Припої та флюси

А. Черников

Одним з основних елементів електромонтажних і радіомонтажних робіт є пайка. Якість монтажу багато в чому визначається правильним вибором необхідних припоїв та флюсів, які застосовуються при пайку проводів, опорів, конденсаторів і т. п.

Для полегшення цього вибору нижче наводяться короткі відомості про тверді і легких припою і флюсів, користуванні ними та їх виготовленні.

Пайка являє собою поєднання твердих ме-талія за допомогою розплавленого припою, що має температуру плавлення меншу, ніж температура плавлення основного металу.

Припой повинен добре розчиняти основний метал, легко розтікатися по його поверхні, добре змочувати всю поверхню пайки, що забезпечується лише при повній чистоті змочують поверхню основного металу.

Для видалення оксидів і забруднень з поверхні споює металу, захисту його від окислення і кращого змочування припоєм служать хімічні речовини, які називаються флюсами.

Температура плавлення флюсів нижче, ніж температура плавлення припою. Розрізняють дві групи флюсів: 1) хімічно активні, що розчиняють плівки окису, а часто і сам метал (соляна кислота, бура, хлористий амоній, хлористий цинк) і 2) хімічно пасивні, що захищають лише споює поверхні від окислення (каніфоль, віск, стеарин і т. п.). .

У залежності від хімічного складу і температури плавлення припоїв розрізняють пайку твердими і м'якими припоями. До твердих належать припої з температурою плавлення вище 400 ° С, до легких – припої з температурою плавлення до 400 ° С.

Основні матеріали, застосовувані для пайки.

Олово – М'який, ковкий метал сріблясто-білого кольору. Питома вага при температурі 20 ° С – 7,31. Температура плавлення 231,9 ° С. Добре розчиняється у концентрованій соляній або сірчаної кислоти. Сірководень на нього майже не впливає. Цінним властивістю олова є його стійкість в багатьох органічних кислотах. При кімнатній температурі мало піддається окисленню, але при впливі температури нижче 18 ° С здатний переходити в сіру модифікацію ("олов'яна чума"). У місцях появи частинок сірого олова відбувається руйнування металу. Перехід білого олова в сіре різко прискорюється при зниженні температури до -50 ° С. Для пайки може застосовуватися як у чистому вигляді, так і у вигляді сплавів з іншими металами.

Свинець – Синювато-сірий метал, м'який, легко піддається обробці, ріжеться ножем. Питома вага при температурі 20 ° С 11,34. Температура плавлення 327qC. На повітрі окислюється тільки з поверхні. У лугах, а також в азотній і органічних кислотах розчиняється легко. Стійкий проти впливів сірчаної кислоти і сірчанокислих сполук. Застосовується для виготовлення припоїв.

Кадмій – Сріблясто-білий метал, м'який, пластичний, механічно неміцний. Питома вага 8,6. Температура плавлення 321 ° С. Застосовується як для антикорозійних покриттів, так і в сплавах зі свинцем, оловом, вісмутом для легкоплавких припоїв.

Сурма – Тендітний сріблясто-білий метал. Питома вага 6,68. Температура плавлення 630,5 ° С. На повітрі не окислюється. Застосовується в сплавах зі свинцем, оловом, вісмутом, кадмієм для легкоплавких припоїв.

Вісмут – Тендітний сріблясто-сірий метал. Питома вага 9,82. Температура плавлення 271 ° С. Розчиняється в азотній і гарячої сірчаної кислотах. Застосовується в сплавах з оловом, свинцем, кадмієм для отримання легкоплавких припоїв.

Цинк – Синювато-сірий метал. У холодному стані крихкий. Питома вага 7,1. Температура плавлення 419 ° С. У сухому повітрі окислюється, у вологому повітрі покривається плівкою окису, яка охороняє його від руйнування. У поєднанні з міддю дає ряд міцних сплавів .. Легко розчиняється в слабких кислотах. Застосовується для виготовлення твердих припоїв і кислотних флюсів.

Мідь – Червонуватий метал, тягучий і м'який. Питома вага 8,6 – 8,9. Температура плавлення 1083 С. Розчиняється у сірчаної та азотної кислот і в аміаку. У сухому повітрі майже не піддається окисленню, в сирому повітрі покривається окисом зеленого кольору. Застосовується для виготовлення тугоплавких припоїв і сплавів.

Каніфоль -Продукт переробки смоли хвойних дерев Більш світлі сорти каніфолі (більш ретельно очищені) вважаються кращими. Температура розм'якшення каніфолі від 55 до 83 ° С. Застосовується як флюс для пайки м'якими припоями.

М'які припої.

Пайка м'якими припоями набула широкого поширення, особливо при виробництві монтажних робіт. Найбільш часто вживані м'які припої містять значну кількість олова. У табл. 1 наведено складів деяких свинцево-олов'яних припоїв.

Таблиця 1

Марка

Хімічний склад у%

Температура

про C

олово

свинець

сурма

домішок не більше

мідь

вісмут

миш'як

початок

кінець

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

При виборі типу припою необхідно враховувати його особливості і застосовувати в залежності від призначення споює деталей. При пайку деталей, що не допускають перегріву, використовуються припої, що мають низьку температуру плавлення.

Найбільше застосування знаходить припой марки ПОС-40. Він застосовується при пайку сполучних проводів, опорів, конденсаторів. Припой ПОС-30 використовують для пайки екрануючих покриттів, латунних платівок та інших деталей. Поряд з прімеіеніем стандартних марок знаходить застосування і припой ПОС-60 (60% олова і 40% свинцю).

М'які припої виготовляються у вигляді прутків, болванок, дроту (діаметром до 3 мм) і трубок, наповнених флюсом. Технологія зазначених припоїв без спеціальних домішок нескладна і цілком здійсненна в умовах майстерні: свинець розплавляють в графітовому або металевому тиглі і в нього невеликими частинами додають олово, зміст якого визначають залежно від марки припою. Рідкий сплав перемішують, знімають нагар з поверхні і розплавлений припой виливають у дерев'яні або сталеві формочки. Додавання вісмуту, кадмію та інших присадок не обов'язково.

Для пайки різних деталей, що не допускають значного перегріву, застосовуються особливо легкоплавкі припої, які отримують додаванням до свинцево-олов'яні припої вісмуту та кадмію або одного з цих металів. У табл. 2 наведені складів деяких легкоплавких припоїв.

Таблиця 2

Хімічний склад у%

Температура плавлення в ° С

олово

свинець

вісмут

кадмій

45

45

10

_

1fi0

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

При використанні вісмутових і кадмієвих припоїв слід враховувати, що вони володіють великою крихкістю і створюють менш міцний спай, ніж свинцево-олов'яні.

Тверді припої.

Тверді припої створюють високу міцність шва. У електро-і радіомонтажних роботах вони використовуються значно рідше, ніж м'які припої. У табл. 3 наведені складів деяких мідно-цинкових припоїв.

Таблиця 3

Марка

Хімічний склад у%

Температура плавлення в про З

мідь

цинк

домішок не більше

сурма

свинець

олово

залізо

ПМЦ-42

40—45

інше

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

Залежно від змісту цинку змінюється колір припою. Ці припої застосовуються для пайки бронзи, латуні, сталі та інших металів, що мають високу температуру плавлення. Припій ПМЦ-42 застосовується при пайку латуні з вмістом 60-68% міді. Припій ПМЦ-52 застосовується при пайку міді та бронзи. Мідно-цинкові припої виготовляються шляхом сплавлення міді та цинку в електропечах, в графітовому тиглі. У міру розплавлення міді в тигель додають цинк, після розплавлення цинку додається близько 0,05% фосфорної міді. Розплавлений припой розливається у форми. Температура плавлення припою має бути менше температури плавлення припаюється металу. Крім зазначених мідно-цинкових припоїв, знаходять застосування та срібні припої. Суміші останніх наведено в табл. 4.

Таблиця 4

Марка

Хімічний склад у%

Температура плавлення в про З

срібло

мідь

цинк

домішки не більше

свинець

всього

ПСР-10

9,7—10,3

52-54

Ос т а л ь н о е

0,5

1,0

830

ПСР-12

11,7-12,3

35-37

0,5

1,0

785

ПСР-25

24,7-25,3

39-41

0,5

1,0

765

ПСР-45

44,5-45,5

20,5 –30,5

0,3

0,5

720

ПСР-65

64,5-65,5

19,5 -—20,5

0,3

0,5

740

ПСР-70

69,5-70,5

25,5— 26,5

0,3

0,5

780

Срібні припої володіють великою міцністю, спаяні ними шви добре згинаються і легко обробляються. Припої ПСР-10 і ПСР-12 застосовуються для пайки латуні, яка містить не менше 58% міді, припої ПСР-25 і ПСР-45 – для пайки міді, бронзи і латуні, припой ПСР-70 з найбільш високим вмістом срібла – для пайки хвилеводів, об'ємних контурів і т. п.

Крім стандартних срібних припоїв, використовуються й інші, склади яких наведено в табл. 5.

Таблиця 5

Хімічний склад у%

Температура

плавлення в

про C

срібло

мідь

цинк

кадмій

фосфор

20

45

30

5

780

72

18

__

__

__

780

15

80

__

__

5

640

50

15,5

16,5

18

630

Перший з них застосовується для пайки міді, сталі, нікелю, другий, що володіє високою провідністю, – для пайки проводів; третій може застосовуватися для пайки міді, але не придатний для чорних металів; четвертий припой володіє особливою легкоплавкості, є універсальним для пайки міді, її сплавів, нікелю, сталі.

У ряді випадків в якості припою використовується технічно чиста мідь з температурою плавлення 1083 ° С.

Припої для пайки алюмінію.

Пайка алюмінію викликає великі труднощі внаслідок його здатності легко окислюватися на повітрі. Останнім часом знаходить застосування пайка алюмінію за допомогою ультразвукових паяльників. У табл. 6 наведені складів деяких припоїв для паяння алюмінію.

Таблиця 6

Хімічний склад у%

Примітка

олово

цинк

кадмій

алюміній

кремній

мідь

55

25

20

М'які припої

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

Тверді припої з температурою плавлення 525 про З

При пайку алюмінію в якості флюсів застосовують органічні речовини: каніфоль, стеарин і т. п.

Останній припой (твердий) застосовується зі складним флюсом, до складу якого входить: хлористий літій (25-30%), фтористий калій (8-12%), хлористий цинк (8-15%), хлористий калій (59-43%) . Температура плавлення флюсу близько 450 ° С.

Флюси.

Від якості флюсу багато в чому залежить хороше змочування припоєм місць спайки та освіта міцних швів. При температурі паяння флюс повинен плавитися і розтікатися рівномірним шаром, у момент ж пайки він повинен спливати на зовнішню поверхню припою. Температура плавлення флюсу повинна бути декілька "іже температури плавлення застосовуваного припою.

Хімічно активні флюси (Кислотні) – це флюси, що мають у більшості випадків у своєму складі вільну соляну кислоту. Істотним недоліком кислотних флюсів є інтенсивне утворення корозії паяних швів.

До хімічно активним флюсу перш за все відноситься соляна кислота, яка вживається для пайки сталевих деталей м'якими припоями. Кислота, що залишилася після пайки на поверхні металу, розчиняє його і викликає, поява корозії. Після пайки вироби необхідно промити гарячою проточною водою. Застосування соляної кислоти при пайку радіоапаратури забороняється, так як під час експлуатації можливе порушення електричних контактів у місцях пайки. Слід враховувати, що соляна кислота при потраплянні на тіло викликає опіки.

Хлористий цинк (Травлення кислота) залежно від умов пайки застосовується у вигляді порошку або розчину. Використовується для пайки латуні, міді і сталі. Для приготування флюсу необхідно у свинцевій або скляному посуді розчинити одну вагову частину цинку в п'яти вагових частинах 50-відсоткової соляної кислоти. Ознакою освіти хлористого цинку служить припинення виділення бульбашок водню. Через те, що в розчині завжди є невелика кількість вільної кислоти, в місцях пайки виникає корозія, тому після пайки місце спаю має ретельно промиватися у проточній гарячій воді. Пайку з хлористим цинком в приміщенні, де знаходиться радіоапаратура, виробляти не можна. Застосовувати хлористий цинк для пайки електро і радіоапаратури також не можна. Зберігати хлористий цинк необхідно в скляному посуді з щільно закритому скляному пробкою.

Бура (Водна натрієва сіль піроборной кислоти) застосовується як флюс при пайку латунними та срібними припоями. Легко розчиняється у воді. При нагріванні перетворюється в склоподібну масу. Температура плавлення 741 ° С. Солі, що утворюються при пайку бурого, необхідно видаляти механічної зачисткою. Порошок бури слід зберігати в герметично закритих скляних банках.

Нашатир (Хлористий амоній) застосовується у вигляді порошку для очищення робочої поверхні паяльника перед лудіння.

Хімічно пасивні флюси (безкислотним).

До безкислотним флюсу відносяться різні органічні речовини: каніфоль, жири, масла й гліцерин . Найбільш широко в електро-і радіомонтажних роботах застосовується каніфоль (у сухому вигляді або розчин її в спирті). Найціннішою властивістю каніфолі, як флюсу, полягає в тому, що її залишки після паяння не викликають корозії металів. Каніфоль не володіє ні поновлюючими, ні растворяющіе властивостями. Вона служить виключно для оберігання місця пайки від окислення. Для приготування спирто-по-каніфольного флюсу береться одна вагова частина товченої каніфолі, яка розчиняється в шести вагових частинах спирту. Після повного розчинення каніфолі флюс вважається готовим. При застосуванні каніфолі місця пайки повинні бути ретельно очищені від окислів. Часто для пайки з каніфоллю деталі слід попередньо облужівать.

Стеарин не викликає корозії. Використовується для пайки з особливо м'якими припоями свинцевих оболонок кабелів, муфт та ін Температура плавлення близько 50 ° С.

Останнім часом широкого застосування отримала група флюсів ЛТІ , Що застосовуються для паяння металів м'якими припоями. За своїми властивостями антикорозійним флюси ЛТІ не поступаються безкислотним, але в той же час з ними можна паяти метали, які раніше не піддавалися пайку, наприклад деталі з гальванічними покриттями. Флюси ЛТІ можуть застосовуватися також для пайки заліза і його сплавів (включаючи нержавіючу сталь), міді та її сплавів і металів з високою питомою опором (Див. табл. 7).

Таблиця 7

Найменування

У вагових пропорціях

ЛТІ-1

ЛТІ-115

ЛТІ-120

Спирт-сирець або ректифікат

67-73

63-74

63-74

Каніфоль

20-25

20-25

20-25

Солянокислий анілін

3-7

Метафенілендіамін

3-5

Діетіламін солянокислий

3-5

Триетаноламін

1-2

1-2

1-2

При пайку з флюсом ЛТІ достатньо провести очищення місць пайки тільки від масел, іржі та інших забруднень. При пайку оцинкованих деталей видаляти цинк з місця паяння не слід. Перед паянням деталей з окалиною остання повинна бути вилучена травленням в кислотах. Попереднє травлення латуні не потрібно. Флюс наноситься на місце спаю за допомогою пензлика, що можна зробити завчасно. Зберігати флюс слід у скляному або керамічному посуді. При пайку деталей складного профілю можна застосовувати паяльної пасти з додаванням флюсу ЛТІ-120. Вона складається з 70-80 г вазеліну, 20-25 г каніфолі і 50-70 млг флюсу ЛТІ-120.

Але флюси ЛТІ-1 і ЛТІ-115 мають один великий недолік: після пайки залишаються темні плями, а також при роботі з ними необхідна інтенсивна вентиляція. Флюс ЛТІ-120 не залишає темних плям після пайки і не потребує інтенсивної вентиляції, тому застосування його значно ширше. Зазвичай залишки флюсу після пайки можна не видаляти. Але якщо виріб буде експлуатуватися в тяжких умовах корозійних, то після пайки залишки флюсу видаляються з допомогою решт, змочених спиртом або ацетоном. Виготовлення флюсу технологічно нескладно: в чисту дерев'яну або скляний посуд заливається спирт, насипається подрібнена каніфоль до отримання однорідного розчину, потім вводиться триетаноламін, а потім активні добавки. Після завантаження всіх компонентів суміш перемішується протягом 20-25 хвилин. Виготовлений флюс необхідно перевірити на нейтральну реакцію з лакмусом або метілоранжем. Термін зберігання флюсу не більше 6 місяців.