При какой температуре происходит плавление оловянного припоя

Для соединения различных металлических элементов между собой довольно часто применяется специальный сплав, называемый припоем. Низкая температура плавления припоев (таблица с этим показателем встречается в различной методической литературе) позволяет применять их в быту и промышленности. Стоит учитывать, что не все металлы могут соединяться между собой посредством пайки. Рассмотрим виды припоя, его состав и некоторые другие особенности подробнее.

Основные свойства сплава

Рассматривая то, при какой температуре плавится олово для пайки, следует учитывать, что учитывается не только этот показатель. Материалы, применяемые при пайке, характеризуются нижеприведенными свойствами:

  1. Смачиваемость. Для обеспечения качественного соединения применяемый сплав должен обладать высоким показателем смачиваемости. Под этим понятием подразумевается повышение надежности связи между молекулами твердых материалов. При высоком рассматриваемом показателе расплавленное вещество расходится по поверхности, заполняя все полости.
  2. Электропроводность. В большинстве случаев сплавы для пайки применяются при получении различных микросхем. При высокое электрической проводимости получаемое соединение не создает дополнительного сопротивления во время работы. При слишком низком показателе проводимости или высоком сопротивление создаваемые контакты начинают нагреваться.
  3. Температура плавления. Основными критерием при выборе сплава можно назвать то, что он должен плавится при намного меньшей температуре, чем соединяемые металлы. При этом температура плавления оловянного припоя будет существенно отличаться от соответствующего показателя другого припоя. Один и тот же сплав может плавиться при различной температуре, все зависит от химического состава. Наличие примесей становится причиной повышения или понижения плавкости. Температура плавления припоя ПОС-40 238 градусов Цельсия. Есть и тугоплавкие припои, для нагрева которых требуется специальный прибор.

Важно учитывать то, при какой температуре плавится оловянно – свинцовый или иной припой. Это связано с тем, что при нагреве основного материала до критических значений происходит перестроение структуры, и он меняет свои основные эксплуатационные качества.

Разновидности применяемых материалов

Применяемые сплавы могут состоять из различных химических веществ. Классификация проводится следующим образом:

  1. Мягкие или легкоплавкие. Наибольшей популярностью пользуются соединения олова и свинца, а также их различные виды. Для того чтобы придать особые свойства сплаву, в его состав добавляются различные элементы. Примером можно назвать то, что кадмий и висмут могут включаться в состав для существенного снижения температуры плавления, к примеру, до 61 градуса Цельсия. Стоит учитывать, что и прочность подобных сплавов низкая. Этот момент не позволяет получить надежные соединения, сплав подходит лишь для проведения работ по соединению контактов. Важно следить за температурой, до которой нагревает паяльный прибор сплав. Не рекомендуется допускать кипения жидкого металла, так как это может привести к изменению его основных свойств.
  2. Твердые представлены двумя группами сплавов: меди и серебра. Для восприятия небольшой статической нагрузки часто применяется сплав цинка и меди, который позволяет получить весьма качественное соединение. В качестве припоя может использоваться и золото.

Выпуском припоя занимаются самые различные фирмы, к примеру, Harris Corporation. Форма выпуска может быть самой различной: от фольги до проволоки различного сечения.

Применение флюса

При повышении температуры материала может выделяться графит. Практически ни один процесс пайки не проходит без применения флюса. Подобное химическое вещество позволяет избежать образование окисли, которая ухудшает качество получаемого соединения.

Существует довольно большое количество разновидностей флюса:

  1. При применении пайки на основе олова и свинца зачастую используют флюс на основе соляной кислоты или хлористого цинка.
  2. В качестве флюса может применяться хлористый аммоний или бура.
  3. С мягкими сплавами часто используется раствор соляной кислоты или хлористый цинк.

При работе с алюминиевыми сплавами многие применяют флюс, основанный на хлористом цинке, канифоли и тунгового масла.

В заключение отметим, что процесс пайки может проходить при самой различной температуре. Для бытового применения выбирают материалы, которые плавятся уже при низких значениях, что позволяет использовать обычное оборудование при работе. При желании можно приготовить припой самостоятельно. Однако подобный процесс весьма сложен в исполнении, так как требует точного дозирования всех элементов, подразумевает их нагрев до высокой температуры и удаление вредных примесей.

Катушка оловянно-свинцового припоя

Припо́й — материал[1], применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы. Применяют сплавы на основе олова, свинца, кадмия, меди, никеля, серебра и другие.

Существуют неметаллические припои[2].

Срок службы паяного соединения зависит от правильности технологии пайки и параметров окружающей среды в эксплуатации.

Описание[править | править код]

Припои выпускаются в виде гранул, прутков, проволоки, порошка, фольги, паст и закладных деталей.

Пайку осуществляют или с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва, или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке мест соединения припой нагревают свыше температуры его плавления. Так как припой имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления соединяемого металла (или металлов), из которых изготовлены соединяемые детали, то он плавится, в то время как металл деталей 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 (например, по температуре плавления), требуемой механической прочности спая, его коррозионной устойчивости и стоимости. При пайке токоведущих частей необходимо учитывать удельную проводимость припоя.

Жидкотекучесть низкотемпературных припоев даёт возможность паять изделия сложной формы.

Классификация припоев[править | править код]

Вид припоев Температура плавления Tпл., °C Предел прочности при растяжении, МПа Сплавы
Мягкие До 300 16—100 оловянно-свинцовые, оловянно-свинцово-кадмиевые, оловянно-цинковые, сурьмянистые, бессвинцовые (Sn+Cu+Ag+Bi+др.)
Твёрдые Свыше 300 100—500 медно-цинковые, медно-никелевые, медно-фосфористые, серебряные

Припои принято делить на две группы:

  • мягкие;
  • твёрдые.

К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 °C, к твёрдым — свыше 300 °C. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16—100 МПа, а твёрдые — 100—500 МПа.

К мягким припоям относятся оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 (ПОС-10) до 90 % (ПОС-90), остальное — свинец. Электропроводность этих припоев составляет 9—15 % электропроводности чистой меди. Плавление этих припоев начинается при температуре 183 °C (температура плавления эвтектики системы олово-свинец) и заканчивается при следующих температурах плавления ликвидуса:

ПОС-15 — 280 °C.

ПОС-25 — 260 °C.

ПОС-33 — 247 °C.

ПОС-40 — 238 °C[3]

ПОС-61 — 183 °C[3]

ПОС-90 — 220 °C[3]

Припои ПОС-61 и ПОС-63 плавятся при постоянной температуре 183 °C, так как их состав практически совпадает с составом эвтектики олово-свинец.

Кроме этих составов в качестве мягких припоев используются также:

  • сурьмянистые припои (ПОССу), применяемые при пайке оцинкованных и цинковых изделий и повышенных требованиях к прочности паяного соединения,
  • оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК) для пайки деталей, чувствительных к перегреву и пайки выводов к конденсаторам и пьезокерамике,
  • оловянно-цинковые (ОЦ) для пайки алюминия,
  • бессвинцовые припои, содержащие наряду с оловом медь, серебро, висмут и др. металлы.

Твёрдые припои[править | править код]

Наиболее распространёнными твёрдыми припоями являются медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр) с различными добавками:

Припой марка Состав Температура плавления, °С Плотность, г/см3
Медно-цинковый ПМЦ-36 36 % Сu; 64 % Zn 825—950 7,7
Медно-цинковый ПМЦ-54 54 % Cu; 46 % Zn 860—970 8,3
Серебряный ПСр-15 15 % Ag; остальное Сu и Zn 635—810 8,3
Серебряный ПСр-45 45 % Ag; остальное Сu и Zn 665—725 9,1
Медно-титановый ПМТ-45 49—52 % Сu; 1—3 % Fе; 0,7—0,1 % Si; 45—49,3 % Ti 955 6,02

Температуры плавления припоев марок ПСр и ПМЦ:

ПСр-10 — 830 °С.
ПСр-12 — 785 °С.
ПСр-25 — 765 °С.
ПСр-45 — 720 °С.
ПСр-65 — 740 °С.
ПСр-70 — 780 °С.
ПМЦ-36 — 825 °С.
ПМЦ-42 — 833 °С.
ПМЦ-51 — 870 °С

Широко применяются медно-фосфористые припои. К медно-фосфористым припоям относятся сплавы меди, олова с добавками фосфора. Такие припои применяются при пайке меди, медных сплавов, серебра, чугуна, твердых сплавов.

Температуры плавления медно-фосфористых припоев:

П81 — 660 °С
П14 — 680 °С
МФ7 — 820 °С
П47 — 810 °С

Серебряные припои[править | править код]

Серебряные припои имеют температуру плавления от 183 до 2019 °С и представляют собой сплавы серебро-свинец-олово; серебро-свинец; серебро-медь; серебро-медь-цинк; серебро-медь-цинк-кадмий; и т. д.

Серебряные припои имеют достаточно широкую область применения:

  • лужение и пайка меди, медно-никелевых сплавов, никеля, ковара, нейзильбера, латуней и бронз;
  • пайка железоникелевых сплавов с посеребренными деталями из стали;
  • пайка стали с медью, никелем, медными и медно-никелевыми сплавами;
  • пайка меди с никелированным вольфрамом;
  • пайка титана и титановых сплавов с нержавеющей сталью;
  • пайка меди и медных сплавов с жаропрочными сплавами и нержавеющими сталями;
  • пайка меди и латуни с коваром, никелем, с нержавеющими сталями и жаропрочными сплавами, пайка свинцово-оловянистых бронз;
  • пайка и лужение меди, никеля, медных и медно-никелевых сплавов с посеребренной керамикой, пайка посеребренных деталей;
  • пайка меди и никеля со стеклоэмалью и керамикой;
  • пайка и лужение ювелирных изделий;
  • пайка меди с бронзой, меди с медью, бронзы с бронзой;
  • пайка меди, медных сплавов и сталей по свежеосаждённому медному гальваническому покрытию толщиной не менее 10 мкм;
  • пайка и лужение цветных металлов и сталей;
  • пайка и лужение серебряных деталей.

Бессвинцовые припои[править | править код]

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 бессвинцовые припои.

Уход от свинцовосодержащих припоев также обусловлен негативным влиянием свинца на прочность соединения с контактами, покрытыми золотом.[4]

Паяльные пасты[править | править код]

Развитие автоматизированной технологии для изготовления электронных плат обусловило появление нового типа припоев: так называемых паяльных паст, пригодных как для обычной, так и трафаретной пайки элементов электронных схем. Паяльные пасты представляют собою дисперсную смесь, в которой дисперсной фазой являются микро- и наноразмерные частицы припоя, иногда твёрдых компонентов флюса, а диспергирующей средой являются жидкие компоненты флюса и летучие органические растворители.

Прочие[править | править код]

Не относящиеся к собственно припоям особые виды металлических сплавов применяются в электровакуумной технике для электрических вводов, вплавляемых в стекло и работающих при сравнительно низких температурах, когда использование здесь тугоплавких, но относительно дорогих металлов (вольфрам, молибден, платина) не требуется. Для этих материалов особую важность имеет температурный коэффициент линейного расширения (αl{\displaystyle \alpha _{l}}), который для получения вакуум-плотного ввода должен как можно точнее согласовываться с αl{\displaystyle \alpha _{l}} стекла. Например, ковар (марка сплава 29НК), применяемый для изготовления электрических выводов через стеклянные колбы различных газонаполненных и электровакуумных электронных приборов и осветительных ламп имеет примерный состав: Ni — 29 %, Со — 18 %, Fе — остальное; его удельное сопротивление около 0,49 мкОм·м, а αl{\displaystyle \alpha _{l}} около 4…5·10−6 К−1.

См. также[править | править код]

  • Легкоплавкие сплавы
  • Флюс

Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]

  1. Гуляев А.П. Металловедение.М.: «Металлургия» 1986г. 544 с.