталей.

Наиболее популярными припоями мягкого типа стали от ПОС – 18 до ПОС – 90. Цифры в маркировке обозначают процентное содержания олова в припое. Эти марки припоев применяют в производстве приборов, а также электронных устройств. ПОС-90 служит для пайки деталей, подвергающихся в дальнейшем гальванике. ПОС-61 применяется для пайки точных устройств, особо ответственных деталей из различных материалов. Им осуществляют пайку латуни, меди, когда нужна прочность соединения и повышенная электропроводность.

ПОС-40 применяется для неответственных деталей, для которых не нужна особая точность. Зону пайки можно нагревать до высокого значения температуры. ПОС-30 хорошо сочетается с латунью и медью, а также стальными сплавами.

Твердые припои для пайки

Среди твердых припоев с большой температурой плавления имеется две группы: сплавы меди и серебра. К медным видам припоев можно отнести припои, созданные на основе цинка и меди, которые хорошо сочетаются для соединений, предназначенных для статической нагрузки. Эти сплавы хрупкие, поэтому их не нужно применять для пайки материалов с ударной или вибрационной нагрузкой.

Другие виды припоя

Имеются и другие виды припоя, которые редко применяются. Они необходимы для пайки редких металлов, либо для особых специальных условий. Есть припои на основе никеля, служащие для деталей, работающих при высоких температурах, либо изготовленных из нержавеющей стали. Золотые припои используют для вакуумных трубок. Имеются также припои магния.

Форма выпуска

Припои выпускают в виде различных форм и упаковок. Чаще припои изготавливают в виде проволоки, фольги, либо порошка или таблеток. Также бывают гранулированные припои, паяльные пасты. Форма припоя выбирается в зависимости от вида зоны пайки.

Пайка алюминия

Алюминиевые детали соединяют с помощью пайки, при этом используют специальные припои. Пайку алюминия используют в промышленности, бытовых условиях.

Вообще, пайку алюминия считают сложной работой. Так получается, когда неправильно выбирают вид припоя. Берут совсем не тот припой, какой нужно, предназначенный для других металлов. Причина трудной пайки заключается в образовании оксидной пленки, которая не позволяет создать хорошую смачиваемость алюминия.

Чтобы запаять алюминиевую деталь, применяется припой, содержащий цинк, серебро, медь, алюминий и кремний. В торговой сети имеется множество припоев с такими составляющими в разных пропорциях. При выборе следует учесть, что наибольшая коррозионная стойкость и прочность соединения достигается припоем с значительным содержанием цинка.

Алюминий можно также спаять и обычным припоем из свинца и олова, но для этого нужна качественная подготовка поверхности, которая включает в себя зачистку металлической щеткой из нержавеющей стали. При пайке нужно использовать активный флюс. Но такой способ редко применяется.

Пайку алюминия производят при высокой температуре. Наиболее применяемые припои для пайки алюминия – это алюминиево-медно-кремниевые составы.

Пайка меди

Медь паять легче всего. С ней сочетаются практически все виды припоев. Применяются как мягкие легкоплавкие припои, так и твердые виды, а также сплавы олова, свинца, серебра, цинка и т. д.

Для ремонта компьютера или телевизора подходят любые мягкие припои. Для пайки труб, водопровода, холодильника применяют твердые припои. Соблюдая эти простые правила можно получить хороший результат.

Пайка нержавейки

Для соединения пайкой деталей, изготовленных из нержавеющей стали, специалисты рекомендуют применять припой, состоящий из свинца и олова. Неплохой результат получается с припоем, содержащим кадмий. Можно использовать мягкие припои на основе цинка.

Их нельзя применять совместно с низколегированными сталями, а также углеродистыми сплавами. Наиболее оптимальный вариант припоя для нержавеющей стали – это припой из чистого олова, тем более, если пайка будет соприкасаться с пищевыми продуктами.

При проведении пайки в сухом месте или в печи, используют марганец с серебром, чистую медь или припои на никеле и хроме. Во время пайки в условиях коррозии, применяют тиноли на основе серебра с частью никеля.

Пайка стали

Эффективным припоем для соединения деталей из стали является ПОС-41. Другие припои для пайки также можно применять, но они не совсем подходят для этих целей. Припой на основе цинка плохо сочетается со сталью, особенно низколегированных и углеродистых сплавов.

Как самому приготовить припой

Для приготовления припоя своими руками составляющие части (обычно это свинец и олово) взвешивают на весах. Эту смесь плавят в тигле на газовой горелке. Расплавленный состав перемешивают металлическим стержнем.

Далее, небольшой пластинкой из стали снимают шлак с поверхности расплавленного припоя, затем аккуратно разливают его в формочки, сделанные из жести, либо гипса.

Плавку осуществляют в проветриваемом помещении, с соблюдением мер безопасности, то есть, надевают очки, фартук, перчатки.

Виды флюсов

Ни одна пайка не обходится без флюса, так же как без припоя. Это химическое вещество, растворяющее и поглощающее окислы. Флюс осуществляет защиту металла от окисления и способствует смачиванию соединяемых деталей.

Для процесса пайки припоем на основе олова и свинца используют флюс на основе соляной кислоты, либо хлористого цинка. Флюсом может служить также хлористый аммоний или бура. Эти флюсы являются активными. Пассивные флюсы состоят из канифоли, масла, вазелина и других подобных веществ.

Например, с мягкими видами припоев можно применять раствор соляной кислоты. Со сталью, медью и латунью используют хлористый цинк. Жирные вещества способен растворять нашатырный спирт. Для пайки алюминиевых сплавов в качестве флюса применяют смесь из тунгового масла, хлористого цинка, канифоли. Имеет свое применение и фосфорная кислота.

Источник

Припои для пайки: классификация, свойства, критерии выбора

Электрическое соединение радиоэлементов производится посредством пайки, которая позволяет отремонтировать многие бытовые приборы и устройства. В некоторых ситуациях пайка соединяет те элементы, которые нельзя соединить даже сваркой. Современные технологии и приспособления для пайки позволяют охватывать достаточно широкий диапазон материалов. Но удовлетворить всем условиям работы одна соединительная среда не может, поэтому на практике применяются различные припои для пайки.

Что такое припой?

Припой представляет собой смесь легкоплавких металлов, которые способны обеспечить хороший контакт между двумя поверхностями, получаемый в результате пайки. При нагревании припой переходит из твердого в жидкое состояние, которое обеспечивает растекание по периметру припаиваемой детали или в месте их контакта. При этом происходит фиксация на молекулярном уровне за счет высокой степени адгезии.

По составу припои могут включать самые различные компоненты, предоставляющие им необходимые эксплуатационные свойства. Однако преимущественное большинство состоит из смеси свинца и олова, первый из которых обеспечивает твердость и тугоплавкость, а второй легкость и снижает температуру плавления. Также в составе могут быть и другие компоненты: серебро, никель, цинк, медь, кобольд, висмут, сурьма и другие.

Из-за многокомпонентности состава процесс расплавления также проходит несколько этапов: сначала разрежаются наиболее легкоплавкие составляющие, тугоплавкие в этот момент остаются в виде кристаллов. Затем плавятся и они, смесь становится однородной и обеспечивает максимальное заполнение и контакт. Однако вместе с припоем используются флюсы, обеспечивающие лучшее заполнение и защиту от окисления.

Классификация

Все критерии классификации припоев представляют собой довольно обширную сферу, которая под силу, пожалуй, лишь узкопрофильным специалистам. Поэтому для упрощения подборки конкретные марки ее изготавливают для конкретных целей – паять алюминий, ювелирные изделия, медную проволоку, радиокомпоненты и т.д. Главное, на что вам следует обратить внимание – это температурный параметр. Так как, к примеру, пайку микросхемы нельзя выполнять той же маркой ПОС, что и соединение жил кабеля, так как чувствительный компонент может сгореть и выйти со строя.

Припои для пайки классифицируются по следующим критериям:

• по способу подачи флюса – безфлюсовые и самофлюсующиеся, для первых флюс подается отдельно, вторые содержат его в своем составе;

Рис. 1. Самофлюсующиеся и с подачей флюса

• по основному паяльному элементу – оловянные припои, никелевые, кобальтовые, марганцевые, титановые, серебряные, циркониевые, ванадиевые, смешанные и т.д.
• по способу получения – бывают готовые или формируемые непосредственно во время пайки;
• по растворимости компонентов – встречаются полностью расплавляемые и частично;
• по форме выпуска – оловянная проволока, пруток, чушки, лист, гранулы, паста;

• по температуре плавления – существуют те, которые переходят в жидкое состояние при низкой и при высокой температуре.

При выборе оловянно-свинцового припоя наиболее важным критерием является последний, поэтому на нем мы и остановимся более детально.

Легкоплавкие (мягкие).

К легкоплавким припоям относятся такие составы, которые переходят в жидкое состояние при температуре от 145 до 400°С. Но, при этом они обеспечивают относительно небольшую прочность, для легкоплавких сплавов сопротивление на разрыв составляет не более 7кг/мм 2 . Наиболее распространенные – оловянно-свинцовые. Чаще всего мягкие припои используются в радиоэлектронике для печатных плат или деталей.

Тугоплавкие (твердые).

Твердые припои обладают значительно большей механической прочностью, но их температура плавления составляет более 400°С, что является неприемлемым для большинства радиодеталей, так как они могут пострадать даже от касания разогретым жалом паяльника. Двумя наиболее крупными группами в этой категории являются медные и серебряные составы. Медные сплавы, как правило, соединяются с цинком, но они слишком хрупкие, поэтому подходят для твердых сплавов, испытывающих только статическую нагрузку. Серебряные припои являются универсальными и могут использоваться для пайки любых точек соединения, однако стоимость этих марок также довольно высокая.

Паяльные пасты.

Паяльные пасты также представляют собой компонент для пайки радиодеталей, но применяются они для мелких элементов из легкоплавкого металла. Состав пасты содержит измельченные кусочки припоя в растворе жидкого флюса. Их используют в тех платах или устройствах, где воздействие высокой температуры может нанести вред оборудованию. Пасты, как правило, паяются феном без электрического паяльника, или могут просто наноситься в качестве проводящего клеевого состава.

Нанесение смеси для пайки в точку крепления выводов наносится порционно и может выполняться при помощи специального трафарета, шприца или каплеструйным картриджем.

Однако применение пасты для пайки обуславливает целый ряд требований, которые должны соблюдаться:

• перед началом вскрытия емкости обязательно выдерживается в комнатной температуре хотя бы 2 часа, использовать средства принудительного нагрева припоя для этого запрещено;
• после вскрытия смесь обязательно перемешивается до получения однородного вещества, так как в ходе хранения флюс может отделяться от припоя;

• перед нанесением поверхность должна очищаться от возможных примесей и загрязнителей, при длительной пайке процедура повторяется каждые 45 минут;
• монтаж электронных компонентов в нанесенную пасту должен производиться за 60 минут, иначе она начнет утрачивать свойства;
• после пайки остатки и излишки пасты отмывают, существуют те, которые отмываются обычной водой, другим требуется растворитель, некоторые могут не смываться.

Крайне негативно на функциональных характеристиках такого припоя сказывается помещение в среду с высокой или низкой температурой, а также воздействие влаги.

Бессвинцовые припои.

Изначально, причиной создания припоя без содержания свинца была потребность исключить вредное влияние на окружающую среду и человеческий организм. Такие припои массово используются для пайки алюминия или стали в пищевой промышленности, для труб подачи питьевой воды, лабораторного оборудования и инструментов.

Всего выделяют три наиболее распространенные группы бессвинцовых припоев:

• олово с медью – применяется для высокотемпературной пайки, относится к тугоплавким припоям, хорошо подходит для работы по медным изделиям;
• олово с серебром – подходят для низкотемпературной пайки, обеспечивают лучший контакт, чем у свинцовых припоев, но они имеют высокую цену.
• олово и с медью, и с серебром – также является мягким вариантом, который обладает меньшей стоимостью, чем предыдущий, и практически ничем не уступает ему в качестве соединений.
• олово с висмутом и серебром – может применяться для пайки меди при низких температурах;
• олово с цинком и висмутом – более дешевый вариант предыдущего, но имеет ряд сложностей в применении.

Основные свойства припоев

При выборе конкретной марки припоя для пайки медных проводов или алюминиевых сплавов необходимо руководствоваться их техническими характеристиками.

Однако для всех составов можно выделить перечень основных свойств:

• смачиваемость – показывает, насколько хорошо припой обволакивает и прилипает к паяемым деталям;
• прочность – определяет способность выносить механические усилия и нагрузки, для этот в состав могут добавлять бор, железо, никель цинк или кобальт;
• пластичность – способность к деформации, достигается за счет присадок из марганца, висмута, лития и т.д.;
• устойчивость к высоким температурам – важна для пайки твердыми сплавами, которые находятся в котельных, печах, трубопроводах, нагревательных приборах, свойство достигается путем добавления вольфрама, циркония, ванадия, гафния, ниобия и т.д.
• устойчивость к коррозионному разрушению – повышается путем легирования медью или никелем.

Критерии выбора

Выбирая какой-либо состав для лужения медных деталей или пайки проводов важно учитывать ряд факторов, который повлияет и на качество работы, и на полученный результат.

Среди таких критериев, в первую очередь, обращают внимание на:

• типы соединяемых элементов, из какого материала изготовлены, их толщина и параметры соединяемых поверхностей;
• способ пайки, для которого подбирается припой – медным жалом классического паяльника, феном, паяльной станцией и т.д.;
• допустимый температурный режим – температура плавления припоя должна быть меньше температуры плавления соединяемых элементов;
• наличие механического воздействия – определяется статическая или динамическая, возможно, вибрационная;
• устойчивость к агрессивной среде – для преждевременного разрушения припоя его тип должен предусматривать устойчивость к влаге, температуре, газам, пыли и прочим факторам, воздействующим на него в процессе эксплуатации.

Самые используемые марки

Наиболее популярными видами являются припои ПОС, в их основе свинец и олово, маркирующиеся ПОС-40, 60, 80 и т.д., здесь числовое обозначение указывает на процентное содержание олова. Выпускаются, как правило, в форме паяльной проволоки, в зависимости от процентного соотношения основных компонентов могут относиться как к легкоплавким, так и к тугоплавким маркам.

Применяются для пайки меди, алюминия, латуни, бронз и других металлов:

• ПОС-90 – хорошо подходит для пищевой индустрии;
• ПОС-40 – используют для труб и деталей из латуни, железа и т.д.;
• ПОС-30 – в кабельных соединениях;
• ПОС-61 – для работы с радиодеталями.

Из серебросодержащих марок часто встречаются припои ПСр- 15, 25,45, 65, 70, число после буквенного обозначения указывает на процент серебра. Этот тип охватывает как пайку меди в высокоточных приборах, так и медицинскую сферу.

Сплав Розе также называемый ПОСВ-50, один из припоев с самой низкой температурой плавления – от 90 до 100°С. Применяется в ювелирном деле, в пайке печатных плат, для плавких вставок и т.д.

Видео в развитие темы

Литература.

При написании статьи использовалась следующая техническая литература:

• ГОСТ 17325-79. ПАЙКА И ЛУЖЕНИЕ. Основные термины и определения.
• ГОСТ 21930-76. Припои оловянно-свинцовые в чушках. Технические условия.
• Гуляев А. П. Металловедение. М.: «Металлургия» 1986 г. 544 с.

Источник