Свойства олова при пайке

Как использовать олово при пайке?

При пайке металлов применяются разнообразные материалы и припои, но олово наиболее удобный и доступный материал, не требующий применения мощного нагревательного инструмента. И по этому мы рассмотрим сегодня вопрос, как использовать олово при пайке ниже.

Что можно соединять пайкой оловом? Наиболее легко поддающиеся пайке материалы это: железо, сталь, латунь, бронза, медь. Так же оловом можно выполнять пайку серебра, цинка и свинца.

Какой применяется инструмент для пайки?

Чтобы выполнить пайку или лужение, олово необходимо нагреть до температуры плавления (порядка до 250 градусов), для этого используется разнообразный нагревательный инструмент:

• паяльники, металлический инструмент с разнообразными формами жала, разогреваемый с помощью внешнего источника нагрева, например, газовой или бензиновой горелки;
• электропаяльник, комплектуются сменными жалами различной формы и размера, в конструкция паяльника состоит из паяльного стержня, вокруг которого намотана, изолированная от корпуса, нагревательная спираль различной мощности;
• газовые горелки, переносной ручной инструмент, оснащенный заправочной емкостью для газа и сменными соплами для формирования пламени разной величины и формы.

Зачем нужен флюс?

Запаиваемые металлы, поверхности, проводники, как правило, покрыты оксидными пленками и имеют жировое загрязнение. Для их удаления и предотвращения появления применяют флюс. Наиболее часто флюс (паяльную кислоту) готовят на основе взаимодействия цинка с соляной кислотой. При пайке медных проводников такой флюс применять нельзя, так как он быстро разрушит тонкую проволоку. В этом случае используют спиртовой раствор канифоли или сосновой смолы. Если же необходимых ингредиентов не оказалось под рукой, то можно воспользоваться таблеткой аспирина, разведя её в 10-20 мл воды.

Как правильно выполнить пайку?

Что бы запаянное соединение было ровным и прочным необходимо следовать следующим рекомендациям:

• соединяемые поверхности или проводники зачистить;
• нанести флюс или расплавленную канифоль;
• залудить с помощью паяльника;
• соединить проводники(поверхности) и хорошо разогретым паяльником нанести припой/олово.

Причины неудач

Основные причины неудачной пайки заключаются в использовании неподходящего инструмента, неподходящих материалов и недостаточность понимания свойств олова. Если обрабатываемый материал поддается пайке, то причин неудач может быть всего две:

• недостаточный нагрев запаиваемых деталей, что говорит о неправильном выборе паяльника;
• применение не подходящих к условиям флюсов.

В случае объемности запаиваемых деталей, в процессе пайки, олово может начать быстро терять тепло и выходить из состояния текучести, что легко устранить за счет применения ручной газовой горелки.

Источник

Олово для паяльных и лудильных работ

Олово – один из древнейших металлов, используемых человеком. Как указывает химическая энциклопедия, этот металл был известен еще за 6000 лет до н.э. Содержание олова в коре земли составляет 8×10-3 %.

Основные природные минералы – оловянный камень и оловянный колчедан. Первый имеет название касситерит. Название второго вида руды – станнин – основано на названии самого химического элемента (станнум).

В связи с популярностью метода использования металла для пайки, необходимостью производить разнообразный оловянный припой, выделять чистый металл для лужения, разработка руд приобрела промышленные масштабы.

Особенности металла

В природе постоянно присутствует 10 стабильных изотопов олова. Это большое количество. У других химических элементов количество стабильных изотопов несравнимо меньше. У атомов железа, например, существует 4 изотопа.

Напомним, что изотопами называются разновидности атомов, имеющих различное количество нейтронов в ядре, следовательно, различную атомную массу. Свойства изотопов подобны, тем не менее, они имеют некоторые отличия.

Олово – мягкий металл со свето-серебристой окраской, обладающий пластичностью, ковкостью, свойствами удобными для пайки.

Он имеет несколько кристаллических модификаций (кубическую, тетрагональную и ромбическую):

1. Первая форма обозначается буквой α, называется серым оловом. Максимальная температура существования 14 ℃, свыше которой происходит процесс преобразования в следующую форму.
2. Вторая форма обозначается буквой β, называется белым оловом. Максимальная температура существования 173 ℃, свыше которой происходит процесс преобразования в последнюю форму.
3. Третья форма обозначается буквой γ, имеет температуру плавления почти 232 ℃.

При понижении температуры все преобразования медленно осуществляются в обратном порядке.

Применение для припоев

Олово в чистом виде теоретически могло бы использоваться при пайке благодаря хорошей смачивающей способности и электропроводности. Однако, при понижении температуры велика вероятность перехода одной формы металла в другую, хрупкую и нестойкую.

В результате пайка завершится образованием недолговечного соединения. Припои из чистого олова на практике не применяются.

Добавление других компонентов существенно увеличивает возможность получения долговечных швов.

Широкое распространение получили сплавы олова со свинцом, подходящие для пайки разных деталей. Многие из припоев имеют маркировку ПОС с указанием процентного содержания олова. Если в состав входит висмут, в буквосочетании появляется дополнительная буква В.

Известны именные составы для пайки, содержащие олово, свинец, висмут, иногда другие добавки в различных пропорциях. Примерами являются сплавы Вуда, Д, Арсе, Розе.

Группа оловянистых соединений со свинцом пригодна для лужения, пайки меди, медных и стальных сплавов. Все они имеют низкие температуры плавления, удобны для работы с обычным паяльником, всегда присутствуют в продаже.

Если вдруг пайку нужно проводить срочно, а припоя под руками нет, можно паяльником снять соединение со старых ненужных электроприборов. Масса эффективно послужит вам еще раз.

Смеси с содержанием кадмия, алюминия, цинка, висмута используют для пайки алюминиевых изделий, деталей из цветных сплавов. Образованию прочных швов способствует введение легирующих компонентов.

Свинцовые и бессвинцовые сплавы

Экологическая общественность с тревогой воспринимает информацию о разнообразии сфер применения припоев с токсичными металлами.

Проводится разъяснительная работа об опасности длительного контакта со свинцом, кадмием, висмутом при пайке. Разрабатываются и внедряются в практику альтернативные припойные сплавы, в которых удалось заменить вредные химические элементы безопасными.

Из бессвинцовых припоев большую область применения при пайке охватывают сплавы олова и меди. Эвтектическая смесь обеспечивает образование прочных швов на разных материалах, в соответствии со свойствами которых подбирается пропорция компонентов в расходном материале. Оловянно-медные припои имеют доступные цены, характеризуется экологической безопасностью.

Прекрасный результат дает пайка посредством оловянно-серебряных сплавов. Шов образуется прочный, термостойкий.

Материал не токсичен. Допустимо его применение даже при пайке систем подачи питьевой воды. Качества расходного материала позволяют использовать его в производственных нуждах, но желания лимитирует стоимость. Серебряный компонент заметно повышает цену.

Минимальное значение температуры плавления имеет сплав олова с галлием. Пайка с ним может проводиться при 20 ℃. Для таких работ привычное паяльное оборудование не потребуется.

Однако, галлий – дорогостоящий металл. Сфера его использования при пайке ограничивается целесообразностью повышенных финансовых затрат.

Иммерсионные покрытия

Пайка на печатных платах проводится после подготовки поверхности, которая может осуществляться разными способами.

Качественный результат обеспечивает иммерсия – нанесение тонкого слоя металла из раствора его солей.

Плату погружают в раствор, который должен содержать компонент с меньшей электроотрицательностью, чем основной материал.

Иммерсия – эффективный метод нанесения тончайшего слоя олова на поверхность платы, позволяющего благополучно в последующем проводить пайку.

Толщина покрытия не превышает 1 мкм. Метод имеет недостатки, которые заключаются в возможности образования интерметаллических включений и микроскопических нитевидных кристаллов.

Для того чтобы не ухудшить условия проведения последующей пайки предварительно проводят осаждение крупных кристаллов олова. Другим вариантом избежать неприятностей является нанесение тонкого слоя металлорганических веществ перед осаждением олова. Принятые меры позволяют успешно проводить пайку.

Иммерсионное покрытие образуется при размещении платы в растворе хлорида олова. Процесс можно простимулировать введением в водный раствор небольших количеств комплексообразователей, например, тиомочевины.

Пайку нужно проводить не позднее, чем через 2 недели после иммерсии. Иначе образовавшиеся интерметаллические соединения не позволят провести работу успешно.

Облегчить проведение пайки может добавка в раствор солей висмута. В результате иммерсионный слой будет содержать олово и висмут. Поверхность платы можно обработать консервирующим лаком.

Последующая пайка может проводиться непосредственно по лакированному слою. Если возникают особые обстоятельства, требующие очень ответственного проведения пайки, слой лака можно легко удалить спиртом.

Лужение

Известно, что многие металлы легко окисляются. Находясь на поверхности при контакте с воздухом в присутствии влаги, они превращаются в оксиды, затем гидроксиды, постепенно разрушаются.

Еще в давние времена научились защищать металлические изделия нанесением покрытий из стойких металлов. Для лужения олово и его сплавы в большинстве случаев применяли и используют по настоящее время.

Раньше лудили котлы, посуду для приготовления пищи. Сейчас для изготовления кухонной утвари применяют многие металлокерамические композиты, которые не ржавеют. Луженых котлов и кастрюль на рынке почти не бывает.

Постоянно покрывают слоем оловянных сплавов консервные банки. Иначе вместо консервов потребители смогли бы увидеть ржавую массу. Оловянные защитные покрытия применяют в радиоэлектронике. Пайка изделий на такой поверхности проходит без труда.

Существует несколько технологий лужения оловом. Покрытие можно формировать из расплава, раствора, мокрым способом или с применением гальванических ванн. При выборе метода ориентируются на размеры изделия, условия его эксплуатации, наличие производственных условий.

Источник

Особенности припоя для пайки

Время на чтение:

Со школьной скамьи всем известно, что олово с химическим символом «Sn», используют для пайки микросхем и других радиодеталей. Основное требование для этого сплава — невысокая температура плавления. Это вызвано тем, что во время процесса должен плавиться припой, а не соединяемая деталь. Чистое олово с Т плавления 232 °C вполне подходит для этих целей, но на практике чистое олово для пайки, фактически не применяется, из-за высокой стоимости, чаще используют сплавы со свинцом и другими металлами.

Характеристики

Олово незаменимо при производстве электронных устройств. Благодаря своим свойствам оно используется для сварки компонентов в радиотехники. Сплав под названием Eutectica, состоит из свинца (Pb), серебра (Ag), меди (Cu) и никеля (Ni). Благодаря этим присадкам олово плавится при разных температурах в зависимости от процентного содержания, каждого из них.

Олово для пайки

Олово мягкое и податливое, но очень устойчиво к коррозии и не образует ржавчину, имеет очень хорошую электропроводность и относительно низкую температуру плавления. Все эти характеристики делают его незаменимым для создания электронных устройств.

Процесс пайки протекает в мягкой сварке, которая состоит из объединения двух базовых элементов посредством вклада в основу третьего элемента с более низкой температурой плавления. Например, припаивая медную прокладку монтажной платы к ножке конденсатора, используют расплавленное олова, которое плавится при гораздо более низкой температуре, чем базовые элементы. В процессе нагрева, жидкое олово благодаря своим капиллярным свойствам притягивается к базовым компонентам, а затем охлаждается в режиме мягкой пайки.

Сплав Eutectica

Виды припоев и флюсов

В нашей стране большое распространение получила марка припоя ПОС — сплав олова Pb и свинца Sn. В зависимости от вида в него может быть добавлены кадмий, никель, медь, и другие металлы. В основном ПОС изготавливает в форме прутков, проволоки, шариков и пасты. Химсостав его строго регламентирован ГОСТ 21930-76. В России широко применяют такие виды припоя: ПОС18, ПОС30, ПОС50, ПОС90, которые относятся к мягким сплавам с Т плавления до 300 градусов.

Марки ПОС

ПОС-18

Припой регламентируется государственными стандартами, кроме Pb (0.8 %) и Sn (17-19 %), он имеет примеси многих металлов. Контролирующие органы строго следят за тем, чтобы производитель ограничивал присутствие ядовитого мышьяка в составе, уменьшающего текучесть жидкого сплава и повышающего хрупкость в условиях знакопеременных нагрузок.

Состав примесей ПОС-18 в процентах:

1. Плотность— 10.3гр/см2.
2. Показатель удельного сопротивления— 0. 200 мкОм•см.
3. Показатель твердости поБриннелю— 11 НВ.
4. Теплопроводность— 0.37ккал/см*С*град.
5. Т при которой припой будет расплавляться солидус/ ликвидус— 183/285 С.

• Широкая область сплава в жидком состоянии;
• пониженное содержание примесей, вызывающей хрупкость;
• коррозионная стойкость места пайки, что важно для деталей, находящихся во влажных средах.

• Особый припой, серийно не производится.
• Наличие вредных присадок в составе — Pb.

ПОС-18

ПОС-18 относится к универсальным сплавам и является заменителем бессурьмянистых сплавов, его используют:

• Для производства радиоаппаратуры;
• пайке печатных плат малой мощности;
• кузовной ремонт машин в виде лужения;
• соединения узлов из медно-цинковых сплавов;
• ремонт оборудования в системах отопления: котлы, радиаторы и другие нагревательные элементы.

Цена припоя ПОС-18 по состоянию на 01.09.2019 года от 710 руб/кг.

ПОС-30

Припой стандартизируется ГОСТами 21930.76 / 21931.76 и относится к мягким сплавам с Т плавления — 256.0 С. По свойствам он похож на марки с ПОС-40 и 50 и состоит из Pb и Sn в процентном соотношении 30:70, а также других элементов не более 1 %. Он отличается от чистого олова темным цветом и повышенной твердостью сплава.

Припой ПОС-30

Состав примесей в процентах:

• Sb — 0.1;
• Cu — 0.05;
• Bi0 — 0.2;
• S, As, Fe — по 0.02;
• Al, Zn — по 0.002.

1. Плотность — 9.72 гр/см2.
2. Показатель удельного сопротивления — 0. 185 мкОм•см.
3. Показатель твердости по Бриннелю — 12 НВ.
4. Теплопроводность — 0.37 ккал/см*С*град.
5. Т плавления солидус/ликвидус — 183/256 С.

• Высокая текучесть;
• низкая Т плавления;
• низкое сопротивление позволяет работать с мелкими деталями;
• высокая ударная вязкость равная чистому олову;
• высокая область применения, с возможностью замены дорогих материалов, например, для пайки цинка или пластин из латуни;
• возможность использования для ремонта бытовой техники.

Недостаток ПОС-30 — наличие вредных присадок в составе — Pb.

Цена ПОС-30 по состоянию на 01.09.2019 года от 766 руб/кг.

ПОС-50

Его выпускают по требованиям ГОСТ 21931.76, он отличается практическим равным соотношением свинца и олова.

Припой ПОС −50

Состав примесей ПОС-50 в процентах:

• Sb — 0.8;
• Cu — 0.1;
• Bi — 0.05;
• As — 0.05;
• S, Fe — по 0.02;
• Ni, Al, Zn — по 0.002.

1. Плотность — 8.87 гр/см2.
2. Показатель удельного сопротивления — 0. 158 мкОм•см.
3. Показатель твердости по Бриннелю — 14 НВ.
4. Теплопроводность — 0.48 ккал/см*С*град.
5. Т плавления солидус/ ликвидус — 183/209 С.

• Хорошая текучесть;
• хорошая тепло- и электропроводность;
• возможность применения во влажных средах;
• хорошая пластичность шва позволяет применять к изделиям с повышенными требованиями к герметичности, например, в измерительных приборах и маломощных схемах ПК.

• Неэффективный при пайке толстых изделий из-за нестабильности прогрева;
  наличие вредных присадок в составе — Pb;
• ускоренная кристаллизация расплава, не дает возможность использовать сплав в технологии ручной пайки.

Цена припоя ПОС-50 по состоянию на 01.09.2019 года от 1102.00 руб/кг.

ПОС-90

Припой отличается низкой теплопроводностью и высоким показателем твердости, что объясняется высоким содержанием олова 90, материал серебреного цвета, что дает эстетическую привлекательность полученным соединениям.

Припой ПОС — 90

Состав примесей ПОС-90 в процентах:

• Sb — 0.1;
• Cu — 0.05;
• Bi — 0.2;
• As — 0.01;
• S, Fe — по 0.02;
• Ni, Al, Zn — по 0.002.

1. Плотность — 7.6 гр/см2.
2. Показатель удельного сопротивления — 0. 120 мкОм•см.
3. Показатель твердости по Бриннелю — 15.4 НВ.
4. Теплопроводность — 0.13 ккал/см*С*град.
5. Т плавления солидус/ ликвидус — 183/220 С.

• Широкая область применения от бытового, медицинского до промышленного сектора;
• хорошая текучесть;
• высокий уровень смачиваемости в жидком состоянии;
• низкая Т температура плавленияя;
• хорошая электропроводность;
• хорошая герметичность, возможность использования в водной и газовой среде;
  хорошая пластичность шва позволяет применять к изделиям с повышенными
• требованиями к герметичности, например, в измерительных приборах и маломощных схемах ПК.

Недостатки ПОС-90 — наличие вредных присадок в составе (свинца).

Цена припоя ПОС-90 по состоянию на 01.09.2019 года от 1778.00 руб/кг.

Какая температура плавления

Олово, которое используют в электронике, обычно относится к типу эвтектики, это означает, что это сплав с более низкой температурой плавления для каждого из составляющих его элементов. Так, если имеется 60% оловянный сплав (Т плавления — 232 C) и свинцовый 40% (Т плавления — 327 C), то общая температура плавления сплава будет примерно 183 C .

Плавление олова

Наиболее распространенный припой, используемый в станах ЕС для электронных работ — 63/37 SnPb. Он представляет собой эвтектический сплав с температурой плавления — 183 C. Сплав 60Sn имеет рабочий диапазон 183-238. Существует более низкотемпературный сплав Sn43Pb43Bi14, имеющий температуры плавления 144-163.

Состав припоя

Свинец, содержащий в сплаве, постепенно вытесняется в соответствии с новыми директивами ЕС (RoHS и WEEE) и заменяется припоями, состоящими из сплавов олова и сурьмы. Уже сегодня в ЕС многие магазины его не продают. У нас пока все по-другому, вероятно, пройдет много лет, прежде чем свинцовый припой в нашей стране будет заменен навсегда.

Важно! Бессвинцовый сплав имеет более высокую температуру плавления, чем свинцовый и использует более агрессивные флюсы. Это означает, что паяльник должен быть изготовлен для бессвинцовой пайки, чтобы обеспечить правильную температуру около 230 C. Бессвинцовый припой, как правило, примерно на 20-50% дороже, чем свинцовый.

Как правильно выбрать

Выбор припоя зависит от вида работ и назначения готового изделия, а также от того в каких условиях продукт будет эксплуатироваться.
Критерии, на которые нужно обратить внимание перед тем, как выбрать припой для пайки:

1. Тип паяльника.
2. Размер провода. Диаметры варьируются от сантиметров или миллиметров, размер проволоки зависит от выполняемой работы.
3. Флюс очищает область пайки, облегчая протекание припоя и, следовательно, идеальное паяное соединение. Флюс изменяет поверхностное натяжение, так как увеличивает адгезионные свойства в паяном соединении.
4. Перед покупкой, нужно знать при какой температуре плавится олово для пайки.
   Состав. Дискуссия о том, какой припой использовать на печатных платах свинцовый или бессвинцовый, все еще продолжается. Несмотря на дебаты, вызванные проблемами окружающей среды и здоровья, многие электротехники используют свинцовый.

Обратите внимание! Срок годности и отраслевые рекомендации требуют его использования в течение трех лет с даты изготовления. Срок годности указан на изделии, с ним можно ознакомиться в магазине при покупке. Если использовать просроченную пасту на поверхности припоя может произойти окисление, что сделает соединение неэффективным.

Использование

Специалисты дают полезные советы, которые очень помогают начинающим радиолюбителям, чтобы правильно паять:

1. Выбирают припой с минимальным содержанием свинца.
2. Необходимо следить за чистотой жала паяльника, оно должно не иметь грязные наплавления.
3. Для очистки используют напильник или наждачную бумагу. Жало после очистки залуживают канифолью.
4. Не рекомендуется долго удерживать прибор в точке припоя, поскольку соединяемые детали способны получить высокотемпературное повреждение. Для снижения губительного воздействия Т на деталь, ее придерживают пинцетом, который выполнит роль теплоотвода.
5. Изделие, перед пайкой очищают, а контакты соприкосновения дополнительно залуживают, чтобы обеспечить отличное сцепление.

Технология пайки

Дополнительная информация. При пайке нужно выполнять меры безопасности. Всегда работать в защитных очках, чтобы защитить глаза от летящих капель горячего жидкого припоя. Кончик паяльника по конструкции очень горячий, превышающий 370 C. Нельзя допускать контакта наконечника с кожей, одеждой или другими предметами. При работе нужно использовать специальный держатель для паяльника.

Подводя итоги, можно сказать, что олово для пайки по-прежнему широко используется в отечественной электронной отрасли и быту. Товар широко представлен на российском и зарубежных рынках, в виде свинцового и бессвинцового припоев. В целях защиты окружающей и требований международных организаций потребление первого типа будет неуклонно сокращаться.

Источник