Припои для пайки
Одним из главных факторов радиомонтажных работ является пайка. Качество ее зависит в том числе и от правильного выбора припоев и флюсов, применяемых при пайке различных радиоэлементов. Как мы уже знаем, пайка это соединение твердых металлов с помощью расплавленного припоя с температурой плавления ниже, чем температура плавления основного металла.
Абсолютно любой припой должен отлично растворять основной металл и прекрасно растекаться по его поверхности, при этом хорошо и обильно смачивая всю площадь пайки, что возможно лишь при полной чистоте верхнего слоя основного металла.
Для очистки поверхности от окислов и сторонних загрязнений, а также защиты основного металла от окисления и лучшего смачивания поверхности применяются специальные химические соединения, называемые .
Основные материалами, используемыми для пайки являются:
Олово Достаточно мягкий и ковкий металл серебристо-белого цвета с температурой плавления 231,9°С. Способен хорошо растворяется в концентрированных кислотах соляной или серной. Ценнейшим парметром олова считается его устойчивость к большинству органических кислотах. При комнатной температуре почти не окисляется. Для пайки может использоваться как в чистом виде, так и в виде сплава.
Свинец — также мягкий металл, легко поддающийся обработке. Температура плавления 327°С. На воздухе окисляется. Применяется в процессе изготовления различных сплавов припоев.
Кадмий — мягкий и пластичный металл. Температура плавления 321°С. Применяется в сплавах со свинцом и оловом, висмутом при приготовлении легкоплавких припоев.
Сурьма — очень хрупкий серебристо-белый металл. Температура плавления 630,5°С. Используется в сплавах со свинцом и оловом в легкоплавких припоев.
Висмут серебристо-серый металл с температурой плавления 271°С. также используется в сплавах при изготовлении легкоплавких припоев.
Цинк — синевато-серый металл, очень хрупок с температурой плавления 419°С. Используется для изготовления твердых припоев.
Медь также используется в некоторых разновидностях тугоплавких припоев и сплавов.
Разновидности припоев |
Припои делят на легкоплавкие и твёрдые. Для монтажа радиокомпонентов необходимы в основном легкоплавкие припои с температурой плавления 300 — 450°С. Легкоплавкие припои по прочности проигрывают твердым. Припой это сплав двух и более металлов. Для мягких припоев обычно это сплав свинца и олова. Именно они составляют максимальную пропорцию в абсолютно любом сплаве. Кроме того в сплаве присутствуют и легирующие металлы, но их количество ограничено и в основном их добавляют для получения улучшенных характеристик (температуры плавления, прочности, пластичности, устойчивости к коррозии и т.п).
Наиболее широкое распространение в радиоделе получили припои ПОС (припой оловянно-свинцовый). Число показывает процентное содержание олова.
ПОС-90 применяется при ремонте медицинской техники.
ПОС-40 для пайки радиокомпонентов и деталей из оцинкованного железа, ремонта радиаторов, латунных и медных трубопроводов
ПОС-30 используется в кабельной промышленности, а также для пайки листового цинка
ПОС-61 .Тоже, что и ПОС-60- для лужения и пайки печатных плат. Именно он в основном применяется для пайки в электроники.
Твердые припои создают более высокую прочность шва. В радиоэлектронике они применяются гораздо реже, чем мягкие. В таблице ниже приведены основные составы медно-цинковых припоев.
От процентного содержания цинка меняется цвет припоя. Эти припои подходят для пайки бронзы, латуни, стали и других металлов, имеющих более высокую температуру плавления. ПМЦ-42 применяется при пайке латуни с содержанием меди 60-68% . ПМЦ-52 — при пайке меди и бронзы.
Серебряные припои обладают еще лучшей прочностью, спаянные ими швы отлично изгибаются и обрабатываются. Припои ПСР-10 и ПСР-12 используются для пайки латуни, содержащей от 58% меди, ПСР-25 и ПСР-45 — для пайки меди, бронзы и латуни, ПСР-70 — для пайки волноводов, объемных контуров и т. п.
Низкотемпературные припои предназначены для пайки радиоэлементов крайне чувствительных к перегреву. Самым «высокотемпературным» среди их класса является ПОСК-50-18. Его температуру плавления 142-145°С. Он состаит из 50% олова и 18% кадмия. Остальные 32% свинец. Кадмий усиливает устойчивость к коррозии, но и токсичность.
Сплав РОЗЕ (Sn 25%,Pb 25%, Bi 50%) он-же ПОСВ-50. Температура его плавления даже ниже температуры кипения воды и составляет около 90°С. Он хорошо подходит для пайки меди и латуни. Он нашел широкое применение в защитных предохранителях.
Сплав ВУДА (Sn 10%, Pb 40%,Bi 40%, Cd 10%). Температура плавления всего 65 – 72°С. Но в нем присутствует кадмий, и поэтому он токсичен, в отличие от РОЗЕ.
Применяется она в основном для SMD компонентов и безвыводных микросхем. На вид это серо-белая кашица, состоящая из мелких шариков припоя Sn62Pb36Ag2 (62% олова, 36% свинца и 2% серебра) и безотмывочного флюса. На воздухе он высыхает, поэтому пасту необходимо хранить в закрытой упаковке.
Чаще всего ее используют при ремонте мобильных телефонов, планшетников, ноутбуков для пайки микросхем в корпусе BGA.
| Бессвинцовые припои |
В некоторых странах с 2006 года специальной директивой RoHS приняли запрет на применение свинец-содержащих припоев в устройствах электроники. Также запрещены такие химические элементы, как кадмий, ртуть и некоторые другие.
По сравнению с обычными свинцовые припоями они имеют пониженные характеристики по смачиваемости и текучести и кроме всего прочего требуется соблюдение дополнительных технологических фишек при пайке. Температура плавления многих бессвинцовых припоев лежит в диапазоне 200 – 250°С.
Припои принято делить на две группы — мягкие и твердые . К мягким припоям относятся припои с температурой плавления до 300 С, а к твердым — выше 300 С. Однако в последнее время с появлением большого числа припоев на основе цинка и алюминия такая классификация уже устарела.
Мягкие припои в основном являются оловянно-свинцовыми . Если в припое содержится 1 – 5 % сурьмы, то они называются сурьмянистыми, менее 1% -малосурьмянистыми. Также в состав припоев могут входить висмут, кадмий, индий. Свинец, сурьма, висмут и кадмий токсичны, особенно токсичен кадмий! Температуры плавления чистых металлов: свинец (Pb) — 327 С, олово (Sn) — 232 С, сурьма (Sb) — 631 C, висмут (Bi) — 273 С, кадмий (Cd) — 321 С, индий (In) — 153.
Припои оловянно-свинцовые (ПОС) имеют температуру плавления от 190 до 290 С
Наиболее распространенный из мягких припоев — ПОС-61 (61 % олова, остальное — свинец), температура плавления 190 С, удельное сопротивление 139 мкОм.м;
Сплав Вуда (висмут 50 %, свинец 25 %, олово 12,5 %, кадмий 12,5 %, состав может слегка варьировать), температура плавления около 70 С, один из самых легкоплавких сплавов.
ТАБЛИЦА — НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ МАРКИ ПРИПОЕВ
| Марка припоя | Тем-ра плавл., С | Состав,_% | Область применения |
| ПОС 90 | 222 | олово-90, свинец-10 | Пайка деталей и узлов, подвергающихся в дальнейшем гальванической обработке (серебрение, золочение) |
| ПОС 61 | 190 | олово-61, свинец-39 | Лужение и пайка тонких спиральных пружин в измерительных приборах и других ответственных деталей из стали, меди, латуни, бронзы, когда не допустим или нежелателен высокий нагрев в зоне пайки. Пайка тонких (диаметром 0,05 — 0,08 мм) обмоточных проводов, в том числе высоко — частотных (лицендрата), выводов обмоток, радиоэлементов и микросхем, монтажных проводов в полихлорвиниловой изоляции, а также пайка в тех случаях, когда требуется повышенная механическая прочность и электропроводность. |
| ПОС 50 | 222 | олово-50, свинец-50 | То же, но когда допускается более высокий нагрев, чем при ПОС 61 |
| ПОС 40 | 235 | олово-40, свинец-60 | Лужение и пайка токопроводящих деталей неответственного назначения, наконечников, соединение проводов с лепестками, когда допускается более высокий нагрев, чем при ПОС 50 или ПОС 61. |
| ПОС 30 | 256 | олово-30, свинец-70 | Лужение и пайка механических деталей неответственного назначения из меди и её сплавов, стали и железа. |
| ПОС 18 | 277 | олово-18, свинец-82 | Лужение и пайка при пониженных требованиях к прочности шва, деталей неответственного назначения из меди и её сплавов, оцинкованного железа. |
| ПОССу 4-6 | 265 | олово-94-96, сурьма-4-6 | Лужение и пайка деталей из меди и железа погружением в ванну с расплавленным припоем. |
| ПОСК 50 | 145 | олово-50, кадмий-18, свинец-32 | Пайка деталей из меди и её сплавов, не допускающих местного перегрева. Пайка полупроводниковых приборов. |
| ПОСВ 33 | 130 | олово-33, висмут-, свинец- | Пайка плавких предохранителей. |
| ПОСК 47-17 | 180 | олово-47, кадмий-17, свинец-36 | Пайка проводов и выводов элементов к слою серебра, нанесённого на керамику методом вжигания. |
| П 200 | 200 | цинк-10, олово-90 | |
| П 250 | 280 | цинк-20, олово-80 | Пайка тонкостенных деталей из алюминия и его сплавов. |
| Сплав Вуда | 70 | олово-12.5, свинец-25, кадмий-12.5, висмут-50 | Пайка, когда требуется особо низкая температура плавления припоя. В качестве добавки для понижения тем-ры плавления любого припоя при отпайке микросхем и т.п. |
Стандартными твердыми припоями являются медно-цинковые и серебряные.
Наиболее распространенными из них являются следующие: ПМЦ-36 — припой медно-цинковый (36 % Сu, остальное — цинк(температура плавления 950 С, используется для пайки латуни с содержанием меди до 64 %); ПСР- 25 и до ПСР-70 — серебряные припои, содержащие от 25 до 70 % Аg, меди — от 40 до 26 %, цинка — от 35 до 4 % (температура плавления 600 — 750 С).
Далее здесь не рассматриваются.
Бессвинцовые припои
К бессвинцовым припоям можно отнести чистое олово (марки О-1, О-2), температура плавления 230 С
Припой
Катушка оловянно-свинцового припоя
Пайку осуществляют или с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва, или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке места соединения и припой нагревают. Так как припой имеет температуру плавления значительно ниже, чем соединяемый металл (или металлы), то он плавится, в то время как основной металл остаётся твёрдым. На границе соприкосновения расплавленного припоя и твёрдого металла происходят различные физико-химические процессы. Припой смачивает металл, растекается по нему и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом компоненты припоя диффундируют в основной металл, основной металл растворяется в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.
Выбирают припой с учётом физико-химических свойств соединяемых металлов, требуемой механической прочности спая, его коррозионной устойчивости и стоимости. При пайке токоведущих частей необходимо учитывать удельную проводимость припоя.
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).
Температура плавления ПОС:
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.
Температуры плавления ПСр и ПМЦ:
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
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.
| Марка припоя | Химический состав, % | Температура плавления, °C | Назначение | ||
| Олово | Сурьма | Свинец | |||
| ПОС-90 | 89-90 | 0,15 | Остальное | 222 | Пайка радиодеталей электронных и вакуумных приборов |
| ПОС-61 | 59-61 | 0,8 | То же | — | |
| ПОС-50 | 49-50 | 0,8 | » | 209 | Пайка приборов и электрических машин |
| ПОС-40 | 39-40 | 1,5-2 | » | 235 | Пайка и лужение в машиностроении |
| ПОС-30 | 29-30 | 1,5-2 | » | 256 | |
| ПОС-18 | 17-18 | 2-2,5 | » | 277 | Пайка и грунтовка кузовов легковых и кабин грузовых автомобилей |
| ПОСС-4-6 | 3-4 | 5-6 | » | 265 | Пайка в электроламповой промышленности |
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.
| Марка припоя | Химический состав, % | Другие примеси | Температура плавления, °С | Назначение | |||
| Серебро | Медь | Цинк | всего до | свинца | |||
| ПСр-10 | 10 | 53 | 37 | 0,5 | 0,15 | 820 | Пайка деталей из стали и цветных металлов, нагревающихся при работе до 800°С |
| ПСр-12 м | 12 | 52 | 36 | 0,5 | 0,15 | 875 | Пайка латуни с содержанием меди до 58% и более |
| ПСр-25 | 25 | 40 | 35 | 0,5 | 0,15 | 765 | Для тонких работ, когда требуется особая чистота места спая. Шов плохо выдерживает ударные нагрузки и дает трещины при соединении встык |
| ПСр-45 | 45 | 30 | 25 | 0,5 | 0,15 | 675 | Пайка деталей из бронзы, меди, стали, никеля. Шов хорошо выдерживает ударные нагрузки и сопротивляется коррозии |
| ПСр-65 | 65 | 20 | 15 | 0,5 | 0,15 | 740 | Пайка ленточных пил |
| ПСр-70 | 70 | 26 | 4 | 0,5 | 0,15 | 780 | Пайка деталей, когда место спая должно резко уменьшать электропроводность |
| ПСр-25 | 25 | 70 | Фосфор 5 | 0,5 | — | 645 | Самофлюсующийся для пайки меди |
| ПСр-50Кд | 50 | 16 | Кадмий 16 | 0,5 | — | 595 | Пайка почти всех металлов, обладает высокой прочностью |
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
| Компоненты состава | Содержание, % | Назначение |
| Для твердых припоев | ||
| 100 | Пайка деталей из меди, бронзы, стали | |
| Плавленая бура | 72 | Пайка деталей из латуни и бронзы, а также пайка серебром |
| Поваренная соль | 14 | |
| Поташ кальцинированный | 14 | |
| Плавленая бура | 90 | Пайка деталей из меди, стали и других металлов |
| Борная кислота | 10 | |
| Плавленая бура | 50 | Пайка деталей из нержавеющих и жаропрочных сталей |
| Борная кислота (разведенная в растворе хлористого цинка) | 50 | |
| 60 | Пайка деталей из чугуна | |
| Хлористый цинк | 38 | |
| Марганцовокислый цинк | 2 | |
| Хлористый литий | 38-26 | Пайка деталей из алюминия и его сплавов |
| Фтористый кальций | 12-16 | |
| Хлористый цинк | 8-15 | |
| Хлористый калий | 40-59 | |
| Для мягких припоев | ||
| Хлористый цинк | 10-30 | Пайка деталей из стали, меди и медных сплавов |
| 70-90 | ||
| Канифоль | 100 | Пайка деталей из меди, ее сплавов |
| Насыщенный раствор хлористого цинка в соляной кислоте | — | Пайка деталей из нержавеющей стали |
| Хлористый цинк | 95 | Пайка деталей из алюминия и его сплавов мягким припоем |
| Хлористый натрий | 5 | |
| насыщенный раствор цинка | 34 | Мягкая пайка паяльной лампой |
| 33 | ||
| глицерин | 33 | |
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. Малое электросопротивление обнаружено у припоя 45 % Sn—26 % Pb—26 % In с температурой плавления 135—145 °С; в связи с этим он используется при монтаже ЭВМ и счетных машин, а также при пайке печатных плат.
Оловянные и оловянно-свинцовые припои
Олово и его сплавы, содержащие >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.
После литья оловянно-свинцовые сплавы находятся в неравновесном состоянии. Большая скорость диффузии элемента сплава при нормальной и немного выше температуре приводит к тому, что при исследовании механических средств припоев после старения всегда наблюдается стадия перестаривания (которую практически можно не учитывать). Более заметное перестаривание (разупрочнение) наблюдается при нагреве оловянно-свинцовых припоев в интервале температур 100—150 °С. Разупрочнение припоев происходит вследствие распада твердого раствора свинца и коагуляции олова (табл. 9).
Припой на основе Pb—Sn, а также паянные ими соединения под нагрузкой изменяют свои размеры («ползут») даже при нормальной температуре. Ползучесть этих припоев и паянных ими соединений зависит от условий кристаллизации припоев, их состава, а также от состава основного металла. Крупнозернистые припои (как и другие сплавы) обладают большей сопротивляемостью ползучести, чем мелкозернистые.
К недостаткам припоя ПОС 40 относится сравнительно широкий температурный интервал кристаллизации, что снижает производительность процесса пайки из-за большой длительности затвердевания шва.
Припой ПОСВ 50 применяют для пайки узлов, подвергаемых термоударам.
Для повышения смачивания меди и ее сплавов припоями ПОС 61 и ПОС 40, торможения роста прослойки фазы (Cu 6 Sn 5) и увеличения прочности паянных соединений в них был введен высокоактивный по отношению к олову и свинцу элемент магний.
Магний имеет более высокое химическое сродство с медью, чем с оловом и свинцом, и при содержании (0,15—0,9%)Mg по границе шва с паяемым металлом образуются весьма тонкие прослойки химического соединения Mg 2 Cu, тормозящие рост прослойки C 6 Sn 5 n-фаза), а в шве образуются включения Mg 2 Sn 4 и Mg 2 Pb, упрочняющие шов и измельчающие его структуру. Прочность паяных соединений, выполненных припоями ПОС 61 и ПОС 40, легированных магнием, на 14—20 % выше, чем выполненных стандартными припоями ПОС 61 и ПОС 40 после пайки и после старения.
Установлено, что при введении в припои системы Sn—Рb с содержанием 40, 63 и 90 % Sn никеля в виде порошка с чистотой 99,94 при температуре 1550 °С в количестве 1, 3, 5, 10 и 15 % (при нагреве в кварцевых ампулах) сопротивление срезу соединений, паянных припоем Рb —63 % Sn —10 % Ni, возрастает в 1,5 раза по сравнению с соединениями, паянными припоями, не содержащими никеля, и составляет 45 МПа. Заметное увеличение прочности в паяных соединениях наблюдается при введении в тот же оловянно-свинцовый припой более 5 % Ni. Введение никеля позволяет осуществлять пайку при увеличенных зазорах (шириной более 0,3 мм).
Качество изделий из труднопаяемых металлов, изготовленных способом ультразвуковой пайки с применением припоев системы Sn—Рb, повышается при легировании их металлами группы лантанидов, Zn, Sb, Al, Si, Ti, Be. Такое легирование обеспечивает хорошую смачиваемость окисленной поверхности: цинк улучшает прочность сцепления припоя с паяемым металлом; сурьма повышает коррозионную стойкость паяных соединений в воде и атмосферных условиях: алюминий предотвращает образование шлака на поверхности жидкого припоя в процессе пайки; кремний, титан, бериллий предотвращают потускнение паяных швов. Легирующие элементы в припое должны иметь следующее содержание: лантаниды 0,1 —15 %; цинк до 0,3 %; сурьма 0—0,3 %; алюминий до 0,1 %; кремний, титан или бериллий до 0,5 %; медь до 3 %.
Припои должны быть выплавлены в вакууме, нейтральной или восстановительной газовой среде. Температура их плавления 220—320 °С.
Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.02.03