Припои и флюсы

8 сентября 2016

Пайка представляет собой один из основных элементов радиомонтажных и электромонтажных работ. Правильный выбор необходимых флюсов, а также припоев, которые применяются при пайке сопротивлений, проводов, конденсаторов и других деталей, обеспечивает качество монтажа изделий.

По своей сути пайка является соединением между собой твёрдых металлов. Данный процесс осуществляется при помощи расплавленного припоя. Данный припой имеет меньшую температуру плавления, по отношению к температуре плавления основного металла.

При помощи припоя производится растворение основного металла. При этом припой должен легко растекаться по поверхности данного металла и отлично смачивать паяемую поверхность. Хорошее растекание припоя обеспечивается полной чистотой смачиваемой поверхности металла.

Окислы и загрязнения удаляются с поверхностей спаиваемых металлов при помощи специальных химических веществ, которые именуются флюсами. Также данные вещества являются защитой металла от окисления, а также улучшают смачивание припоем.

Флюсы имеют меньшую температуру плавления, по отношению к температуре плавления припоя.

Флюсы делятся на две группы:

- химически активные, это флюсы, которые растворяют плёнку окиси, а зачастую и сам металл (бура, хлористый цинк, соляная кислота, хлористый аммоний);

- химически пассивные, это флюсы, которые защищают одни лишь спаиваемые поверхности от воздействия окисления (канифоль, стеарин, воск и др.).

Пайка подразделяется на пайку мягкими, а также твёрдыми припоями. Это зависит от температуры плавления припоев и от химического его состава.

К мягким припоям относят припои имеющие температуру плавления не превышающей 400°С, соответственно к твёрдым, припои у которых температуры плавления превышает 400°С.

Основные металлы, применяемые для пайки.

Свинец.

Свинец является синевато-серым металлом. Данный металл довольно мягкий и хорошо поддаётся обработке. Свинец легко режется ножом. При температуре 20°С удельный вес составляет 11,34. Окисление на воздухе происходит только с поверхности. Температура плавления составляет 327°С.. Свинец легко растворяется в органической кислоте, в азотной кислоте и в щелочах. Против воздействия сернокислых соединений и серной кислоты является стойким. Широкое применение свинец нашел в изготовлении припоев.

Олово.

Данный металл является мягким и ковким. Олово имеет серебристо-белый цвет. При температуре 20°С олово имеет удельный вес 7,31. Данный металл отлично растворяется в концентрированной серной кислоте, а также соляной кислоте. Температура плавления олова 231,9°С. Олово является устойчивым ко многим органическим кислотам. Практически не имеет подверженности к сероводороду. В комнатной температуре довольно слабо поддаётся окислению. При снижении температуры 18°С., металл переходит в серую модификацию. В тех местах, где происходит образование серого олова, имеет место разрушение металла. Олово находит применение для пайки в чистом виде, а также в сплавах с другими металлами.

Медь.

Данный металл имеет красноватый оттенок. Медь является мягким и тягучим металлом. Удельный вес меди 8,9. Температура плавления составляет 1083°С.. Способна растворятся в аммиаке, в азотной и серной кислоте. Практически не поддаётся окислению на сухом воздухе. Медь покрывается окисью зелёного оттенка на сыром воздухе. Данный металл нашел широкое применение в изготовлении тугоплавких сплавов и припоев.

Висмут.

Висмут является хрупким металлом. Имеет серебристо-серый оттенок. Удельный вес металла 9,82. Висмут имеет температуру плавления 271°С.. Широкое применение данный металл нашел в сплавах с кадмием, свинцом, оловом для образования легкоплавких припоев. Висмут растворяется в горячей серной кислоте и азотной кислоте.

Цинк.

Металл имеет синевато-серый оттенок. Является хрупким в холодном состоянии. Температура плавления данного металла составляет 419°С.. Удельный вес цинка составляет 7,1. Под влиянием влажного воздуха покрывается плёночной окисью. Данная окись предохраняет цинк от разрушения. Под влиянием сухого воздуха цинк окисляется. При соединении с медью данный металл даёт прочные сплавы. При взаимодействии со слабыми кислотами легко растворяется. Применяется цинк для изготовления кислотных флюсов и твёрдых припоев.

Сурьма.

Хрупкий металл, имеющий серебристо-белый оттенок. Удельный вес сурьмы составляет 6,68. Данный металл имеет температуру плавления 630,5°С.. При взаимодействии с воздухом не окисляется. Широкое применение нашел в сплавах с оловом, кадмием, свинцом, висмутом для легкоплавких припоев.

Кадмий.

Данный металл является пластичным, мягким, механически прочным. Кадмий имеет серебристо-белый оттенок. Удельный вес металла 8,6. Кадмий имеет температуру плавления 321°С.. Применяют кадмий для антикоррозийных покрытий, а также в соединениях с висмутом, оловом, свинцом для легкоплавких припоев.

Канифоль.

Данный продукт является элементом переработки смол хвойных деревьев. Лучшими считаются светлые сорта канифоли, так как являются больше очищенными. Температура размягчения канифоли колеблется от 55 до 83°С.. Канифоль применяется в виде флюса для пайки с использованием мягких припоев.

Мягкие припои.

Широкое распространение получила пайка мягкими припоями. Наиболее часто применяющиеся мягкие припои, имеют большое содержание олова. Так марки свинцово-оловянных припоев, такие как ПОС-93, ПОС-90, ПОС-61, ПОС-40, ПОС-30 и т.д., имеют соответственно 93, 90, 61, 40 и 30% содержания олова. Остальное свинец и другие примеси.

Каждый припой выбирают с учётом его особенностей. Применяют припои в соответствии с назначением спаиваемых деталей. При спайке следует не допускать перегрева деталей. Для этого используют припои с низкой температурой плавления.

Припой марки ПОС-61 имеет наибольшее применение. Данная марка применяется для спаивания конденсаторов, соединительных проводов и сопротивлений.

Марка ПОС-30 используется при пайке латунных пластинок, экранирующих покрытий и других деталей.

Изготовление мягких припоев осуществляют в виде болванок, прутков, трубок и проволоки. Технология данных припоев заключается в расплавлении свинца в металлическом или графитовом тигле, в который небольшими порциями добавляют олово. Содержание данного олова определяется в соответствии марки припоя. Производится перемешивание жидкого сплава, со снятием образовавшегося на поверхности нагара. Затем расплавленный припой выливают в специальные стальные или деревянные формочки.

Для пайки деталей, которые не выдерживают перегревы, используют легкоплавкие припои. Данные припои получают при помощи добавления кадмия или висмута в свинцово-оловянный припой.

Следует знать, что кадмиевые и висмутовые припои являются более хрупкими и образуют менее прочный спай по отношению к свинцово-оловянным припоям.

Таблица 1 (мягкие припои)

Марка

Химический состав в %

Температура

оC

олово

свинец

сурьма

примесей не более

медь

висмут

мышьяк

начало

конец

ПОС-90

90

9,62

0,15

0,08

0.1

0,05

183

222

ПОС-40

40

57,75

2,0

0,1

0,1

0,05

183

230

ПОС-30

30

67,7

2,0

0,15

0,1

0,05

183

250

ПОС-18

18

79,2

2,5

0,15

0,1

0,05

183

270

 В таблице 2 приведены температуры плавления некоторых составов для пайки.

Таблица 2

Химический состав в %

Температура плавления в °С

олово

свинец

висмут

кадмий

45

45

10

_

160

43

43

14

__

155

40

40

21)

__

145

33

33

34

__

124

15

32

53

__

96

13

27

50

10

70

12,5

25

50

12,5

66

Твёрдые припои.

Благодаря твёрдым припоям создаётся высокая прочность шва. Химический состав твёрдых припоев образуют в основном медь и цинк. Так марка ПМЦ-53 имеет 49-53% меди, а остальное цинк и небольшое количество примесей.

Содержания цинка влияет на цвет припоя. Данные припои применяют для пайки латуни, стали, бронзы и других металлов, которые имеют высокую температуру плавления.

Изготовление медно-цинковых припоев осуществляется при помощи сплавления цинка и меди в графитовом тигле в электропечах. В тигель добавляют цинк по мере расплавления меди. После этого производят добавление 0,05% фосфорной меди. Затем осуществляют разлитие расплавленного припоя по формочкам. При этом температура плавления припоя необходима меньше температуры плавления метала, который припаивается.

Таблица 3 (медно-цинковые припои)

Марка

Химический состав в %

Температура плавления в оС

медь

цинк

примесей не более

сурьма

свинец

олово

железо

ПМЦ-42

40—45

остальное

0,1

0,5

1,6

0,5

830

Г1МЦ-47

45—49

0,1

0,5

1,5

0,5

850

ПМЦ-53

49-53

0,1

0,5

1,5

0,5

870



Кроме медно-цинковых припоев существуют серебряные припои. Среди серебряных припоев наиболее распространены такие марки, как ПСР-10, ПСР-12, ПСР-25, ПСР-45, ПСР-65, ПСР-70. Так в ПСР-10 находится 9,7-10,3% серебра, 52-54% меди, а остальное цинк и примеси.

Серебряные припои имеют высокую прочность. Швы, спаянные данными припоями легки на изгиб и обработку.

Таблица 5 (серебрянные припои)

Химический состав в %

Температура

плавления в

оC

серебро

медь

цинк

кадмий

фосфор

20

45

30

5

780

72

18

__

__

__

780

15

80

__

__

5

640

50

15,5

16,5

18

630



Припои, предназначенные для пайки алюминия.

Большие затруднения вызывает пайка алюминия. Этому способствует лёгкая окисляемость его на воздухе. В качестве флюсов при пайке алюминия используются органические вещества, такие как стеарин, канифоль и другие. Температура плавления флюса составляет около 450°С.

Таблица 6 (припои для алюминия)

Химический состав в %

Примечание

олово

цинк

кадмий

алюминий

кремний

медь

55

25

20

Мягкие припои

40

25

20

15

63

36

1

45

50

5

78—69

20-25

2-6

69,8—64,5

5,2-6,5

25-29

Твердые припои с температурой плавления 525оС



Флюсы.

Чем выше качество флюса, тем лучше происходит смачивание мест спайки припоем. Также качество припоя влияет на прочность швов спайки. Во время пайки флюс должен расплавляться и растекаться равномерно, а также должен всплывать на внешней поверхности припоя. Температура плавления припоя должна несколько превышать температуру плавления флюса.

Химически активные флюсы.

Флюсы, имеющие в своих составах свободную соляную кислоту, являются химически активными флюсами (кислотные). Кислотные флюсы имеют существенный недостаток, заключающейся в образовании коррозии паяных швов.

Соляная кислота.

К химически активным флюсам, в первую очередь, можно отнести соляную кислоту. Данная кислота применяется для пайки мягкими припоями стальных деталей. Оставшаяся на поверхности металла после пайки кислота растворяет данный металл и приводит к появлению коррозии. Следует промывать изделия после пайки проточной горячей водой.

При пайке радиоаппаратуры использование соляной кислоты запрещается. Это связано с нарушением в местах пайки электрических контактов. Следует также знать, что при попадании соляной кислоты на кожу образуются ожоги, поэтому следует соблюдать технику безопасности.

Хлористый цинк.

Хлористый цинк (травленая кислота) используется в виде раствора или порошка. Это зависит от условий пайки. Хлористый цинк применяется для пайки стали, меди и латуни.

Чтобы приготовить флюс, в стеклянной или свинцовой посуде в 5 весовых частях 50% соляной кислоте растворяют 1 весовую часть цинка. Прекращение образования пузырьков водорода означает образование хлористого цинка. Присутствие в растворе небольшого количества свободной кислоты вызывает в местах спайки коррозию. Для избегания коррозии место спая изделия необходимо промывать горячей проточной водой.

Исключается пайка хлористым цинком электроаппаратуры и радиоаппаратуры. Местом хранения хлористого цинка является закрытая стеклянной пробкой стеклянная посуда.

Бура.

Бура является водной натриевой солью пироборной кислоты. Применяется бура в виде флюса во время пайки серебряными и латунными припоями. В водной среде легко растворяется. Во время нагревания бура приобретает стекловидную массу. Имеет температуру плавления 741°С.. При пайке бурой образуются соли, которые удаляются механической зачисткой. Хранится, порошок буры, должен в закрытых герметично стеклянных банках.

Нашатырь.

Применяется нашатырь (хлористый аммоний) в виде порошка перед лужением, для очистки рабочих поверхностей паяльника.

Химически пассивные флюсы.

Химически пассивные флюсы (бескислотные) включают в себя разнообразные органические вещества, такие как жиры, глицерин, масла и канифоль.

Канифоль.

В радиомонтажных и электромонтажных работах широкое применение имеет канифоль. Канифоль применяется как раствор в спирте или в сухом виде.

Одним из плюсов канифоли является отсутствие появления коррозии в местах спайки металла. Данный флюс не имеет восстанавливающие и растворяющие свойства.

Канифоль предназначена для защиты места пайки металла от окисления.

Чтобы приготовить спиртово-канифольный флюс, необходимо взять одну весовую часть канифоли и растворить в 6 весовых частях спирта. Флюс считается приготовленным после полного растворения толчёной канифоли.

Перед тем как использовать канифоль, места пайки тщательно зачищаются от окислов. Также следует зачастую облуживать детали перед спайкой канифолью.

Стеарин.

Стеарин применяется для пайки с очень мягкими припоями кабелей, муфт, свинцовых оболочек и др. Большим плюсом стеарина является отсутствие возникновения коррозии. Температура плавления стеарина составляет около 50°С..

ЛТИ.

Большое применение при пайке металлов мягкими припоями получила группа флюсов ЛТИ. При помощи данных флюсов стало возможным спаивать металлы, трудно поддающиеся спайке. К таким можно отнести детали, имеющие гальваническое покрытие.

Данные флюсы являются антикоррозийными. Применяются ЛТИ также для спаечных работ железа, а также его сплавов.

Во время пайки флюсом ЛТИ производят зачистку мест пайки от различных загрязнений, ржавчины и масел.

Во время пайки оцинкованных заготовок не следует удалять с места пайки цинк. Детали с окалиной требуется протравить в кислотах перед пайкой. Это необходимо для снятия окалины.

Латунь перед пайкой протравливать не следует.

Хранится флюс в герметически закрытой керамической, а также стеклянной посуде.