Подвержено ли олово коррозии

Олово — коррозионная стойкость.

Коррозионная стойкость олова.

Олово применяют для покрытия изделий из железа, меди и латуни, соприкасающихся с питьевой водой и продуктами питания. Широко используют сплавы олова, бронзы, подшипниковые металлы, припои и др.

На воздухе и в воде олово устойчиво при обычной температуре, но при повышенных температурах оно окисляется. Разбавленные кислоты медленно действуют на олово. Лучше оно растворяется в концентрированных соляной и азотной кислотах.

Коррозия олова в кислых, нейтральных и щелочных растворах усиливается в присутствии деполяризаторов (соли трехвалентного железа, перманганат, щавелевая кислота и др.). При этом окисная пленка может способствовать возникновению местной коррозии. Растворы с 3,5 11,0 вызывают равномерную коррозию. Окисные пленки растворяются в кислотах, щелочах и веществах, анионы которых дают комплексные соединения. Хлориды на олове образуют «черные пятна». Морская вода вызывает точечную коррозию чистого олова с глубиной проникновения до 0,5 мм.

В атмосфере водяного пара олово склонно к межкристаллитной коррозии. В дистиллированной воде оно сначала корродирует, а затем пассивируется. При анодной поляризации олово пассивируется с образованием SnO 2 в щелочных растворах, а в растворах серной кислоты переходит через две последовательные стадии пассивирования перед выделением кислорода. В первой стадии образуется соединение двухвалентного олова, а во второй — двух- и четырехвалентного.

Олово, легированное сурьмой, более стойко в разбавленной соляной кислоте (табл. 12) и не подвержено местной коррозии в жесткой воде. Алюминий олову придает жаростойкость, цинк — пассивность при катодной поляризации; медь ускоряет растворение олова.

Источник

Как олово защищает от коррозии?

Олово – один из самых известных представителей легких металлов. Этот материал смело можно назвать податливым, ведь легко плавится и отличается пластичностью (с учетом нормальных для него условий). Его серебристо-белый цвет очень часто заставляет путать его с более ценным металлом – серебром.

Человечество открыло для себя этот химический элемент 6 тысячелетий назад. Олово обладает рядом положительных характеристик, которые позволяют его использовать в разных сферах жизнедеятельности человека. Например, как олово защищает от коррозии, так его в некоторых случаях и применяют.

Антикоррозийные свойства олова

Коррозия, пожалуй, является самым опасным процессом, который может постигнуть любой металлический предмет. От влияния окружающей среды структура металла буквально разрушается. Олово – очень устойчивый материал.

Раньше его очень часто использовали для производства трубопроводов под дистиллированную воду. Однако олово вскоре заменили на более дешевый материал – алюминий. Находясь именно в водной или же атмосферной среде, материал не боится коррозии.

Не секрет, что большую часть металлов необходимо защищать от коррозии. Люди еще в древние времена практиковали нанесение на тот или иной металл масла и жира. Нередким был и вариант покрытия стальных предметов другими металлами. Чаще всего в таких случаях применяют именно олово. К сожалению, полностью избавиться от коррозии невозможно. Природа всегда возьмет свое. Однако можно значительно замедлить этот разрушительный процесс.

Например, листовое железо зачастую защищают от коррозии при помощи цинка или олова (железо, покрытое оловом, называется белой жестью). Оловянное железо используют для производства консервных пищевых банок. Олово имеет уровень электроположительности на порядок выше, нежели железо, что превращает его в своеобразный катод. То есть коррозия никак не касается олова, в тио время как железо внутри продолжает коррозировать.

В каких условиях коррозия не навредит олову?

По большому счету олову не страшна коррозия, однако, не во всех случаях. Этот процесс не наблюдается:

• в воде природного происхождения;
• в пищевой среде;
• в растворе соли из минералов;
• в атмосферной среде (если температура воздуха не превышает 150 градусов Целсия);
• в разбавленной кислоте серной, органической и соляной.

• в кислоте азота;
• в щелочах;
• в концентрированной кислоте серной и соляной.

Источник

Подвержен ли припой оловянной чуме

Продолжение руководства по материалам электротехники. В этой части заканчиваем разбирать проводники: Углерод, Нихромы, термостабильные сплавы, припои — олово, прозрачные проводники.

Добро пожаловать под кат (ТРАФИК)

Хочу сказать спасибо всем за дельные комментарии к предыдущим частям, мой список TODO растет. Если тенденция сохранится, то итоговую версию руководства в формате pdf я опубликую не в 11 части, как планировал, а отдельно 12й частью вместе со списком доработок и улучшений. Оставляйте пожелания в комментариях какие места требуют более подробного обьяснения.

Углерод

С — углерод. Не совсем металл, но тоже проводник. Графит, угольная пыль — не такие хорошие проводники как металлы, но зато очень дешевые, не подвержены коррозии.

Компонент резисторов. В виде пленок, в виде объемных брусков в диэлектрической оболочке.

Добавка в полимеры для придания электропроводности. Для защиты от образования статического электричества достаточно ввести в состав полимера мелкодисперсный графит, и пластик из диэлектрика становится очень плохим проводником, достаточным, что бы статический заряд с него стекал. При работе с изделиями из такого пластика они не будут прилипать и искрить, что важно при пожароопасности или работе с электроникой.

На базе полимеров, заполненных мелкодисперсным графитом, основаны различные нагреватели — пленочные электронагреватели теплых полов, греющие кабели для систем водоснабжения, нагреватели для одежды и т.д. Высокий коэффициент расширения полимеров при нагреве приводит к отрицательной обратной связи, что делает такие нагреватели саморегулирующимися и потому безопасными. При пропускании тока через такой полимер, он нагревается, от нагрева расширяется, контакт между частичками углерода в матрице из полимера ухудшается, от этого увеличивается сопротивление — уменьшается протекаемый ток, уменьшается нагрев. В итоге, устанавливается некоторая температура полимера, стабильно поддерживающаяся этим механизмом обратной связи без каких либо внешних устройств.

Аналогично устроены полимерные самовосстанавливающиеся предохранители. Если ток через такой предохранитель превысит номинальный, от нагрева полимер в составе расширяется, и резко увеличившееся сопротивление прерывает ток через предохранитель до некоторого небольшого значения. Такие предохранители обеспечивают медленную защиту, но не требуют замены предохранителя после каждой аварии.

Угольный сварочный электрод — используется для сварки, когда от электрода требуется только поддерживать дугу не плавясь. Уголь значительно дешевле вольфрама, но менее прочен и постепенно сгорает на воздухе.

Медно-графитовые материалы. Получают спеканием порошка меди и графита в разных пропорциях. В зависимости от состава могут быть от чёрных как уголь до темно красных с медным блеском. Используется как материал скользящих контактов — щеток электрических приборов. Такие щетки обеспечивают низкое сопротивление вращению — хорошо скользят по контактам коллектора. Кроме того их твёрдость заметно ниже твёрдости металла коллектора, так что в процессе работы истираются и подлежат замене дешевые щетки а не дорогой ротор.

Нихромы

Для изготовления нагревателей, мощных сопротивлений требуются сплавы со следующими требованиями:

• Относительно высокое удельное сопротивление — иначе нагреватель придется делать длинным и тонким, что отрицательно скажется на долговечности.
• Устойчивость к окислению на воздухе. Если в колбу лампы накаливания попадет воздух, то спираль очень быстро сгорит. При высоких температурах скорости химических реакций растут, и кислород воздуха начинает окислять даже стойкие при комнатной температуре металлы.
• Иметь приемлемые механические характеристики. Низкая пластичность и повышенная хрупкость негативно скажется на надежности изделия.

Нагреватели обычно изготавливают из следующих сплавов:

Добавка хрома обеспечивает образование защитной пленки на поверхности сплава, благодаря чему нагреватели из нихрома могут длительное время работать на воздухе с высокой температурой поверхности.

Фехраль после нагрева становится ломким. Нихром после нагрева еще можно как-то гнуть. При этом фехраль дешевле нихрома, в рознице не так заметно, но ощутимо в оптовых партиях.

Нихромовая спиралька с фитилем внутри — испаритель электронной сигареты. Нихромовой струной, подогреваемой электрическим током, режут пенополистирол. Также из нихрома изготавливают термосьемники изоляции — на сегодняшний день самый надежный способ снять изоляцию с провода и не повредить токопроводящую жилу.

На удивление, достаточно трудно купить нихром в виде проволоки в небольших количествах, местные продавцы о количествах менее килограмма даже слышать не хотят. Так что, если понадобится изготовить нагревательный элемент — то проще перемотать нихром с какогонибудь неисправного тепловентилятора.

Концы нагревательных элементов обычно приваривают к тоководам или зажимают механически — винтом или опрессовкой.

Сплавы для изготовления термостабильных сопротивлений

У всех материалов есть ТКС — температурный коэффициент сопротивления, мера того, насколько изменяется сопротивление с изменением температуры. Он может быть положительным — как у металлов, с ростом температуры сопротивление растет, может быть отрицательным, как у полупроводников, с ростом температуры сопротивление падает. При изготовлении точных измерительных приборов необходимо иметь сопротивления с минимальным дрейфом номинала в зависимости от температуры. Для этого изобрели сплавы с минимальным ТКС:

Константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)
Манганин (85% Cu, 11.5-13.5% Mn, 2.5-3.5% Ni)

Таблица, с указанием температурного коэффициента (обозначается как α) для различных
металлов:

Материал	Температурный коэффициент α
Кремний	-0,075
Германий	-0,048
Манганин	0,00002
Константан	0,00005
Нихром	0,0004
Ртуть	0,0009
Сталь 0,5% С	0,003
Цинк	0,0037
Титан	0,0038
Серебро	0,0038
Медь	0,00386
Свинец	0,0039
Платина	0,003927
Золото	0,004
Алюминий	0,00429
Олово	0,0045
Вольфрам	0,0045
Никель	0,006
Железо	0,00651

Если упростить, то коэффициент α говорит, во сколько раз изменится сопротивление проводника при изменении температуры на один градус Цельсия.

Припои

Пайка — это процесс соединения двух деталей при помощи припоя, материала с температурой плавления меньшей, чем у соединяемых деталей. Например, соединение двух медных проводников при помощи олова. Именно использование припоя — основное отличие от сварки, когда детали соединяются расплавом из самих себя, например стальной крюк к стальной двери приваривается при помощи стального плавящегося сварочного электрода.

Припои чаще классифицируют на две группы — тугоплавкие (температура плавления 400°С и более) и легкоплавкие. Или, иногда, на твёрдые и мягкие. Учитывая, что мягкие припои обычно легкоплавкие, то часто твёрдые припои синоним тугоплавких, а мягкие припои — легкоплавких.

В электронной технике припои используют для создания надежного электрического контакта. Основные припои в электронной технике — мягкие, на базе олова и оловянно-свинцовых сплавов. Все остальные экзотические припои рассматриваться не будут.

Олово

Sn — Олово. Основной компонент мягких припоев. Олово — относительно легкоплавкий металл, что позволяет использовать его для соединения проводников. В чистом виде не используется (см. факты). Из-за дороговизны олова (а также других причин, см. ниже), его в припоях разбавляют свинцом. Припой из 61% олова и 39% свинца образует эвтектику, такой смесью, ПОС-61 (Припой Оловянно-Свинцовый — 61% олова) паяют радиодетали на платах, провода. В менее ответственных узлах (шасси, теплоотводы, экраны и т.п.) олово в припоях разбавляют сильнее, до 30% олова, 70% свинца.

Электронные устройства долгое время паяли оловянно-свинцовыми припоями. Затем набежали экологи и заявили, что свинец — металл тяжелый, токсичный, и проблемы бы не было, если бы все эти ваши айфоны, компьютеры и прочие гаджеты не оказывались на свалке, откуда свинец попадает в окружающую среду. Поэтому придумали серию бессвинцовых припоев, когда олово разбавлено висмутом, или вовсе используется в чистом виде, стабилизированное добавками, например, серебра. Но эти припои дороже, хуже по характеристикам, более тугоплавкие. Поэтому оловянно-свинцовые припои надолго останутся в ответственных изделиях военного, космического, медицинского применения.

На базе сплавов с содержанием олова были разработаны легкоплавкие припои. И даже очень легкоплавкие припои, которые плавятся в горячей воде. Хороший список сплавов есть в Википедии.

Основные припои для радиоаппаратуры

• ПОС-61 — 61% олова, остальное — свинец. Температура плавления (ликвидус) 183 °C. Есть множество сходных по составу и по свойствам импортных припоев, в которых пропорции компонентов отличаются на пару процентов, например Sn60Pb40 или Sn63Pb37.
• ПОС-40 — 40% олова. Остальное — свинец. Температура плавления (ликвидус) 238 °C Менее прочный, более тугоплавкий, неэвтектический (плавится не сразу, есть диапазон температур при котором припой больше походит на кашу). Но благодаря тому, что чуть ли не в два раза дешевле (олово дорогое), применяется для неответственных соединений — пайка экранов, шин. Аналогичны припои ПОС-33 (температура плавления 247С), ПОС-25 (температура плавления 260С), ПОС-15 (температура плавления 280С).
• Бессвинцовые припои. Для пайки медных водопроводных труб горелкой чаще всего используют мягкий припой с 3% меди (Sn97Cu3). Он не содержит свинца, потому пригоден для питьевой воды. По экологическим причинам современную электронику на заводах паяют в основном бессвинцовыми припоями. Хорошая статья.

Замыкают список совсем легкоплавкие припои:

• Сплав Розе: 25% Sn, 25% Pb, 50% Bi. Температура плавления +94 °C.
• Сплав Вуда: 12,5% Sn, 25% Pb, 50% Bi, 12.5% Cd Температура плавления +68,5 °C.

Применяются для лужения печатных плат любителями, так как плавятся в горячей воде, и можно резиновым шпателем под слоем кипящей воды быстро покрыть припоем медную фольгу печатной платы. В технике их используют для пайки деталей, не выдерживающих нагрева до обычной температуры припоев, или в тех случаях, когда зачем-то нужен очень легкоплавкий металл (например, для датчика температуры).

Если спаять подпружиненные контакты легкоплавким припоем, то получится простой и надежный термопредохранитель, при превышении температуры припой плавится и контакты разрывают цепь. Правда, предохранитель получится одноразовым. Во многих советских телевизорах в блоке строчной развертки была защита из обычной стальной спиральной пружинки, припаянной на легкоплавкий припой. При перегреве, в том числе от большого тока через пружинку, она отпаивалась и отрывалась. Предохранители такого типа очень хороши как защита от пожара.

Прочие проводники

Для изготовления термопар используют сплавы стойкие к высоким температурам, но при этом обладающие высокой ТермоЭДС. Подробнее про термопары можно прочитать в соответствующей литературе.

• Хромель (90% Ni, 10% Cr)
• Копель (43% Ni, 2-3% Fe, 53% Cu)
• Алюмель (93-96% Ni, 1,8-2,5% Al, 1,8-2,2% Mn, 0,8-1,2% Si)
• Платина (100% Pt)
• Платина-родий (10-30% Rh)
• Медь (100% Cu)
• Константан (59% Cu, 39-41% Ni, 1-2% Mn)

Соединяя два проводника из двух разных металлов получают термопары, например термопара типа K (ТХА — Термопара Хромель-Алюмель). Самые распространенные пары: хромель-алюмель, хромель-копель, медь-константан (для низких температур), платина-платинородий (для точных измерений и для высоких температур).

Оксид Индия — Oлова (Indium tin oxide или сокращённо ITO) — полупроводник, но обладает невысоким сопротивлением, а самое главное, пленка из оксида индия-олова прозрачна.

Это свойство используется при производстве ЖК дисплеев, сетка электродов на поверхности стекла нанесена именно из оксида индия-олова. Также резистивные touch панели имеют прозрачное проводящее покрытие.

Пленка ITO едва видна в отражении, чтобы хоть как то она была заметна пришлось разобрать ЖК дисплей:

На этом мы закончили проводники. В следующей части начнем обзор диэлектриков

Телефоны берет звукоинженер, а не менеджер. Звоните

1. Технологии→
2. Хитрости→
3. Лучший припой для звука какой припой выбрать Часть — 5

Серебрано-оловянный и медно-оловянный припои

В большинстве случаев паяю свинцово серебряно-оловянным припоем Radiel-Fondam: 62 % олова, 2 % серебра, 36 % свинца. Звуком данного припоя особо не заморачивался и специальных исследований не проводил. Но начитавшись Пехтерева и Аббаса решил попробовать безсвинцовый припой как альтернативу своему любимому Радиель-Фондам со свинцом. Попробовал сначала вариант олово-серебро, затем олово-медь. Сначала расскажу про серебряно-оловянный припой Radiel-Fondam содержащий 4% серебра и 96 % олова.

Физические свойства: Лудит он не хуже обычного ПОС 60/40 и ложится довольно аккуратно, образуя при застывании красивые морозные узоры. У него есть еще одно интересное свойство – фазовый переход происходит очень резко, если обычный оловянно-свинцовый застывает плавно, то серебряно-оловянный делает это почти мгновенно: жидкий. бам — твердый. Хоть я и читал, что серебро в припой добавляют не для улучшения проводимости, а чтобы не происходило резкого перехода при кристаллизации между жидкой и твердой фазами. Иначе — момент, возникающий в результате внутренних напряжений может развернуть паяемые SMD компоненты, ну и для выравнивания электрохимического потенциала. И еще один плюс, у серебряно-оловянного припоя сопротивление в два раза ниже, чем у оловянно-свинцового, что важно для контактов с большим проходящим током. То есть теоретически, он круче чем мой постоянный: серебряно-оловянно-свинцовый.

Звук: Для эксперимента запаял им с десяток соединений в такой последовательности: входные разъемы, галетный переключатель входов, регулятор громкости, входные цепи первой лампы усилителя (монтаж навесной). Пайки получились матовым, а вот — звук, вопреки ожиданиям (если сравнивать с припоем, содержащим свинец), как-то не очень. Спаял им входные цепи одного канала (второго – обычным, с содержанием свинца), так что для парного сравнения — мог быстро переключаться. Не буду описывать нюансы, но в целом — он мне не понравился (ниже напишу про звук припоя, который понравился). Мучать усилитель не стал, заменил без свинцовый припой на свой обычный, тонально все выровнялось, и так и оставил.

Спаял им плату ЦАП на TDA 1541 c ламповым клоком от Аббаса. Плата, правда была не залуженная, а покрыта тонким слоем никеля и сверху золотом (такую заказывал у своих знакомых). Как и говорилось ранее, смачиваемость хуже, чем у серебряно-оловянного ли ПОС-а, но не настолько, чтобы плеваться. В отдельных местах внутреннего флюса для пайки не хватало и добавлял обычный спирто-канифольный, с ним смачиваемость заметно улучалась. С температурой мучился, не смог подобрать, чтобы пайки были блестящими, на этот раз вся плата получилась с матовыми.

Звук: В качестве контрольных кабелей у меня есть межблочники от Аббаса, распаянные кстати медно-оловянным припоем, но не фирменным, а его собственного приготовления. Первые час-полтора у меня еще был энтузиазм сравнить разные варианты получения звука с компьютера (новый цап/старый цап, новый/старый кабель, коаксиал/USB-кабель, Linux/Windows), но в общем-то результат стал понятен быстро довольно, поэтому свернул «исследования», загрузил OS Xubuntu, и до позднего вечера просто слушал любимых исполнителей (компьютер был подключен к новому DAC через кабель Аббаса).

Эмоции и восторги были вполне натуральными, и в большом количестве, описывать я их не умею. Могу просто резюмировать, что моей системе новый ЦАП, распаянный медным припоем, добавил очень много разнообразных плюсов:

• У DAC-а очень ровный тональный баланс
• Увеличилась ясность, появилась тонкая проработка интонаций (особо впечатляет это на вокале)
• Появилась рельефность образов и аналоговость звука
• Стало понятно где проблемы с тональным балансом у моего прежнего DAC-а
• Переживаний у слушателя намного больше, особенно, если слушатель женщина. Тут прям до слез…

Кстати, на форумах те, кто пробовал медно-оловянный припой (без свинца) клянут его почем зря и в каждом посте норовят про него написать какую-нибудь гадость. По идее припой должен электрически соединять два или несколько элементов, привнося как можно меньше электрохимических возмущений. Обычно при пайке соединяется медь с медью или медь с железом (ножки многих радиоэлементов магнитятся и сделаны явно не из меди). Без олова в припое обойтись нельзя, потому как до сих пор другой основы не изобретено. Но олово в чистом виде для пайки электронных схем не применяется, т.к. химически неустойчиво (подвержено оловянной чуме на морозе и т.д.) и ему нужны стабилизирующие добавки. Добавки еще и снижают температуру плавления припоя, т.к. чистое олово имеет высокую температуру плавления, что большинству полупроводниковых радиоэлементов — противопоказано. В качестве стабилизирующей добавки очень удобен свинец, сплав делается просто сливанием двух жидких фаз. Но свинец, по идее, для паянного соединения – лишний. Чем разнообразнее добавляемые в припой элементы, тем сложнее получается электрохимический коктейль, и хуже кристаллическая структура в месте пайки.

В интернете встречал статью, в которой автор, связанный с этой тематикой доказывал, что лишних металлов лучше в припой не мешать. Основное, что он рассматривал, это строение кристаллической структуры пайки в месте контакта. Он утверждал, что кристаллы плохо друг с другом контактируют и образуют электрохимические пары, не плотно сопрягаются и т.д. на бытовом уровне для меня это понятно, а влезать с головой в металловедение я не хочу.

Вот ровно по этой причине самый эзотерически правильный припой для пайки медных (в основном) контактов звуковых цепей как раз медно-оловянный, потому как в нем нет лишних элементов. Этот сплав сливанием не сделать, и из-за применения для его производства приемов порошковой металлургии он получается дороже обычного оловянно-свинцового.

Резюме: хоть и намучился я с этим медно-оловянным припоем изрядно, рекомендую всем заинтересованным в правильном звуке его применять вместо обычных оловянно-свинцовых и серебряно-оловянных. По звуку он (этот конкретный) очень мягкий и правильный, по крайней мере мой эксперимент это показал. В припое должен быть или в большом объеме — свинец, или небольшая добавка меди, а серебро, хоть и осветляет звук, но по сравнению с медью (ИМХО) играет значительно – хуже.

А Веб = Аббас никогда из своего медно оловяного припоя не делал тайны и публиковал методику изготовления этого припоя у себя на форуме. Только он брал старинные монеты из чистой меди или старинную немецкую проволоку, а у меня, такой возможности не было. У себя на даче я залез в старую трансформаторную подстанцию времён СССР, полуразрушенную и выломал оттуда, чудом сохранившиеся медные контакты-коннекторы. На даче у меня есть мастерская, зажал контакты в тисах и напилил мелким надфилем медных опилок приличное количество (конкретную рецептуру, Аббас не давал). Взял магазинный припой ПОС-61, канифоль кусковую светлую и начал на газовой плите варить в чугунке припой с переменным добавлением канифоли в расплав, добавлял медные опилки, размешивая всё стеклянной палочкой, до полного расплавления опилок и появления у смеси чуть красноватого цвета. Перемешать нужно всё очень тщательно, чтобы смесь была однородной, а потом разлил всё в формочки из керамики, в которую спирали кладут в электроплитках и получились прутки-колбаски. Этим припоем постоянно пользуюсь при пайке звуковых схем, но перед монтажом нужно тщательно зачистить скальпелем все спаиваемые поверхности и что очень важно — облудить этим же, медьсодержащим припоем. Прирост в качестве звучания, обнаруживается сразу.

Я такой припой брал в Аудиомании. Он с чистой не активированной канифолью. Запах при пайке обычный, приятно канифольный. Смачивает довольно хорошо. Получается довольно качественная пайка, но не сильно блестящая (скорее матовая, чем блестящая). И, что самое интересное «на звук выходит» быстро, за 2-3 дня, даже в выключенном состоянии, против 12-15 дней для припоя Asahi 60/40. Станция Ersa Digital 2000. У этого медно-оловянного припоя есть минус — довольно сильно лачит жало.

С припоем Асахи грязь в звуке держится намного дольше. С Асахи звук улучшается не плавно, а скачкообразно, в первые 10-12 дней улучшения практически нет, а в последующие несколько происходит резкое изменение в лучшую сторону. У медно-оловянного Radiel-Fondam звук проявляется сразу, и через два дня окончательно стабилизируется. Через какое-то время разница во влиянии припоев на звучание аппарата практически нивелируется. Я только с одним медно-оловянно-серябряным припоем не смог подружиться — Radiel Sn96.5Ag3Cu0.5 FXN. Грязнит звук даже после длительного прогрева.

Опишу два случая:

Приятель попробовал на звук, вырезанную из оловянной кружки ленту — по звуку она оказалась лучше фирменных медных кабелей, тех, что были у него в наличии. Кружка была, возможно, старая, возраст неизвестен. Олово из той кружки звучит очень хорошо, с очень высокой прозрачностью и небольшим акцентом на нижней середине. Но это ему даже в плюс, у него система на ШП динамике в открытом ящике и там мидбаса явно не хватает. Потом ту кружку сдали на химический анализ и выяснилось, что в ней 68 % свинца, 26 % олова, 2,5 % кадмия, 1 % железа и 2,5 % меди. Результат очень удивил! Оказалось, что оловянная кружка сделана в основном из свинца. После этого попробовали ее нагреть паяльником… Расплавилась! Ну и приятель пустил ее на припой для своего лампового усилителя, говорит, что звучит он – фантастика! Никакой фирменный супер дорогой припой и рядом не стоял.

В Днепропетровске мой знакомый сделал припой на оловянно-свинцовой основе, с добавками меди, золота, церия и тория-232 (по его словам конечно). Последний видимо в микро дозах – счетчик радиации «Припять» на него не реагирует. Паяется чем угодно, мягкий — как масло. Обычный сетевой «момент» на 40 Вт прекрасно расплавляет довольно толстую колбаску. Отлично прилипает к контактам без всякого флюса. Пробовали с друзьями на слух:

В этой статье рассматриваются основные проблемы, которые могут возникнуть при применении чистого олова взамен свинцовосодержащих сплавов, их причины, а также методы борьбы с потенциальными дефектами.

Олово (лат. Stannum) — химический элемент, расположенный в пятом периоде в IVА группе периодической системы Менделеева; атомный номер 50, атомная масса 118,69; температура плавления 231,9°С, температура кипения 2620°С, белый блестящий металл, тяжёлый, мягкий и пластичный. Олово — редкий рассеянный элемент, по распространённости в земной коре олово занимает 47-е место. Оно используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Важнейший сплав олова — бронза (с медью). Олово, в частности, активно используется для создания сверхпроводящих проводов на основе соединения Nb3Sn.

Олово получило широкое распространение в производстве электроники в качестве припоя и покрытий благодаря хорошей технологичности.

Покрытие контактных поверхностей чистым оловом применяется для обеспечения паяемости и защиты металла основы от коррозии.

С переходом на бессвинцовую технологию многие производители стали применять чистое олово для покрытия выводов и контактных поверхностей компонентов.

Покрытие иммерсионным оловом контактных площадок печатных плат применялось и ранее наряду с оловянно-свинцовым покрытием, благодаря такому необходимому для выполнения качественных паяных соединений свойству, как плоскостность поверхности. Плоская поверхность покрытых иммерсионным оловом контактных площадок позволяет производить качественный поверхностный монтаж многовыводных компонентов, в том числе с малым шагом выводов. Кроме того, применение чистого олова в бессвинцовой технологии обеспечивает отсутствие примесей других материалов, вносимых в припой во время пайки. Эти качества в комплексе с невысокой ценой стали предпосылкой для широкого применения процессов нанесения иммерсионного олова в качестве покрытия.

Иммерсионное олово осаждается химическим способом на медную поверхность печатного рисунка путем реакции замещения. При этом металл покрываемой основы отдает электрон иону олова в растворе, который переходит в металлическую форму, металл основы при этом растворяется анодно:

Me 0 + Sn 2+ -> Ме 2+ + Sn 0 .

Стандартный электродный потенциал меди более положительный по отношению к потенциалу олова, поэтому реакция замещения может происходить только в присутствии комплексообразователя (тиомочевина), который сдвигает потенциал в более отрицательную область значений по отношению к олову:

где NH2CSNH2 — тиомочевина, CH3S03H — метан-сульфоновая кислота [9].

Толщина иммерсионного оловянного покрытия составляет около 1 мкм.

Усы олова представляют собою тонкие нити, которые могут расти вертикально, изгибаясь, спиралевидно, в виде крюкообразных или вилкообразных кристаллов олова. Длина усов может достигать 150 мкм, что вызывает серьезную опасность замыкания соседних элементов проводящего рисунка печатной платы. Усы, изгибаясь или отрываясь в процессе изготовления изделий и их эксплуатации, могут образовать проводящие перемычки между токоведущими поверхностями. При этом при достаточно большом токе усы могут плавиться, вызывая кратковременные отказы. Куски усов могут вызывать как перемежающиеся, так и постоянные отказы изделия.

Рис. 1. Пример изгибающихся усов олова под микроскопом. Фото из [1].

Рис. 2. Пример усов олова при увеличении в 3000х. Фото из [10].

Точно предсказать образование усов олова невозможно: они могут появляться как на новых изделиях, так и спустя годы после начала эксплуатации, и на элементах, и под ними. Они могут не появиться вообще. Известно, что усы обычно растут на покрытиях толщиной свыше 0,5 мкм [9].

По поводу причин роста усов олова до недавнего времени единого мнения у специалистов не существовало. За последние несколько лет произошли значительные сдвиги в области изучения усов и основных причин их образования, но, тем не менее, окончательного согласованного решения по причинам данного явления еще нет. Также не существует промышленных стандартов, дающих определение усам олова и регламентирующих методы борьбы с ними.

Установлено, что движущей силой в образовании усов является сдавливающее напряжение в слоях олова. Это напряжение может быть следствием различных причин, таких как формирование интерметаллической структуры, окисление и коррозия, цикличное изменение температур или механическое воздействие [2].

В гальванических оловянных покрытиях сразу же после осаждения возникает напряжение растяжения, которое со временем (3-5 дней) ослабевает. Через 5-7 дней начинает расти внутреннее напряжение сжатия, которое является следствием образования на границе слоев олово – медь интерметаллидов (Cu6Sn5 и Cu3Sn), молярный объем которых больше по отношению к объему чистых слоев олова и меди. В результате происходит винтовой сдвиг по границе зерен кристаллической решетки, где и начинается рост нитевидных кристаллов [9].

Иммерсионное олово имеет маленькую толщину, поэтому напряжение растяжения после покрытия не возникает. Однако рост усов все же имеет место, и причиной их роста является напряжение сжатия в результате роста слоя интерметаллидов. Так как толщина олова невелика, его атомы мигрируют вдоль границ между зернами металла к месту роста нитевидных кристаллов.

Тонкие слои покрытия наиболее подвержены внутренним напряжениям, так как интерметаллиды быстро поглощают слой чистого олова полностью и окисляются. Оптимальная толщина иммерсионного олова, равная

1 мкм, представляет уже серьезную трудность для диффузии интерметаллидов [9].

Усы олова не следует путать с ростом дендритов, который также является относительно частой причиной отказов электронных устройств, выражающихся преимущественно в перемежающихся или постоянных коротких замыканиях. Различие заключается не только в процессе формирования, но и в том, что известно об этих двух явлениях.

Дендриты хорошо изучены, поскольку не являются проблемой, вызванной переходом на бессвинцовую технологию. Они представляют собой металлические нити или кристаллы, которые растут на поверхности металла (в плоскости х-у), а не перпендикулярно ей (в отличие от усов), в виде древовидных структур. Механизм роста дендритов носит электролитический характер. То есть для роста дендритов необходимо иметь электролит и напряжение, а следовательно, дендриты могут приводить к отказам только в случае наличия условий для образования электролита (например, влажность плюс остатки флюса или органических кислот), а также только при эксплуатации изделия.

Под действием присутствующего на плате напряжения проводник-анод растворяется, отдавая в канал положительно заряженные ионы металла (рис. 3а). Ионы направляются по каналу к проводнику-катоду, восстанавливаются на нем до металлического состояния, образуя в изоляционном зазоре проводящие перемычки в виде дендритоподобной рыхлой металлической структуры (рис. 3б) [6]. Скорость роста дендритов на катоде может достигать 0,1 мм в минуту [5]. В результате этих процессов за несколько минут могут образоваться нитевидные кристаллы толщиной 2. 20 мкм и длиной до 12 мм (рис. 3в). После образования нитевидной перемычки кристаллы постепенно утолщаются до 0,1 мм, приобретая отчетливый металлический блеск. Сопротивление таких кристаллов может доходить до 1 Ом [6].

Рис. 3. Схема образования дендрита в канале, наполненном ионогенными загрязнениями. Рисунок из [6].

Последовательность роста дендритов хорошо прослеживается на фотографиях (рис. 4).

Рис. 4. Стадии роста металлических дендритов: а — 2 мин; б — 2,5 мин; в — 3 мин; г — 4 мин. Фото из [6].

Рост дендритов наблюдается на проводниках с покрытием из Ag, Cu, SnPb, Au, AuPd. Во избежание развития дендритного роста производители контролируют присутствие на конечных изделиях влаги и остатков химических веществ, которые способны растворить металл с образованием ионов, формирующих затем дендриты [1].

Как известно, Интерметаллиды или Интерметаллические соединения – это соединения двух или нескольких металлов между собой. Интерметаллиды относятся к металлическим соединениям, или металлидам. Они образуются в результате взаимодействия компонентов при сплавлении, конденсации из пара, а также при реакциях в твердом состоянии вследствие взаимной диффузии (при химико-термической обработке), при распаде пересыщенного твердого раствора одного металла в другом, в результате интенсивной пластической деформации при механическом сплавлении (механоактивации) [7]. По сути интерметаллид — тонкий пограничный слой взаимопроникновения паяемых металлов друг в друга.

В паяных соединениях интерметаллический слой играет роль механической связки. Однако образование интерметаллидов между оловянным покрытием и материалом основы и их последующее окисление являются прямой причиной ухудшения паяемости. Если толщина оловянного покрытия слишком мала, постоянно растущий слой интерметаллидов поглощает чистое олово, окисляется и ухудшает смачиваемость припоем [9].

Как уже отмечалось, образование интерметаллидов может быть причиной образования усов олова.

Подверженность олова к образованию интерметаллидов связана с его структурой, которая имеет объемноцентрированную тетрагональную кристаллическую решетку. Соотношение длины сторон ячейки решетки (с/а) меньше единицы (прямоугольник в поперечном сечении). Такая некубическая структура решетки свидетельствует об анизотропных свойствах металла. Для олова коэффициент температурного расширения и коэффициент самодиффузии больше в направлении более длинной стороны кристаллической ячейки.

Учеными был отмечен однонаправленный рост усов олова [9], что является дополнительным подтверждением связи анизотропной структуры олова с образованием усов.

Кроме того, из-за образования интерметаллидов возможно появление так называемых волосных трещин, образование непрочных паяных соединений, что негативно сказывается на характеристиках изделия.

Рис. 5. Олово с 5% содержанием меди после продолжительного нахождения при температуре -18°С. Фото из [4].

Олово может пребывать в двух модификациях: первая – обыкновенное серебристо-белое олово, ковкий металл, который может вырастать и в виде больших монокристаллов. Белое олово образуется при температурах, превышающих +13,2°С. Если же температура опускается ниже 13°С, то атомы олова могут перестроиться и образовать кристаллы другой разновидности — хрупкого неметаллического серого олова. Свойства этих двух видов олова значительно отличаются. Плотность белого олова 7,3 г/см3, а серого 5,8 г/см3. Температурный коэффициент объемного расширения у серого олова в 4 раза больше, чем у белого. Внутренние напряжения, которые возникают в местах контакта разных кристаллических решеток, приводят к тому, что материал трескается и рассыпается в порошок. Образующаяся при этом модификация уже теряет свойства металла и становится полупроводником.

Известно, что и белые, и серые кристаллы состоят из одних и тех же атомов олова. Однако основная причина различия — в расположении атомов в кристаллической решетке. От изменения размеров и форм атомных построек совершенно меняются свойства вещества [3].

Одна модификация переходит в другую тем скорее, чем ниже окружающая температура. При температуре минус 33°С скорость этого превращения достигает максимума. Если же обдать серое олово кипятком, то от сильного нагревания атомы снова перестроятся и олово перейдет обратно в белую разновидность.

Несмотря на то, что серое олово по структуре и типу связи между атомами является полупроводником, практического применения для кристаллов серого олова пока почти не найдено — их слишком трудно выращивать, они хрупки, а по электрическим свойствам они не лучше германия и кремния, промышленное производство которых полностью освоено [3].

В настоящее время разработаны методы борьбы с ростом интерметаллидов, появлением усов олова и оловянной чумы, благодаря которым можно избежать или уменьшить вероятность их появления.

Применение недостаточно толстых или прочных покрытий для сдерживания роста усов является спорным моментом. Покрытия, которые имеют микроотверстия, в общем и целом, бесполезны, так как они позволяют проникать внутрь влаге. Эта влага создает условия для потенциального роста дендритов, а также обеспечивает канал для образования усов. Усы олова очень устойчивы. Они будут расти под покрытием и, если оно не обладает достаточной прочностью, маленькие усики могут прорастать через него [1].

Кроме того, теоретически существенным источником сдавливающего напряжения в пленках олова может быть коррозия, и, как следствие, она может вызывать рост усов. Поэтому необходимо применять меры по предотвращению сильного окисления и конденсации влаги.

Главной рекомендацией iNEMI Tin Whisker User Group для подавления образования усов является использование никелевой прослойки между оловянным покрытием и основой из меди. Такие параметры, как толщина, пористость и упругость никелевого покрытия, являются очень важными для обеспечения эффективного барьерного слоя для меди [2]. При этом за счет создания такого слоя ограничивается диффузия меди и образование интерметаллидов олова. Также признано эффективным нанесение никеля на подложку из стали.

Рекомендуется избегать нанесения олова поверх латуни, так как такое сочетание металлов, как правило, приводит к образованию усов. Покрытие латуни оловом может быть использовано только тогда, когда нанесен диффузионный барьер из никеля. Минимальная толщина диффузионного барьера из никеля составляет 1,27 мкм [2].

Если на покрытие воздействует продолжительное механическое сдавливающее усилие, то риск роста усов олова значительно увеличивается. Необходимо провести тщательные испытания, чтобы определить, приведет ли рост усов к снижению надежности изделия.

Оловянная чума в электронной промышленности – явление достаточно редкое. Даже если применяются покрытия из совершенно чистого металлического олова, то после пайки оно растворяется в припойном сплаве, а при наличии примесей олово уже не подвержено оловянной чуме. Именно поэтому олово применяется для пайки и спаянные изделия не разваливаются. В покрытиях выводов компонентов, как правило, не применяется абсолютно чистое олово, к нему обязательно добавляются примеси, даже небольшое количество которых способно избавить от данной проблемы. Если добавить к олову немного, например, висмута, то можно предотвратить оловянную чуму. Атомы висмута в кристаллической решетке олова мешают перестройке, и белое олово остается металлом и не разрушается даже при низких температурах. Кроме того, средством против оловянной чумы стало легирование олова сурьмой, кобальтом и другими металлами. При этом установлено, что алюминий и цинк, наоборот, способствуют процессу образования чумы.

Несмотря на достигнутые успехи, все еще очевидно, что мы не полностью понимаем основы образования усов олова и процесс их роста. Количественных моделей, которые позволяли бы предсказывать и прогнозировать рост усов, не существует. Группа компаний iNEMI Tin Whisker User Group разработала основные методы и нормы, направленные на уменьшение сдавливающего напряжения в пленках олова и тем самым препятствующие образованию усов. Все эти рекомендации основаны на опытных данных. И если для предотвращения оловянной чумы на сегодняшний день имеются проверенные способы, то гарантировать полное отсутствие усов после процесса нанесения олова пока невозможно.

Источник