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

Когда необходимо надежно скрепить между собой различные твердые соединения, то чаще всего для этого выбирается пайка. Этот процесс широко распространен во многих областях промышленности. Приходится паять и домашним мастерам.

Эта операция выручает не только тогда, когда вышел из строя телевизор или компьютер, и для восстановления необходимо заменить сгоревшую микросхему либо чип. С помощью данного процесса восстанавливают холодильное оборудование, промышленные системы. Пайка помогает в том случае, если необходимо получить герметичное соединение. К тому же некоторые материалы попросту нельзя соединить по-другому. Алюминий, медь, латунь не удастся соединить методом сварки. Для того чтобы получить качественное и надежное, а также герметичное соединение, нужно иметь не только хорошее оборудование и специальные навыки, но и подходящие расходные материалы - припои и

Сплавы припоев и виды флюса выбирают в зависимости от материалов, с которыми придется работать. К примеру, при операции с алюминиевыми изделиями необходим другой флюс, отличный от того, что подходит для меди или серебра. Ниже мы рассмотрим основные характеристики каждого из них и выберем наиболее оптимальный вариант для работы.

Припой для пайки: основные характеристики

В качестве него используют различные Также есть составы на основе чистого металла. Для того чтобы с помощью того или иного припоя можно было создавать качественные соединения, эти материалы должны отличаться некоторыми качествами.

Смачиваемость

Прежде всего, любой вид припоя должен иметь отличную смачиваемость. Без этой характеристики спаиваемые детали просто не смогут надежно контактировать друг с другом. Что такое смачиваемость? Это такое интересное явление, когда прочность связей между частицами твердого вещества и жидкости выше, чем у молекул жидкости. Если есть смачиваемость, тогда жидкость растечется по поверхности и попадет во все полости. Итак, если припой для пайки не смачивает, к примеру, медь, тогда его нельзя использовать с этим металлом. Для пайки ее не используют свинец в чистом виде. Его характеристики смачивания очень низкие и нельзя рассчитывать на высокое качество соединения.

Температура плавления

Какой бы ни был вид припоя, температура, при которой он начнет плавиться, обязательно должна быть ниже плавления спаиваемых материалов. Также она должна быть выше, чем рабочие температуры деталей.

Итак, мы выяснили, какие существуют припои, и какой из них лучше использовать в разных случаях.

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

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

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 .

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.

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.

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.

Припой является основным присадочным материалом, который помогает спаивать две металлические детали между собой или заделывать отверстия и трещины новым слоем. С учетом того, что у каждого металла могут быть свои особенности, которые влияют и на свойства спаивания, создаются специальные припои, которые обладают различным спектром физических свойств. Одним из таких является припой ПОС 61, который относится к оловянно-свинцовой группе. Это распространенная серия марок, которая приобрела популярность, как в промышленной среде, так и в домашних условиях. Сюда же входит наиболее близкий по свойствам 60, а также более тугоплавкий и другие. Благодаря высокому содержанию олова в данном сплаве, температура плавления является достаточно низкой. Это один из самых легкоплавких пропоев, так как к ним относятся все сплавы с температурой плавления ниже 450 градусов Цельсия, тогда как здесь она ниже 200. Припой ПОС 61 ГОСТ 21931-76.

Припой для пайки ПОС 61 ГОСТ 21931-76

Благодаря всем этим свойствам материал получил высокую текучесть, что в данном случае является большим плюсом, так как позволяет расплавлять все даже при помощи обыкновенных домашних паяльников, а также получать соединение достаточно высокой надежности, так как во время растекания, расплавленный металл проникает во все выемки и трещины в основном металле, что позволяет надежно скрепить изделие. Помимо этого стоит отметить смачиваемость поверхности, благодаря чему пайка проходит без серьезных проблем и почти не возникает бракованных соединений. Каждое соотношение основных элементов, которые имеет в своем составе пропой ПОС 61, определяют его уникальные свойства. Добавки других элементов делают все еще более разнообразным. В данном случае есть возможность работать с самыми распространенными металлами, которые применяются в технической области. Это латунь, медь, оцинкованная сталь и прочее. Температура пайки припоем ПОС 61 позволяет без проблем использовать его при работе с радиотехникой, где нужно очень деликатное отношение и большие температуры могут повредить деталям. Это же касается и тонких листов и других теплочувствительных вещей.

Припой ПОС 61 3мм

Температура плавления припоя ПОС 61 дает еще один важный эффект. Он может использоваться не только в качестве присадочного материала, но и как средство для лужения жала паяльника и места спаивания на деталях. Как правило, чем меньше содержится в составе свинца, тем больше имеется дополнительных элементов. Здесь, помимо олова, встречается еще сурьма, которая присутствует не во всех марках данной серии. Герметичность получаемых швов обуславливается высоким качеством соединения. Дело в том, что многие люди в домашних условиях применяют все для пайки медных труб в водопроводе и прочих системах. Простота использования обеспечивает столь большую востребованность, так как пропой ПОС 61 отлично справляется с заделкой трещин и отверстий в емкостях, где хранятся жидкости и так далее. Деликатное обращение с чувствительными к температуре материалами делает еще один вклад в популярность данной марки припоя.

Разновидности

Припой ПОС 61 выпускается в нескольких разновидностях, которые отличаются преимущественно по внешнему виду, но не по составу. Следует выделить основные разновидности:

• В виде проволоки. Толщина материала составляет от 1 до 7 мм, с шагом в 0,5 мм. Это один из самых удобных и распространенных вариантов, которые наиболее часто используются. Проволока выпускается в бухтах и отлично плавится при помощи горелки или паяльника.

• Припой ПОС 61 с канифолью в виде трубок. Стоит отметить, что это единственный вариант, где припой ПОС 61 с канифолью 1 мм сразу идет. Здесь присутствует канифоль еловая, которая отлично сочетается с данным материалом.

• Припой ПОС 61 пруток 8 мм, или другого диаметра. Это небольшие длинные части металла, которые удобно использовать в домашних условиях.

• Припои оловянно свинцовые бессурмянистые марки ПОС61 в виде ленты. Это относительно тонкие изделия, которые выпускаются длинными продолговатыми лентами и не имеют ни каких добавок.

Припой оловянно свинцовый бессурмянистый марки ПОС61 в виде ленты