Припои и флюсы

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИПОЕВ

Металл или сплав, выполняющий роль связки при со­единении твердых металлических тел методом паяния, на­зывается припоем. В течение нескольких тысячелетий су­ществования процесса паяния было разработано большое количество сплавов, применяемых в качестве припоев. Многие из них с появлением новых, обладающих лучшими свойствами, были забыты, но и в настоящее время число применяемых в практике припоев весьма велико. Припои обычно делят на два  класса: мягкие (главным образом на оловянной и свинцовой основах) и твердые (преимущественно на медной и серебряной основах). До тех   пор, пока   применялись припои лишь на свинцовооловянной и медносеребряной основах, такая классификация была вполне приемлемой. С появ­лением большого количества совершенно новых припоев (например, на цинковой и алюминиевой основах) приня­тая ранее классификация потеряла смысл. Действитель­но, цинковооловянные припои, например, имеют высокую твердость и относить их к мягким припоям (как это де­лается в настоящее время) нет оснований; вместе с тем ни по своему назначению, ни по способу применения эти припои никак не могут быть объединены в один класс с твердыми припоями на медной и серебряной осно­вах.

Поэтому в настоящее время необходима новая, более рациональная классификация припоев.

Ввиду того, что одной из главнейших характеристик припоя, определяющей как назначение, так и способ применения его, является температура плавления, наи­более рационально разделить все припои по этому при­знаку на два класса: легкоплавкие, - имеющие темпе­ратуру плавления ниже 400-450° (к которым относятся сплавы на оловянной, свинцовой, кадмиевой, висмутовой и цинковой основах), и тугоплавкие, - имеющие темпе­ратуру плавления выше 450-500° (сюда войдут сплавы на медной, серебряной, золотой, алюминиевой, магние­вой и никелевой основах). В дальнейшем мы будем придерживаться этой принятой нами классификации.

Применяемые для паяния металлы и сплавы—при­пои—должны обладать следующими специфическими свойствами, без которых невозможно получение надеж­ного соединения:

1) температура плавления припоя обязательно дол­жна быть ниже температуры плавления паяемых металлов;

2) расплавленный припой должен хорошо смачивать паяемый металл и легко растекаться по его по­верхности;

3) в расплавленном состоянии припой должен обла­дать высокой жидкотекучестью, необходимой для хоро­шего заполнения шва;

4) прочность и пластичность припоя должны быть достаточно высокими;

5) в паре с паяемыми металлами припой должен быть коррозионно-устойчивым;

6) коэффициент термического расширения припоя не должен резко отличаться от коэффициента расширения металла основы;

7) припои, применяемые для паяния токопроводящих изделий, должны иметь высокую электропро­водность;

8) металлы, входящие в состав припоя, не должны быть дефицитными и чрезмерно дорогими.

В результате многовекового практического отбора, в процессе которого были отброшены все сплавы, не удов­летворяющие перечисленным выше требованиям, а так­же благодаря многочисленным научным исследованиям, проведенным в последние десятилетия, подобраны сле­дующие группы сплавов, применяемых в качестве припоев:

1) свинцовооловянные сплавы, как в чистом виде, так и с присадкой сурьмы, кадмия, серебра и др.;

2) сплавы на цинковой основе с алюминием, оловом и медью;

3) сплавы на медной основе с цинком, оловом, нике­лем, марганцем, фосфором и серебрим;

4) сплавы на серебряной основе с медью, цинком, оловом, кадмием, марганцем, фосфором и никелем;

5) сплавы на алюминиевой основе с кремнием и ме­дью, и некоторые другие.

РОЛЬ ФЛЮСА ПРИ ПАЯНИИ

По вопросу о роли флюса в процессе паяния (так же как и при лужении) до сего времени еще не создано еди­ного представления. По мнению одних исследователей роль флюса сводится к очистке поверхности твердого металла; другие считают, что флюс прежде всего уменьшает поверхностное натяжение расплавленного металла; третьи отмечают главным образом процесс высаживания на поверхности твердого металла металлических ионов, как имеющихся в самом флюсе, так и образующихся за счет растворения припоя во флюсе. Многочисленные и разносторонние опыты показыва­ют, что свести механизм действия флюса к какому-либо одному фактору, по-видимому, невозможно. Более правильно считать этот механизм комплексным, включаю­щим в себя целый ряд протекающих параллельно взаи­мозависимых процессов.

Условия смачивания твердого металла припоем. Для получения качественной пайки необходимо прежде всего, чтобы расплавленный припой хорошо смачивал поверхность паяемого металла. Качество смачивания зависит от чистоты смачиваемой поверхности, от наличия или отсутствия на ней окисных пленок и от характера физико-химического взаимодействия между припоем и твердым металлом. Там же было показано, что коэффициент сма­чивания определяется соотношением величин трех сил поверхностного натяжения: твердого металла на грани­це с газовой средой (), жидкого припоя на границе с газом () и твердого металла на границе с расплавленным припоем (). При достижении равновесия между этими тремя силами устанавливается определенный равновесный краевой угол смачивания (), характе­ризующий смачиваемость данного твердого металла рас­плавленным припоем. Исследования показывают, что условия равновесия этих трех сил могут быть кардинальным образом изменены в нужном нам направлении пу­тем замены в этой системе газовой среды какой-либо жидкой средой, изменяющей величины участвующих в равновесии сил поверхностных натяжений. Такой жид­кой средой в практике является флюс.

При наличии жидкой среды условия равновесия капли расплавленного припоя на поверхности твердого ме­талла выразятся уравнением:

,

откуда

,

где  - поверхностное натяжение на границе твердый металл - флюс;

 - поверхностное натяжение на границе твердый металл - припой;

 - поверхностное натяжение на границе расплав ленный припой - флюс;

 - краевой угол смачивания.

Подбирая соответствующим образом состав флюса можно так изменить величины поверхностных натяжений (например, уменьшить ), что краевой угол сма­чивания будет значительно уменьшен или даже доведен до нуля Опыты показывают, что большинство флюсов действительно снижают поверхностное натяжение при­поя.

ТИПЫ ПАЯНЫХ ШВОВ

Прочность, герметичность, электропроводность и дру­гие свойства паяных соединений в значительной мере за­висят от правильного выбора конструкции шва.

Все бесчисленное множество встречающихся в прак­тике типов швов можно разделить на две основные группы: соединения встык и соединения внахлест­ку; остальные типы паяных соединений явля­ются обычно разнообразными комбинациями этих двух. Простые соединения встык могут применяться только в том случае, если от них не требуется особой прочности. Механическая прочность припоя (особенно мягкого) обычно бывает ниже прочности соединяемого металла, для того чтобы обеспечить равнопрочность паяного изде­лия, прибегают к увеличению площади спая путем косо­го среза или ступенчатого шва; весьма часто с этой целью применяется комбинация стыкового соединения с нахлесткой.

Если паяное изделие является проводником электрического тока, кон­струкция шва должна быть такой, чтобы он не служил дополнительным сопротивлением. В этом случае желателен шов с как можно большей по­верхностью спая.

Многие паяные изделия применяются в качестве ем­костей для различных газов и жидкостей; в этом случае они обязательно должны быть герметичными.

Copyright © Radioland. Все права защищены.
Дата публикации: 2004-09-01 (0 Прочтено)