Олово и свинец в отдельности сравнительно редко применяют в качестве припоев.
Олово хотя и обладает высокой коррозионной стойкостью, однако паять им не всегда целесообразно, так как оно, так же как и свинец, имеет низкий предел ползучести, а при низких температурах чистое олово может претерпевать аллотропическое превращение, при котором, разрушаясь, переходит в серый порошок.
Наибольшее применение нашли припои, содержащие 30-50% Sn.
Оловянно-свинцовые припои применяют в различных отраслях промышленности при низкотемпературной пайке стали, никеля, меди и ее сплавов. Они обладают высокими технологическими свойствами, пластичны и при выполнении пайки не требуют дорогостоящего оборудования и сложных способов пайки.
Пайку оловянно-свинцовыми припоями производят обычно при нагреве паяльником. В зависимости от содержания в припоях олова изменяются свойства и температура плавления (рис. 18).
Минимальной температуры плавления (183,3°С) достигают при содержании в сплаве 61,9% Sn, этот припой имеет эвтектическую структуру, весьма пластичен, обладает высокими технологическими свойствами.
Взаимодействие хлорида олова с цинком
Рис. 18. Диаграмма состояния сплавов системы олово — свинец.
Введение в состав оловянно-свинцовых припоев сурьмы приводит к повышению предела ползучести, снижает склонность к старению и предотвращает аллотропические превращения олова, однако большое количество сурьмы ухудшает способность припоев смачивать поверхность паяемых металлов.
При содержании цинка и алюминия свыше 0,005% снижается растекаемость припоя, ухудшается его взаимодействие с паяемым металлом, появляется склонность к образованию трещин при затвердевании.
Наиболее распространены оловянно-свинцовые припои, их свойства и назначение приведены в табл. 53-56.
Оловянно-свинцовые припои, а также и паяные соединения, выполненные ими, при охлаждении до низких температур меняют свои механические свойства — охрупчиваются. Пластичность припоев уменьшается, одновременно возрастает их прочность.
Паяные соединения, выполненные оловянно-свинцовыми припоями, имеют низкую коррозионную стойкость в условиях тропиков, а также при наличии конденсата; стойкость припоя понижается с повышением количества свинца. Для работы в этих условиях соединения необходимо защищать лакокрасочными покрытиями.
Оловянные припои легируют цинком, серебром, кадмием, алюминием. Небольшие присадки цинка в олово снижают температуру плавления до 199°С при 7% Zn (рис. 19).
Рис. 19. Диаграмма состояния сплавов системы олово — цинк.
Припои на основе олова, содержащие серебро, сурьму, медь (ВПр6, ВПр9), обладают высокой коррозионной стойкостью и применяются для пайки медных, латунных электропроводов (электрооборудования), работающих во всех климатических условиях без защиты соединений лакокрасочными покрытиями (табл. 57).
Взаимодействие хлорида олова с цинком
Источник: www.prosvarky.ru
Олово, свинец, цинк и их сплавы
Олово — блестящий белый металл с низкой температурой плавления (23 ГС) и высокой пластичностью. Используется в составе припоев, медных и антифрикционных сплавов.
Свинец — металл голубовато-серого цвета, обладает низкой температурой плавления (327°С) и высокой пластичностью. Входит в состав медных, антифрикционных сплавов и припоев.
Цинк — серовато-белый металл с высокими литейными и антикоррозионными свойствами, температура плавления 419°С. Входит в состав медных сплавов и твердых припоев.
Припои — это металлы или сплавы, используемые при пайке в качестве связки между соединяемыми деталями. Припои имеют более низкую температуру плавления, чем соединяемые металлы. Незначительный нагрев соединяемых металлов является основным преимуществом пайки в сравнении со сваркой.
По температуре расплавления припои подразделяют на легкоплавкие (145. 450°С), среднеплавкие (450. 1100°С) и высокоплавкие (1 Ю0. 1850°С).
К легкоплавким относят оловянно-свинцовые (ПОС), оловянные, малосурьмянистые и сурьмянистые (ПОССу) и другие припои. Медно-цинковые (латуни) припои относят к среднеплавким (905. 985°С), а многокомпонентные на основе железа — к высокоплавким (1190. 1480°С).
Оловянно-свинцовые припои широко применяют во всех отраслях промышленности. Для снижения охрупчивания олова при низких температурах в состав припоев вводят сурьму. Оловянно-свинцовые припои имеют низкую коррозионную стойкость во влажной среде (табл. 12).
Оловянные припои имеют высокую прочность, пластичность и коррозионную стойкость (см. табл. 12).
Медно-цинковые припои (латуни) широко применяют для пайки большинства металлов (табл. 13). Для повышения прочности паяных соединений в медно-цинковые припои вводят олово, никель и марганец. Добавки олова понижают температуру плавления латуни, повышают коррозионную стойкость и улучшают жидкотекучесть припоя.
Легкоплавкие пастообразные припои состоят из трех частей: порошкообразного припоя, флюса и загустителя. Пасту состава припой ПорПОССу-ЗО-2 (70%), вазелин (20%), бензойная кислота (1,2%), аммоний хлористый (1,2%) и эмульгатор ОП-7 (0,6%) применяют для пайки стальных, медных и никелевых изделий.
Тугоплавкие порошкообразные припои применяют для пайки твердосплавных пластин при производстве режущего инструмента. Состав припоя: ферромарганец (40%), ферросилиций (10%), чугунная стружка (20%), медная стружка (5%), толченое стекло (15%), плавится при температуре 1190. 1300°С.
ОЛОВЯННО-СВИНЦОВЫЕ И ОЛОВЯННЫЕ ПРИПОИ
Основные компоненты,% (свинец — остальное)
Температура плавления,°С
Источник: studref.com
Бессвинцовые припои
Ликвидируем безграмотность в таком вопросе, как бессвинцовые припои.
Припои, в составе которых присутствует свинец, называют свинцовыми или свинцовосодержащими.
Стоит отметить тот факт, что соединения свинца вредны для здоровья. В том числе и по этому, в последнее время всё активнее применяются не содержащие свинец припои.
Наверняка Вы уже наблюдали вот такой логотип на корпусе своего ноутбука или другого электронного устройства (см. фото). Он обозначает, что устройство собрано с применением бессвинцовой технологии.
Эмблема RoHS на корпусе нетбука
Не считайте, что применение бессвинцовых технологий чем-то улучшает потребительские качества электроники. Возможно это и так. Японцы, например, давно занимаются разработкой и внедрением бессвинцовых технологий в производство и, естественно, добились в этом успехов.
Но для тех производителей, которые впервые столкнулись с ограничениями на применение свинца, возникает вопрос переоснащения производства и, как следствие, это удорожает электронную продукцию.
Стоит отметить тот факт, что бессвинцовая технология пайки требует применения соответствующих радиоэлектронных компонентов, адаптированных для пайки припоями без свинца. По сравнению с обычными свинцовыми припоями, они имеют пониженные характеристики по смачиваемости и текучести, требуют соблюдения дополнительных технологических мер при пайке, так как возникает необходимость в выдержке узкой границы термопрофиля.
Известно, что оптимальной температурой при пайке свинец-содержащими припоями считается температура 180 – 230°C. Температура плавления большинства бессвинцовых припоев лежит в интервале 200 – 250°C. Есть и такие, температура плавления которых ниже 180°C.
Припои, не содержащие свинца, дороже обычного свинцово-оловянного. Также вызывает много споров качество пайки бессвинцовыми припоями.
Итак, перейдём ближе к теории.
Для замены свинца в припое применяются такие металлы, как медь (Cu), серебро (Ag), висмут (Bi), индий (In), цинк (Zn) и даже золото (Au).
В изготовлении электроники хорошо зарекомендовал себя трёхкомпонентный сплав олова, серебра и меди (SnAgCu). Процентное соотношение металлов в сплаве может быть разным – до сих пор нет строгого мнения по этому вопросу. Несмотря на это, большую часть в сплаве занимает олово (95-97%). Температура расплавления данного сплава составляет 217-221°C. Чтобы он был пригоден для пайки волной, в него вводят небольшой процент сурьмы (0,5%).
Сплав SnAgCu с добавлением сурьмы (Sb) применяется в изготовлении особо ответственных узлов в оборонной технике и автономных устройствах.
| Сплав | Температура плавления, °C |
| Sn96,5/Ag3/Cu0,5 | 221 |
| Sn95,5/Ag3,8/Cu0,7 | 217 |
| Sn96,7/Ag2/Cu0,8/Sb0,5 | 216 — 222 |
Хорошими качествами обладают припои, в которых роль свинца выполняет серебро (SnAg).
| Сплав | Температура плавления, °C |
| Sn96,5/Ag3,5 | 221 |
| Sn98/Ag2 | 221 — 226 |
Наличие в сплаве серебра улучшает механические свойства пайки. Тестами доказано, что припои, содержащие серебро, делают пайку более прочной, чем аналогичные свинцовосодержащие. Кроме того, серебро обладает хорошей проводимостью. Нередко такие сплавы применяются в профессиональной промышленной электронике и системах связи, где механическая надёжность и качество соединения очень важно.
Используется в плавких предохранителях, а также при ступенчатой пайке и монтаже деталей и компонентов, чувствительных к высокой температуре.
| Сплав | Температура плавления, °C |
| Sn93,5/Ag3,5/Bi3 | 206 — 213 |
| Sn90,5/Ag2/Bi7,5 | 207 — 212 |
| Sn89/Bi3/Zn8 | 189 — 199 |
| Sn70/Bi20/In10 | 143 — 193 |
| Bi67/In33 | 107 — 112 |
Высокотемпературные припои на основе сурьмы (Sb) и золота (Au).
| Сплав | Температура плавления, °C |
| Sn95/Sb5 | 232 — 240 |
| Sn20/Au80 (Золотой припой) | 280 |
Наиболее удачным для замены оловянно-свинцового припоя Sn63Pb37 является близкий по свойствам сплав Sn95,5Ag3,8Cu0,7. Он применяется для пайки оплавлением при поверхностном монтаже элементов.
Двухкомпонентный припой Sn99,3Cu0,7 имеет низкую прочность пайки и довольно высокую температуру расплавления в 227°C. По сравнению с оловянно-медными припоями лучшими качествами, как по смачиваемости, так и по прочности, обладают серебросодержащие. Так припой Sn96,5Ag3,5 успешно применяется при сборке специальной аппаратуры. Тесты показали, что он имеет более высокие показатели надёжности по сравнению с аналогичными свинцовыми припоями.
Как видим, есть припои, в которых свинец отсутствует вовсе, и его нет даже в небольшом процентном отношении. Но так ли плох свинец на самом деле?
Свинец, как в виде сплава, так и в чистом виде известен человечеству давно. Использовался для изготовления даже водопровода в Древнем Риме! Да, именно так, хотя его химические соединения опасны для здоровья, он имеет свойство накапливаться в организме.
Свинец довольно дёшев и обладает свойствами, которые придают припою необходимые характеристики. В связи с этим, с помощью свинца и заменяют олово в припое. Свинец устойчив к действию серной кислоты, применяется для опрессовки кабеля. Без свинца не могло бы быть такого важного направления как ядерная энергетика.
Чистым оловом также можно производить пайку, но оно довольно дорого, обладает высокой температурой плавления (231,9°C) и таким нежелательным, но удивительным свойством, как «оловянная чума».
Самое забавное, что принимаются попытки замены свинца на другие компоненты в таких сферах как производство оружия. Ни для кого не секрет, что пули изготавливают, в том числе, и из свинца.
Так что, возможно, в скором времени можно будет сказать, что для уничтожения себе подобных используются боеприпасы безопасные для экологии и здоровья .
Источник: go-radio.ru