Припой что это такое

Припои для пайки разных марок: состав и свойства, назначение и применение

Пайка – способ получения неразъемных герметичных соединений, широко применяемый в различных сферах промышленности и в быту. Он незаменим при монтаже радиодеталей и починке электроники, бытовой техники, различного оборудования. Припой – один из необходимых атрибутов пайки. Обсудим, что это такое, какие его разновидности существуют, и от чего зависит выбор марки материала.

Припой и флюс: что это такое и для чего они нужны?

Припой – легкосплавный или твердосплавный металл или сплав на основе олова, меди, свинца, цинка, никеля, кадмия, сурьмы и других составляющих, благодаря которым состав приобретает те или иные свойства. В процессе нагревания он переходит в жидкую форму. Припоем смазывают поверхности элементов, затем их соединяют между собой.

Он смешивается с основным материалом и после остывания твердеет, образуя прочное соединение. Температура плавления у припоя ниже, чем у материала соединяемых деталей, поэтому при его нагревании они не плавятся. Сплавы для пайки выпускают в виде проволоки, порошков, трубок, прутков, лент.

Важное условие получения прочного шва – качественная обработка соединяемых поверхностей. На них не должно быть жиров и оксидов металлов. Флюс – смесь жирных и органических кислот, масел и парафинов, которая удаляет загрязнения и обеспечивает надежную адгезию припоя к материалам детали. Он также препятствует образованию окислов непосредственно во время пайки, способствует равномерному распределению припоя, уменьшая поверхностное натяжение при его нанесении. Также флюс защищает соединяемые поверхности от воздействия окружающей среды.

Разновидности и марки припоев, их состав, назначение и применение

Существует множество разновидностей припоя, имеющих различный состав, характеристики и назначение. В соответствии с основной классификацией они подразделяются на тугоплавкие или твердые, и легкоплавкие или мягкие. Основное их различие заключается в температуре плавления, чем и обусловлена разница в сферах применения.

Тугоплавкие припои

Тугоплавкие припои, которые плавятся при 450–500°С, позволяют получать очень твердое соединение. Они представляют собой сплавы на основе меди, цинка, серебра, латуни, золота, алюминия, магния и никеля. Твердые припои используются, когда производится пайка материалов с высокой температурой плавления.

Из меди и цинка (ПМЦ-42, ПМЦ-53 и др.)

Такой припой используется для соединения медьсодержащих сплавов методом высокотемпературной пайки. Он высокопластичен и прочен, устойчив к коррозии, обладает высокой тепло- и электропроводностью. Температура плавления прямо пропорциональна содержанию в нем цинка. Самые распространенные типы такого припоя: ПМЦ-36, ПМЦ-42, ПМЦ-48, ПМЦ-54. Их сравнительные характеристики даны в таблице:

Из серебра (ПСр-70, ПСр-45, ПСр-25 и др.)

Чем больше число в маркировке, тем более прочным получится соединение. От него зависит и цена: высококонцентрированный припой обойдется недешево. В качестве дополнительных составляющих применяют никель, медь, цинк, свинец, олово. Для большинства таких сплавов характерна высокая прочность, вязкость и текучесть, стойкость к коррозии и окислению.

Припои с небольшим содержанием серебра (ПСр-1–25) применяются для лужения и пайки различных металлических деталей. ПСр30–45 позволяет получить более прочное соединение элементов из меди и ее сплавов, никеля, ковара, бронзы. Высококонцентрированные ПСр-70 и ПСр-72 имеют повышенную проводимость, прочность на разрыв и изгиб. Они подходят для пайки лезвий ленточных пил.

Из латуни (ЛОК-59-1-03, ЛОК 62-06-04)

Латунный припой позволяет получить высокопрочное, не боящееся перепадов температур, влажности и органических кислот соединение, однако работа с ним требует профессионализма и применения специальных инструментов, поэтому в домашних условиях им не пользуются. Он широко применяется при пайке латуни, нержавейки, стали, меди, никеля и других твердоплавких металлов на различных производствах. Для него характерна высокая температура плавления (900°C) и текучесть.

Наиболее востребованы латунные припои ЛОК 59-1-03 и ЛОК 62-06-04. Первый содержит 58–60% меди, около 1% олова и 0,2–0,4% кремния, остальное – цинк. Он применяется для газовой сварки латуни, пайки твердосплавных пластин, паяного режущего инструмента, наплавки углеродистых сталей. Разновидность ЛОК 62-06-04 (цифры также соответствуют проценту содержания меди, олова и кремния) широко используется в различных отраслях промышленности. Она незаменима при проведении сварочных работ, производстве трансформаторов, для изготовления латунной сетки.

Легкоплавкие припои из олова и свинца: ПОС-61 и другие

По сравнению с тугоплавкими припоями механическая прочность легкоплавких невысока. Несмотря на это, они часто используются при электро- и радиомонтажных работах. Они плавятся уже при температуре в 183–280°С. Мягкие припои производятся на основе олова и свинца в различных пропорциях с добавлением кадмия, висмута, сурьмы, цинка, таллия и других металлов.

Припои оловянно-свинцовые (наиболее распространенные) имеют марку ПОС, если в составе присутствует также сурьма (она повышает прочность) – ПОССу. Бывают также оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК), оловянно-цинковые (ОЦ) и бессвинцовые припои. Самые распространенные марки:

Как самостоятельно определить или расшифровать марку припоя?

В большинстве случаев расшифровать марку припоя несложно. Буква П обозначает слово «припой», другие – входящие в него компоненты (Ср –серебро, К – кадмий, М – медь, А — алюминий, Кр – кремний и т. д.). Если в материале присутствуют драгоценные и редкие металлы, маркировка начинается с них, даже если их доля составляет всего 1%. Далее следует цифра, соответствующая процентному содержанию компонента. Например, ПМЦ-36 содержит 36% меди, ПОС-61 – 61% олова.

В обозначении многокомпонентных сплавов при маркировке часто используется следующая схема: сначала идут буквы, обозначающие компоненты, затем – цифры, соответствующие их процентному содержанию (расшифровка марки МНМц 68-4-2: 63–68% меди, 4–5% никеля и 1,5–2,5% марганца). Бессвинцовые сплавы, набирающие популярность благодаря отсутствию токсичного элемента, маркируются по наименованию компонентов на латыни с указанием их содержания после соответствующих букв: Sn95,5Ag3,8Cu0,7 (трехкомпонентный олово-серебряно-медный сплав).

Определить примерный состав можно и по внешнему виду. Материалы с высоким содержанием цинка, олова или серебра окрашены в светло-серебристый цвет, свинца – в тусклый серый. Латунный, золотой и фосфорный припои желтые, медный имеет красный подтон. Если он обладает металлическим блеском, в нем много олова. Тугоплавкие припои на вид матовые.

Как выбрать нужный припой и флюс?

При выборе сплава для пайки руководствуются его температурой плавления, видом соединяемых материалов, размером деталей, требуемыми характеристиками (прочностью, коррозионной стойкостью и т. д.), методом соединения и его сложностью. При пайке алюминия используют сплавы на основе серебра, олова, цинка, меди и кремния (ЦОП-40, ПОС, 34А, АВИА-1, АВИА-2, ВПТ-4, 34-А, П250А, П300Б и т. д.).

Для пайки медных деталей берут как мягкие, так и твердые припои. Для починки радиодеталей больше подойдут первые, для пайки жил, фитинга на трубах могут применяться как легкосплавные (1S и Rosol 3), так и твердосплавные (Rolot 2). Серебряные сплавы отличаются высоким качеством и используются для получения соединений при работе с медью, латунью или серебром. Они применяются тогда, когда через шов должно проходить электричество.

Не менее важен и правильный выбор флюса. Самый доступный вариант – канифоль. Она лучше всего подходит для пайки в быту. Ее используют при ремонте радиодеталей, плат, соединении небольших медных, латунных, железных, никелевых деталей. Для пайки этих и более крупных элементов подойдет также глицерин-гидразиновый флюс, канифоль-гель «Актив» и ЛТИ-120. Последний активно используется при пайке проводов.

При работе с алюминием крайне важна качественная обработка поверхности флюсом – на ней быстро образуется оксидная пленка, которая препятствует адгезии. Для этого металла используют самые активные вещества – паяльную и ортофосфорную кислоту, Ф-64. Они же, вызывая сильную химическую реакцию, являются и самыми токсичными.

Источник

Припой

Припой — металл или сплав, применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы. Применяют сплавы на основе олова, свинца, кадмия, меди, никеля и др.

Пайку осуществляют или с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва, или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке места соединения и припой нагревают. Так как припой имеет температуру плавления значительно ниже, чем соединяемый металл (или металлы), то он плавится, в то время как основной металл 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, требуемой механической прочности спая, его коррозионной устойчивости и стоимости. При пайке токоведущих частей необходимо учитывать удельную проводимость припоя.

Классификация припоев

Припои принято делить на две группы — мягкие и твёрдые. К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 °C, к твёрдым — выше 300 °C. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16—100 МПа, а твёрдые — 100—500МПа.

Мягкими припоями являются оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 (ПОС-10) до 90% (ПОС-90), остальное свинец. Проводимость этих припоев составляет 9—15% чистой меди. Большое количество оловянно-свинцовых припоев содержит небольшой процент сурьмы (такие припои обозначаются ПОССу).

Температура плавления ПОС:

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

Температуры плавления ПСр и ПМЦ:

Появление гибридной технологии для создания электронных плат обусловило появление нового типа припоев: так называемых паяльных паст, пригодных как для обычной, так и трафаретной пайки элементов гибридных схем. Паяльные пасты представляют собою сложную дисперсию, в которой дисперсной фазой являются микро- и наноразмерные частицы припоя и, возможно, твёрдых компонентов флюса, а дисперсной средой являются жидкие компоненты флюса и летучие растворители.

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.

Источник

Припои для пайки. Виды и свойства. Состав и флюсы. Плавление

Общее разделение

Припои разделяются на две группы. Это мягкие и твердые.

Мягкие имеют температуру плавления до 300 °C. Такими припоями паяют радиодетали, и к ним можно отнести оловянно свинцовые и бессвинцовые материалы. Основной рабочий инструмент с такими материалами это паяльники до 50 Вт и паяльные фены.

Твердые плавятся свыше 300 °C. Это прочные материалы с высоким пределом прочности по сравнению с мягкими.

К ним относятся медно-цинковые и серебряные. С такими припоями можно работать только с мощными паяльниками, паяльными лампами или горелками.

В данной статье будут подробно описаны мягкие припои, которые используются для радиодеталей и ремонта техники.

Видео

В продаже распространён припой с канифолью в виде полой проволоки, свитой кольцами. Аналогичного состава флюс производится из хвойных деревьев, такая субстанция приходит в мягкое состояние при нагревании до 50 °С, а при 250 °C — начинает кипеть с частичным испарением. Канифоль нужно обязательно удалять после окончания работ, иначе произойдёт окисление, а субстанция, впитывая влагу из воздуха, начнёт препятствовать исправной работе приборов.

Популярные составы

Существуют три основных категории:

[stextbox жидкие флюсы надо в герметически закрывающихся ёмкостях, для исключения испарения.[/stextbox]

Пастообразные

Большое распространение получила паста Тиноль, которая применяется для пайки разных изделий в труднодоступных местах. Наносится лопаткой, с последующим активным нагреванием паяльником или другим, более мощным электрическим инструментом. Часто используется неопытными исполнителями, у которых нет навыков в работе с оловом и канифолью.

Классификация

Все критерии классификации припоев представляют собой довольно обширную сферу, которая под силу, пожалуй, лишь узкопрофильным специалистам. Поэтому для упрощения подборки конкретные марки ее изготавливают для конкретных целей – паять алюминий, ювелирные изделия, медную проволоку, радиокомпоненты и т.д. Главное, на что вам следует обратить внимание – это температурный параметр. Так как, к примеру, пайку микросхемы нельзя выполнять той же маркой ПОС, что и соединение жил кабеля, так как чувствительный компонент может сгореть и выйти со строя.

Припои для пайки классифицируются по следующим критериям:

При выборе оловянно-свинцового припоя наиболее важным критерием является последний, поэтому на нем мы и остановимся более детально.

Легкоплавкие (мягкие).

Тугоплавкие (твердые).

Твердые припои обладают значительно большей механической прочностью, но их температура плавления составляет более 400°С, что является неприемлемым для большинства радиодеталей, так как они могут пострадать даже от касания разогретым жалом паяльника. Двумя наиболее крупными группами в этой категории являются медные и серебряные составы. Медные сплавы, как правило, соединяются с цинком, но они слишком хрупкие, поэтому подходят для твердых сплавов, испытывающих только статическую нагрузку. Серебряные припои являются универсальными и могут использоваться для пайки любых точек соединения, однако стоимость этих марок также довольно высокая.

Паяльные пасты.

Паяльные пасты также представляют собой компонент для пайки радиодеталей, но применяются они для мелких элементов из легкоплавкого металла. Состав пасты содержит измельченные кусочки припоя в растворе жидкого флюса. Их используют в тех платах или устройствах, где воздействие высокой температуры может нанести вред оборудованию. Пасты, как правило, паяются феном без электрического паяльника, или могут просто наноситься в качестве проводящего клеевого состава.

Нанесение смеси для пайки в точку крепления выводов наносится порционно и может выполняться при помощи специального трафарета, шприца или каплеструйным картриджем.

Рис 3. Нанесение паяльной пасты принтером, шприцом, трафаретом

Однако применение пасты для пайки обуславливает целый ряд требований, которые должны соблюдаться:

Крайне негативно на функциональных характеристиках такого припоя сказывается помещение в среду с высокой или низкой температурой, а также воздействие влаги.

Бессвинцовые припои.

Изначально, причиной создания припоя без содержания свинца была потребность исключить вредное влияние на окружающую среду и человеческий организм. Такие припои массово используются для пайки алюминия или стали в пищевой промышленности, для труб подачи питьевой воды, лабораторного оборудования и инструментов.

Всего выделяют три наиболее распространенные группы бессвинцовых припоев:

Основные свойства

Смачиваемость пайки

Такой термин означает сцепление молекул жидкого расплава с твёрдой поверхностью, от степени которой зависит текучесть пайки. Для хорошей пайки жидкий припой качественно смачивает поверхность, где происходит пайка, а граница его образует острый угол.

Высохший флюс удаляется только при помощи механической зачистки, потому что появился дополнительный сплав. Если капля расплавленного вещества образует тупой угол с поверхностью, то это указывает на неудовлетворительное качество смачивания, которому противодействуют загрязнения, жировые пятна или оксидная плёнка металла.

Варианты смачиваемости поверхности пайки расплавленным флюсом.

Температура плавления

Основной критерий выбора качественных сплавов заключается в том, что они должны приходить в жидкое состояние раньше, чем соединяемые структуры, при этом температура плавления припоя существенно отличается от аналогичного показателя другого вида, например, имеющего в составе примеси свинца.

Наличие разных примесей влияет на способность плавиться при одинаковой температуре, например, ПОС-40 расплавляется при достижении 238 С, но встречаются тугоплавкие припои и для их плавления применяются специальные приспособления.

Мягкие припои

Для пайки печатных плат, проводов и других работ нужна невысокая температура. Многие радиодетали просто не переносят высоких температур, от перегрева выходят из строя. Не переносит нагрева и изоляция проводов. Поэтому припой для пайки этой категории выбирают из мягких и легкоплавких. Причем, желательно чтобы плавился припой при 200°C или чуть ниже.

Внешне отличить припои для пайка с большим содержанием свинца можно по серому цвету

ПОС: виды. типы, применение

Наиболее распространенный мягкий припой для пайки — ПОС (Припой Оловянно-Свинцовый). Состоит он из олова и свинца в разных пропорциях. Процентный состав отображается в названии — после ПОС идет цифра, в которой указывается процент олова. Например, в ПОС 40 содержится 40% олова. В ПОС 61 — 61%, в ПОС 90 — 90% и т.д.

Килограммовая бухта ПОС 40 — для солидных объемов работ. Выпускается по ГОСТу 21931-76

Для улучшения/изменения характеристик в состав могут вводиться в небольшом количестве добавки. Тип добавки и ее процентное содержание прописывается в конце маркировки припоя. Например, дописка к ПОС 61 Sn61Pb37Ag2 обозначает, что припой состоит из следующих компонентов:

Этот припой для пайки хорошо растекается и дает почти зеркальный блеск. Но серебро — недешевая добавка, что и отразится на цене.

ПОС и ПОССу: технические характеристики

Есть одна популярная разновидность ПОС — ПОССу. А обозначает оно «припой оловянно-свинцовый с добавкой сурьмы» (две последние буквы «Су» и обозначают наличие этой добавки в составе). Сурьма повышает прочность пайки, так что такие составы применяют там, где требуется повышенная прочность соединений.

Пару слов насчет характеристик, отраженных в таблице. Температура плавления дана двумя цифрами — солидус и ликвидус. Первая — это начало плавления. При нагреве до этой степени переходят в жидкое состояние самые легкоплавкие компоненты состава. Ликвидус — это температура полного плавления. Именно она нужна при пайке — жало должно быть чуть «горячее». Например, чтобы паять ПОС 61, паяльник надо разогреть до 190°C или около того. Точный нагрев паяльника подбирается экспериментальным путем, так как флюсы, детали, потери тепла отличаются. Но общий принцип одинаков: чуть выше чем точка плавления.

Как отличить, каким припоем выполнена пайка? По степени блеска контактной площадки. Чем больше олова в составе, тем более блестящей получается поверхность. Свинец придает тусклый серый цвет. И это видно невооруженным глазом.

В этой таблице собраны припои на основе олова, которые можно встретить в магазинах. Как видим, самый легкоплавкий — ПОСК 50-18 — плавится при 145°C. Самый прочный и жесткий — ПОССу 4-6, самый «тягучий» — ПОССу 50-0,5, чуть менее растяжимый ПОС 40.

Легкоплавкие припои

Некоторые компоненты нагревать до температуры выше 100°C противопоказано. Другие едва переносят нагрев до 80°C, есть и еще более «нежные». Для таких применяют особо легкоплавкие виды припоев. Это сплав Розе (плавится при 94°C), Вуда (60,5°C), Д’арсенваля (79°) и некоторые другие.

Самая высокая температура плавления из этой группы у ПОСК 50-18. Он содержит много кадмия (буква К в маркировке именно об этом и говорит), что делает его токсичным. Его можно использовать только при хорошей вытяжке. Чуть меньше нагревается ПОСВ-33. Это олово, свинец и висмут в равных долях. Температура плавления — 130°C. Оба этих состава применяют для лужения дорожек печатных плат, пайки чувствительных к перегреву компонентов.

Для монтажа/демонтажа SMD-компонентов применяют припой Вуда и Розе. Они плавятся при температуре ниже 95°C. Применяют их и для лужения дорожек, но стоимость этих составов высока.

Как использовать?

Флюс и припой — это два разных по назначению материала. Припои нужны для заполнения стыка между двумя деталями. А флюсы нужны для улучшения качества швов и защиты от их окисления. Поэтому и технология применения будет разной.

Чтобы использовать припой, его нужно предварительно нагреть. Если вы занимаетесь пайкой мелких деталей, то приложите припой к месту пайки и прикоснитесь к проволоке с помощью паяльника. Припой расплавится и заполнит стык. При сварке вместо паяльника используйте газовую горелку.

Что касается припоев с флюсом внутри, то здесь все просто. Нагревайте флюс с припоем так же, как и при использовании обычного металлического припоя. С помощью паяльника или горелки. Припой будет плавиться, выделяя пары флюса.

Чтобы использовать флюсы, нужно знать, какой они консистенции. Жидкие флюсы наносят на место пайки с помощью кисточки, пастообразные тоже (или пальцами), сухие флюсы подаются на место сварки с помощью специального аппарата.

Источник