Для чего и как лудят металл
Лужение – это нанесение тонного слоя олова или его сплава на поверхность металлического изделия. Специалисты этот слой называют полудой. Лужение металла используется сегодня во многих отраслях промышленности: в радиотехнике, электротехнике, машиностроении и авиационной промышленности.
Жало паяльника лудят, чтобы он хорошо удерживал припой и не окислялся. Основное требование к процессу – это плотное и тонкое покрытие оловом, которое является защитным слоем для металла в борьбе с коррозией. Существуют две технологии лужения металлов: горячее и гальваническое.
Горячие технологии
Горячее лужение проводится двумя методами: погружением и растиранием. В первом случае изделие из металла погружают в ванну с расплавленным оловом. Во втором сплав наносится на плоскость изделия и паклей растирается по ней тонким слоем.
Эти способы известны давно, технологии отработаны до мелочей. Они просты и не требуют наличия сложного оборудования, приспособлений и инструментов.
Когда говорят о лужении и пайке, то зачастую имеют в виду именно горячий метод. Но есть у этой технологии и свои минусы. Во-первых, это неравномерно распределяемое олово по поверхности изделий из металла.
Особенно это касается способа погружения. Перепады одной плоскости могут оказаться значительными, особенно, если изделие имеет сложную конструкцию. Поэтому их приходится дорабатывать.
Если производится лужение металла с отверстиями небольшого диаметра или с мелкой нарезкой, то горячий вариант здесь не подойдет.
И третий недостаток горячего лужения – это сложность удаления загрязнений, которые образуются внутри сплава и остаются внутри полуды. Эти примеси приходят с припоем, поэтому очень важно использовать оловянный сплав высокой чистоты.
Гальваническая технология
Гальванический вариант облуживания делится также на два способа: в щелочных и кислых электролитах. Название говорит о том, что процесс нанесения олова основан на использовании электрического тока.
Отсюда и затратность процесса. Но именно эта технология гарантирует прочное сцепление наносимого сплава с металлической поверхностью. Есть и другие положительные стороны:
- оловянный слой получается ровным и равномерным;
- можно задавать необходимую толщину покрытия, даже на самых сложных конструкциях из металла;
- низкая пористость покрываемого слоя;
- экономия оловянного припоя.
Обычно изделия со сложными формами облуживают с помощью щелочных электролитов, потому что этот вариант лужения обладает большой кроющей и рассеивающей способностью.
К недостаткам гальванической технологии лужения относится то, что этот способ сложный. Проводить его могут работники с высокой квалификацией, а это затраты по зарплате. То есть, залудить металл этим способом в домашних условиях нельзя. К тому же для проведения процесса необходимы специальные ванны.
Если говорить о технологии лужения со щелочными электролитами, то сам раствор является нестабильным, его сложно готовить, и придется все время контролировать концентрацию щелочи и качественное состояние анодов.
Подготовка изделий
Чем чище будет поверхность металла, тем прочнее к ней прикрепится припой. Поэтому в зависимости от требований к самой заготовке используются разные способы подготовки к лужению металла.
Первый способ – это очистка поверхности металла щетками. Обычно таким инструментом снимается окалина и ржавчина. Сначала изделие промывается водой, а затем щеткой вычищается. Нередко на этой стадии применяют известь, песок, пемзу.
Следующий способ подготовки к лужению заключается в шлифовании металла шкурками и дисками. Этот этап является доработкой изделия, то есть, доведение его поверхности до максимальной ровности.
Применяют обезжиривание с помощью натриевых составов: едкий натр – 10-15%, фосфорнокислый натрий – 10-15%, углекислый натрий – 10-15%-ный раствор. Добавим, что химические растворы перед использованием надо нагреть до 50-80С.
Применяют также травление. Для этого используют серную кислоту.
Особенности растирания и погружения
Технология лужения растиранием в своей основе содержит такой процесс, когда припой наносится на металлическое изделие и растирается паклей. При этом используется флюс в виде нашатыря и хлористого цинка. Вот последовательность операций:
- хлористый цинк наносится на металл и нагревается паяльной лампой;
- когда он закипит, в него вносится припой, который расплавляется;
- сверху посыпается нашатырь в виде порошка;
- затем паклей жидкое олово растирается по поверхности металлического изделия.
Для способа погружения используют лудильные ванны, в которых олово нагревается до +300 ℃. В расплавленный сплав опускается изделие из металла, которое покрывается слоем припоя.
При этом, чем дольше оно лежит в ванне, тем толще слой олова на нем осядет. Когда проводят лужение паяльника, то вначале нагревают его, затем погружают в канифоль, и только потом расплавляют им маленький кусочек олова, тем самым обеспечивая покрытие.
Раствор при гальванической обработке
В принципе, обе технологии лужения (со щелочными и с кислыми электролитами) отличаются друг от друга присутствием в электролитной ванне щелочного или кислотного раствора. Сам же процесс налипания олова у них одинаковый, и происходит он при помощи электрического тока.
В состав кислотных растворов входит сернокислое олово, серная кислота, вещества кипиллярно-активного типа (это фенол или крезол), коллоидные вещества (клей, никотин, желатин или схожие с ними вещества).
Очень важно точно соблюсти пропорции основных компонентов: сернокислое олово – 65 г/л, серная кислота – 100 г/л.
Что касается щелочных растворов для лужения металлов, то их разнообразие не определяется одной рецептурой. Поэтому состав растворов разный. В одних используется хлористое олово, в других оловянно-кислый натрий, в третьих двухлористое олово.
То же самое касается и растворителей. Здесь и едкий нарт, и уксуснокислый натрий, и едкое кали. Можно из расчета наличия тех или иных компонентов подобрать свою рецептуру раствора.
При этом в каждой обязательно будут свои концентрации веществ. Конечно, под каждую рецептуру подбирается плотность тока и температура нагрева раствора в ванне.
Лужение, как защитный процесс металлов от коррозии, один из самых востребованных. Он не очень дешевый, но эффективный по сравнению со многими технологиями. Поэтому его часто применяют в разных производствах.
Источник
Пайка и лужение
Пайкой называют процесс соединения двух металлических частей с помощью расплавленного металла или сплава, называемого припоем и имеющего более низкую температуру плавления, чем соединяемые части. Пайку применяют для создания неразъемных соединений деталей из стали, цветных металлов и их сплавов, а также их сочетаний. Пайка распространена при выполнении электромонтажных работ, монтаже контрольно-измерительной аппаратуры, радио7 и электроприборов, изготовлении сосудов, радиаторов, твердосплавного режущего инструмента и т.п.
Процесс пайки состоит из прогрева спаиваемых частей до температуры плавления припоя, расплавления последнего, растекания и заполнения зазоров под действием капиллярных сил, диффундирования в металл с последующей кристаллизацией в паяном шве. При этом соединение деталей достигается без расплавления их кромок в результате смачивания поверхностей более легкоплавкими жидкими металлами.
Очистку поверхностей перед пайкой от окалины, оксидов, грязи и жира проводят с помощью напильников, металлических щеток, шаберов и химическими способами (травлением). После травления детали промывают и сушат. Обезжиривание осуществляют протиркой поверхности бензином, ацетоном, растворителем. Перед пайкой детали плотно подгоняют одну к другой, используя струбцины или другие приспособления.
При нагреве деталей, соединяемых пайкой, их поверхности окисляются. Для удаления оксидной пленки применяют паяльные флюсы и травильные вещества, которые растворяют оксиды, образуют легко удаляемые шлаки, способствуют лучшему смачиванию спаиваемых поверхностей расплавленным припоем и затеканию его в зазоры. При пайке деталей из стали, бронзы и латуни используют хлористый цинк, деталей из латуни — нашатырный спирт, деталей из цинка и чугуна — соляную кислоту. После травления соляной кислотой деталь промывают в содовом растворе, а затем в чистой воде. Хлористый цинк (травленая соляная кислота) представляет собой смесь из 50 % соляной кислоты и 50 % воды, в которую добавлены небольшие кусочки и стружка цинка. Чтобы хлористый цинк был коррозионно-стойким, его разбавляют нашатырным спиртом в количестве, равном 1/3 взятого объема.
По назначению припои подразделяют на мягкие и твердые с температурой плавления соответственно 180…300 и 700…1000 °С. Мягкие припои состоят в основном из свинцово-оловянных сплавов с σв = 28…47 МПа. Кроме высокой температуры плавления твердые припои характеризуются более высокими механическими свойствами; временно’е сопротивление разрыву паяных швов 260…300 МПа. Химический состав и область применения твердых припоев приведены в табл. 19–21, а составы флюсов — в табл. 22.
Для нагрева места пайки до рабочей температуры применяют паяльники периодического и непрерывного подогрева, паяльные лампы, газовые горелки, установки ТВЧ.
Таблица 19. Химический состав (ГОСТ 21930–76) и область применения оловянно-свинцовых припоев
| Марка | Химический состав, % | Температура °С | Пайка | |
| Олово | Сурьма | |||
| ПОССу 4-6 | 3…4 | 5…6 | 244 | Клепаных деталей из латуни, меди, белой жести |
| ПОССу 18-2 | 17…18 | 1,5…2,0 | 186 | Лужение стальных деталей перед пайкой, пайка автотракторных деталей |
| ПОС 30 | 29…31 | 0,1 | 183 | Радиаторов, электроаппаратуры и приборов, оцинкованного железа |
| ПОС 61 | 59…61 | – | Электро- и радиоаппаратуры, лужение | |
| ПОС 90 | 89…91 | Пищевой посуды и медицинской аппаратуры | ||
Таблица 20. Химический состав (ГОСТ 23137–78) и область применения медно-цинковых припоев
| Марка | Химический состав, % | Температура плавления, °С | Пайка деталей | ||
| Медь | Цинк | ||||
| ПМЦ-54 | 54 | 46 | 880 | Из углеродистой стали | |
| ПМЦ-48 | 48 | 52 | 865 | Из меди, латуни, бронз, углеродистой стали | |
| ПМЦ-36 | 36 | 64 | 825 | Из латуни и бронз | |
Таблица 21. Химический состав (ГОСТ 19738–74) и область применения серебряных припоев
| Марка | Химический | состав, % | Температура плавления, °С | Пайка деталей | ||
| Серебро | Медь | Цинк | ||||
| ПСр 50 | 50 | 50 | – | 860 | Лужение и пайка из сплавов, латуни, бронз | |
| ПСр 45 | 45 | 30 | 25 | 730 | Из меди, латуни, бронз и латуни | |
| ПСр 25 | 25 | 40 | 25 | 775 | Тонких из меди и латуни, медно-никелевых сплавов | |
| ПСр 10 | 10 | 53 | 37 | 850 | Из стали с медью и сплавов цветных металлов, когда требуется термообработка | |
Таблица 22. Составы флюсов
| Компонент | Содержание, % | Пайка деталей |
| Пайка мягкими припоями | ||
| Канифоль | 100 | Из меди и медных сплавов |
| Насыщенный раствор хлористого цинка в соляной кислоте | – | Из коррозионно-стойкой стали |
| Хлористый цинк | 95 | Из алюминия алюминиевым припоем |
| Фтористый натрий | 5 | |
| Паста (насыщенный раствор цинка) | 34 | Паяльной лампой из меди и стали |
| Метанол | 33 | |
| Глицерин | ||
| Пайка твердыми припоями | ||
| Бура | 100 | Из меди, бронзы и стали |
| Бура плавленая | 72 | Из латуни, бронзы, а также пайка серебром |
| Поваренная соль | 14 | |
| Поташ кальцинированный | ||
| Бура плавленая | 90 | Из меди, стали и других металлов |
| Борная кислота | 10 | |
| Бура плавленая | 50 | Из титанокарбидных твердых сплавов на режущий инструмент |
| Фтористый калий | 40 | |
| Борная кислота | 10 | |
| Бура плавленая | 50 | Из коррозионно-стойкой и жаропрочной сталей |
| Борная кислота (разведенная в растворе хлористого цинка) | ||
| Бура | 60 | Из чугуна |
| Хлористый цинк | 38 | |
| Марганцево-кислый калий | 2 | |
| Хлористый литий | 26…35 | Из алюминия и его сплавов алюминиевыми припоями |
| Фтористый калий | 12…16 | |
| Хлористый цинк | 8…15 | |
| Хлористый калий | 40…59 | |
Паяльники периодического подогрева молоткового и торцового типов изготовляют из красной меди как наиболее теплопроводной. Такой паяльник периодически подогревают паяльной лампой, газовой горелкой или в горне. К паяльникам непрерывного подогрева относятся электрические паяльники, позволяющие осуществлять пайку непрерывно; температура их рабочей части достигает 400 °С. Паяльная лампа дает возможность нагревать изделие до 700…900 °С.
Пайку низкотемпературными припоями используют для создания герметичного шва, а также соединения деталей, не требующего большой прочности. Пайку проводят следующим образом.
Поверхность очищают от грязи и коррозии шабером, напильником или надфилем до металлического блеска. Шлифовальную шкурку не применяют, так как содержащийся в ней клей загрязняет поверхность пайки. Поверхность подгоняют до плотного соединения путем гибки, правки и опиливания. Кисточкой наносят тонкий слой жидкого флюса. Твердый флюс (канифоль) наносят на поверхность, предварительно нагретую паяльником. Деталь при пайке должна быть расположена швом вверх. Как только место прикосновения паяльником прогреется и припой растечется, медленно и равномерно перемещают паяльник без отрыва вдоль шва, давая возможность припою заполнить зазор. Припой наносится тонким и равномерным слоем без пропуска. После окончания пайки выступающие приливы опиливают напильником и поверхность зачищают шкуркой.
Пайку твердыми припоями применяют, когда необходимо получить прочный теплоустойчивый шов. Для пайки твердосплавного инструмента, когда требуется высокая прочность соединения, используют индукционный нагрев и порошковый припой ПАН-21. Место пайки нагревают до температуры плавления припоя, добавляя буру, которая, расплавляясь, способствует лучшему разливу припоя.
Пайку заканчивают, когда припой полностью зальет все места соединения. Охлаждение проводят медленно, не применяя воды. Места пайки очищают от буры, припоя и промывают. Качество пайки проверяют внешним осмотром мест соединения, обращая внимание на отсутствие раковин и пропусков в местах соединения. Прочность шва контролируют легким постукиванием соединенных деталей о металлический предмет.
Лужением называется процесс покрытия поверхностей металлических деталей тонким слоем расплавленного олова или оловянно-свинцовыми сплавами (припоями). Лужение осуществляют для защиты деталей от коррозии и окисления, подготовки поверхностей к пайке легкоплавкими припоями перед заливкой подшипников баббитом. Поверхность очищают от грязи и коррозии механическим или химическим способом. Химическую очистку применяют как для обезжиривания, так и для очистки детали от оксидов.
Лужение проводят натиранием и погружением. После механической зачистки поверхность промывают в кипящем 10 % — ном растворе каустической соды и в воде. Непосредственно перед лужением поверхность покрывают флюсом (хлористым цинком) с помощью кисти, куска войлока или пакли и посыпают порошком нашатыря, затем нагревают до температуры плавления олова или другого сплава, который наносят на поверхность в виде кусочков или порошка. Когда припой от соприкосновения с нагретой поверхностью начнет плавиться, его растирают паклей или холщовой тряпкой, пересыпанной порошком нашатыря. Припой должен распределяться равномерным слоем по всей поверхности. При лужении погружением очищенную и протравленную деталь погружают на 1 мин в ванну с раствором хлористого цинка, затем на 2…3 мин в ванну с расплавленным припоем, после чего деталь извлекают из ванны. Качество лужения проверяют внешним осмотром на равномерность распределения полуды, отсутствие вздутий и т.п.
Источник
