Пайка.Основные сведения

Точмаш 23 · 20 декабря, 2022

Пайка — это процесс получения соединений с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры плавления, смачивания их припоем, затекания в зазор и последующей его кристаллизации (ГОСТ 17325—79).

Припой — это металл или сплав, вводимый в зазор между соединяемыми деталями или образующийся в процессе пайки, имеющий более низкую температуру плавления, чем паяемые материалы.

Флюс — это активное химическое вещество, предназначенное для удаления окисной пленки с паяемого металла и припоя и защиты их от окисления в процессе пайки с целью снижения поверхностного натяжения и улучшения растекания жидкого припоя.

Паяемость — это свойство материалов образовывать соединение при заданном режиме пайки.

Режим пайки — это совокупность параметров и условий, при которых осуществляется пайка. Параметрами пайки являются температура, время выдержки, скорость нагрева и охлаждение.

Условия пайки — это способ нагрева, среда, припой и т. д.

Согласно современным представлениям процесс образования паяных соединений протекает в две стадии: возникновение и развитие физического контакта и образование химической связи между атомами контактирующих поверхностей вследствие квантомеханического взаимодействия их электронных оболочек.

При пайке возникновение физического контакта и возбуждение химической связи между атомами на поверхностях достигается на стадии смачивания жидким припоем поверхности паяемого металла. Прочность соединения зависит от типа действующих на контактной поверхности межатомных сил. При слабом взаимодействии, например при физической адсорбции, смачивание приводит к получению относительно малопрочных соединений. Если твердый и жидкий металлы способны к химическому взаимодействию, то смачивание обеспечивает образование прочной связи.

Количественным критерием смачивания служит краевой угол смачивания 0, который находят из условия равновесия векторов сил поверхностного натяжения капли жидкости на твердой поверхности (рис. 23.1).

http://www.autowelding.ru/img5/paykaosn.jpg

УГОЛ СМАЧИВАНИЯ.

Рис. 23.1. Схема процесса смачивания при пайке

σ_1.3 = σ_2.3 + σ_1.2cos θ, где σ_1.3 — поверхностное натяжение между твердым телом и газовой средой; σ_2.3 — поверхностное натяжение жидкости на границе раздела с твердым телом; σ_1.2 — поверхностное натяжение жидкости на границе с газовой средой. Отсюда следует, что
cos θ = (σ_1.3 — σ_2.3)/σ_1.2.

При θ=180° смачивание отсутствует. При θ=0° наблюдается полное смачивание. Если 0°<θ<180°, имеет место частичное смачивание. Смачиваемость и растекаемость припоя при пайке оценивают по краевому углу смачивания, площади растекания, времени до начала смачивания и силе втягивания образца при смачивании (ГОСТ 23904—79).http://www.autowelding.ru/

VI.5. Смачивание поверхности твердого материала каплей воды.

Диффузия в металлах и сплавах. Диффузия – перенос разнородных атомов, который сопровождается изменением концентрации компонентов в отдельных зонах сплава. Самодиффузии – переход атомов металла из узла кристаллической решётки в соседний или межузлие под действием теплового возбуждения. Механизмы диффузии (самодиффузии)

АДГЕЗИЯ: (от лат. adhaesio — прилипание), возникновение связи между поверхностными слоями двух разнородных (твёрдых или жидких) тел (фаз), приведённых в соприкосновение. Является результатом межмолекулярного взаимодействия, ионной или металлич. связей

ФЛЮСЫ

3.3. Классификация флюсов

Паяльные флюсы — вещества и соединения, применяемые для предотвращения образования оксидной пленки на поверхности припоя и паяемого материала, а также удаления продуктов окисления из зоны пайки. Температура плавления флюсов ниже, чем температура плавления припоя. Флюсы применяют в твердом, пастообразном и порошкообразном состоянии, а также в виде водных, спиртовых или глицериновых растворов.

Флюсы, применяемые при пайке, классифицируются по: температурному интервалу активности; природе растворителя; природе активатора определяющего действия; механизму действия; агрегатному состоянию. В зависимости от температурного интервала активности паяльные флюсы подразделяются на: низкотемпературные (≤ 450 °С); высокотемпературные (> 450 °С).

По природе растворителя паяльные флюсы подразделяются на: водные; неводные.

По природе активаторов определяющего действия низкотемпературные паяльные флюсы подразделяются на: канифольные; кислотные; галогенидные; гидразиновые; фторборатные; анилиновые; стеариновые.

По природе активаторов определяющего действия высокотемпературные паяльные флюсы подразделяются на: галогенидные; фторборатные; боридно-углекислые.

Если флюс содержит несколько активаторов, необходимо называть все активаторы. Например, канифольно-галогенидный, фторборатногалогенидный флюс.

По механизму действия паяльные флюсы подразделяются на: защитные; химического действия; электрохимического действия; реактивные. По агрегатному состоянию паяльные флюсы подразделяют на: твердые; жидкие; пастообразные.

3.1. Классификация припоев и система их обозначений

Разновидности и применение припоев:

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 других металлов

Для пайки соединений проводниковых материалов в зависимости от предельно допустимых рабочих температур и требуемой прочности паяного шва применяются мягкие и твердые припои.

К мягким относятся припои с температурой плавления до 400 °С, а к твердым — свыше 500 °С. Припои с температурами выше температуры плавления чистого олова в интервале до 400 °С называются полутвердыми.

Мягкие и полутвердые припои имеют предел прочности при растяжении до 15–100 МПа и применяются для пайки токоведущих частей, не являющихся одновременно несущими конструкциями машин или аппаратов.

Пайка мягкими и полутвердыми припоями осуществляется паяльником или погружением деталей в расплавленный припой, соединяемые поверхности при этом предварительно облуживаются, как правило, припоем той же марки и покрываются обычно канифолью (флюсом).

Оловянно-свинцовые припои выпускаются в виде слитков, прутков, проволоки, ленты и трубок, заполненных канифолью.

Твердые припои имеют предел прочности при растяжении 100– 500 МПа и применяются в качестве припоев первой категории прочности при пайке токоведущих частей, быстроходных, допускающих высокий нагрев электрических машин и деталей, воспринимающих основную механическую нагрузку.

Система обозначения припоев

Обозначение марки припоя обычно начинается с буквы «П» — припой. Числа в марке припоя показывают содержание компонентов (буквы после буквы «П») в процентах (округленно). Буква или буквосочетание в конце обозначения марки припоя означает, что данный компонент составляет оставшееся содержание припоя.

Обозначение компонентов:
А — алюминий;

Ж — железо;

И — индий;

К или Кд — кадмий;

М — медь;

О — олово;

С — свинец;

Ср — серебро;

Су — сурьма;

Ф — фосфор;

Ц — цинк.

Примеры обозначений марок припоев:

ПОС61 — припой оловянно-свинцовый, олова — 61 %, остальное — свинец;

ПОССу61-0,5 — припой оловянно-свинцовый, олова — 61 %, сурьмы — 0,5 %, остальное — свинец;

ПОС61М — припой оловянно-свинцовый, олова — 61 %, остальное — свинец и добавка меди;

ПСр3И — припой серебряно-индиевый, серебра — 3 %, остальное — индий;

ПСр3Кд — серебряно-кадмиевый, серебра — 3 %, остальное — кадмий.

3.2. Свойства припоев

Преимущественные области применения мягких и полутвердых припоев:

О2 — лужение и пайка коллекторов, якорных секций и обмоток электрических машин с изоляцией класса H, лужение ответственных неподвижных контактов, в том числе содержащих цинк;

ПОС90 — лужение и пайка внутренних швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры;

ПОС61 — лужение и пайка электрои радиоаппаратуры, печатных плат, точных приборов с высокогерметичными швами, где недопустим перегрев;

ПОС40 — лужение и пайка электроаппаратуры, деталей из оцинкованного железа с герметичными швами;

ПОС10 — лужение и пайка контактных поверхностей электрических аппаратов, приборов, реле;

ПОСК50-18 — пайка деталей из меди и ее сплавов, чувствительных к перегреву, в том числе пайка алюминия, плакированного медью. Пайка керамики, стекла и пластиков, металлизированных оловом, серебром, никелем;

ПОС61М — пайка пищевой посуды, медицинской аппаратуры, электрои радиоаппаратуры, печатных плат, деталей, чувствительных к перегреву;

ПОССу61-0,5 — лужение и пайка электроаппаратуры, пайка печатных плат, обмоток электрических машин, оцинкованных радиодеталей при жестких требованиях к температуре;

ПОССу50-0,5 — лужение и пайка авиационных радиаторов;

ПОССу40-0,5 — лужение и пайка жести, обмоток электрических машин, для пайки монтажных элементов моточных и кабельных изделий;

ПОССу35-0,5 — лужение и пайка свинцовых кабельных оболочек;

ПОССу30-0,5 –лужение и пайка листового цинка, углеродистых и нержавеющих сталей. Лужение и пайка проводов, кабелей, бандажей, радиаторов, различных деталей аппаратуры и приборов, работающих при температуре до 160 °С;

ПОССу25-0,5 — лужение и пайка радиаторов;

ПОССу18-0,5 — лужение и пайка трубок теплообменников, электроламп;

ПОССу95-5; ПСр3Кд — горячее лужение и пайка коллекторов, якорных секций, бандажей и токоведущих соединений электрических машин нагревостойкого исполнения и с повышенными частотами вращения. Пайка трубопроводов и различных деталей электрооборудования.

ПОССу40-2 — припой широкого назначения;

ПОССу30-2 — лужение и пайка в холодильном аппаратостроении, электроламповом производстве;

ПОССу18-2, ПОССу15-2, ПОССу10-2 — пайка в автомобилестроении;

ПОССу8-3 — лужение и пайка в электроламповом производстве;

ПОССу5-1 — лужение и пайка деталей, работающих при повышенных температурах;

ПОССу4-6 — пайка белой жести, лужение и пайка деталей с закатанными и клепанными швами из латуни и меди;

ПОССу4-4 — лужение и пайка в автомобилестроении;

ПОСК2-18 — лужение и пайка металлизированных керамических деталей;

ПОСИ30; ПСр3И — пайка меди и ее сплавов и других металлов, неметаллических материалов и стекла с металлическими покрытиями. Пайка деталей радиоэлектронной аппаратуры. Обладает высокой жидкотекучестью и обеспечивает хорошее сцепление спаиваемых поверхностей.https://eti.su/articles/spravochnik/spravochnik_1664.html

Флюсы для сварки алюминия и его сплавов. В связи с тем, что тугоплавкая окись алюминия Аl2О3 (Тпл=2030°С) представляет собой чрезвычайно прочное химическое соединение, плохо поддающееся действию флюсующих веществ из-за своего химически нейтрального характера, флюсы для сварки алюминия должны обладать достаточно большой активностью. Наиболее сильно действующие растворители окиси алюминия - галоидные соединения щелочного металла лития. В связи с этим большинство флюсов для сварки алюминия содержит в своем составе хлористый или фтористый литий. Помимо соли лития, флюсы для сварки алюминия содержат также ряд других фтористых или хлористых солей калия, натрия и кальция. Наиболее активные компоненты флюса - соли лития и главным образом хлористый литий. Взаимодействие хлористого лития с окисью алюминия протекает по реакции
6LiCl+Аl2О3=2А1С13+3Li2O.
Образуемый в результате приведенной реакции хлористый алюминий улетучивается, так как его температура кипения всего 183°С, окисел же лития всплывает на поверхность ванны в виде шлака.
Флюсы для алюминия, содержащие хлористый литий, отличаются исключительно большой гигроскопичностью, в связи с чем хранить их следует в герметически закрываемых банках.
Флюсы, содержащие в своем составе хлористый литий, при наличии остатков флюса после окончания сварки на поверхности металла шва и околошовной зоны могут вызвать своеобразную коррозию металла, продолжая взаимодействовать с окисью алюминия, всегда присутствующей на поверхности металла. В связи с этим при использовании флюса с хлористым литием необходимо тщательно очистить поверхность сварного соединения от остатков флюса проволочной щеткой и промыть шов и околошовную зону 2%-ным раствором азотной кислоты (HNO3), а затем водой и просушить.
Помимо флюсов, содержащих химически активные элементы, при сварке алюминия находят также применение флюсы, сочетающие в известной мере физическое растворение окислов с химическим взаимодействием элементов. Процесс физического растворения имеет место тогда, когда в жидкой ванне, помимо основных и кислотных окислов, присутствуют некоторые соли, обладающие значительной способностью растворять окислы в расплавленном состоянии. Такой солью является, в частности, криолит AlF3•3NaF, растворяющий в расплавленном состоянии Аl2О3.

Флюсы для сварки меди и ее сплавов. Применяемые при сварке медных сплавов кислые флюсы обычно представляют собой соединения бора - буру Na2B4O7•10Н2О и борную кислоту Н3ВО3 или их смеси.
Перед употреблением буру необходимо прокаливать, так как в противном случае при нагревании она вспучивается, выделяет кристаллизационную воду и увеличивает количество водяных паров в зоне сварки.
Взаимодействие буры с окисью меди по одной из наиболее вероятных реакций может быть представлено следующим образом. При нагревании бура распадается на соль метаборной кислоты NaBO2 и борный ангидрид В2О3:
Na2B4O7→2NaBO2+В2О3,
которые, взаимодействуя с окисью меди, образуют двойную соль натрия и меди метаборной кислоты
2NaBO2+В2О3+CuO=(NaBO2)2•Си(ВО2)2.
Аналогично этому протекает реакция взаимодействия буры с окисью цинка
2NaBO2+В2О3+ZnO=(NaBO2)2•Zn(ВО2)2.
Помимо чисто химического действия буры, возможно также и непосредственное связывание борным ангидридом окислов меди и цинка, с образованием борнокислых солей Си•В2О3 и Zn•B2O3.
Применяя в качестве флюса борную кислоту, следует иметь в виду что она при нагревании до температуры 550-600°С полностью освобождается от воды и превращается в борный ангидрид, обладающий сильнокислыми свойствами:
2Н3ВО3→В2О3
Соединяясь с образующимся при сварке окислом меди или цинка, борный ангидрид, как и в случае применения в качестве флюса буры, образует борнокислые соли CuO•В2О3 или ZnO•В2О3.
http://osvarke.info/gaz-obrabotka/

https://metallicheckiy-portal.ru/

Точмаш 23 · 27 ноября, 2023

Флюсы для плавления алюминия: химический состав

Какие бывают флюсы

Газообразные и твердые флюсы играют важную роль в дегазации, удалении магния и флюсовании алюминия и его сплавов.

(Флюсы также применяются при пайке алюминия мягкими припоями и при пайке алюминия твердыми припоями).

Газы, инертные и активные, или твердый флюс гексахлорэтан могут применяться для удаления растворенных водорода и натрия.

Магний можно удалять продувкой хлором или обработкой флюсом, содержащим фторид алюминия.

Флюсы на основе смеси KCl-NaCl применяются в качестве покрывных, то есть для защиты алюминиевого расплава от окисления.

Чтобы извлечь алюминий из шлака применяют более активные флюсы, содержащие криолит или некоторые другие фториды. См. также Плавление алюминия: образование шлака

Хлористый натрий и хлористый калий во флюсах

Твердые флюсы являются в основном смесью хлористых или фтористых солей с добавками, которые дают им специальные свойства. Большинство флюсов основаны на смеси KCl и NaCl, которые образуют низкотемпературную эвтектику (665 °С). Другим частым ингредиентом флюсов является NaF, который образует тройную эвтектику с KCl и NaCl с точкой плавления 607 °С. При этом температура плавления алюминия (технически чистого) составляет около 655-660 °С.

Покровные флюсы для алюминиевого расплава

Обычный покровный флюс содержит около 47,5 % NaCl, 47,5 % KCl и 5 % фтористой соли. Низкая температура плавления повышает текучесть флюса.

Другие покровные флюсы основаны на смеси MgCl₂-KCl, которая образует низкоплавкую эвтектику при 424 °С, или на карналлите (MgCl₂∙KCl), который плавится при 485 °С. Эти покрывные флюсы имеют высокую текучесть и могут образовывать на поверхности расплава тонкий слой.

Однако MgCl₂ является довольно дорогим, поэтому его применяют в основном во флюсах без натрия для алюминиевых сплавов с содержанием магния более 2 %.

Флюсы – смеси солей

Во флюсах применяют много веществ – около 3 десятков – все они являются солями. Большинство из них – это хлориды и фториды. Добавки этих солей во флюсы повышают их специфические свойства: текучесть, смачиваемость, химическую активность.

Самые известные из них – хлористый натрий (поваренная соль) и хлористый калий. Температура их плавления в чистом виде – 801 и 770 °С соответственно. Их плотность в твердом состоянии – 2,165 и 1,984 г/см³, а в жидком – 1,55 и 1,53 г/см³.

Роль фтористых солей во флюсах

Фтористые соли щелочных металлов действуют как поверхностно-активные вещества, снижающие поверхностное натяжение между флюсом и металлом, а также между флюсом и оксидами. Хлористые соли, также как и AlF₃ и MgF₂, проявляют это свойство в значительно меньшей степени.

Фтористые слои щелочных металлов способны растворять оксиды и проникать в оксидные пленки, которые содержат металлический алюминий в шлаке и скоплениях загрязнений. Это приводит к повышению смачиваемости, что способствует отделению оксидных включений от расплава и металлического алюминия от шлака.

К сожалению, фтористые соли щелочных металлов имеют высокую температуру плавления. Это приводит к утолщению пленки жидкого флюса, что ограничивает его применение. Кроме того, утилизация солей, содержащих фтор, имеет больше проблем, чем чисто хлористые соли.

Фтористые слои во флюсах

Флюсы могут содержать такие фтористые соли:

криолит (Na₃AlF₆);
фторид кальция (CaF₂);
силикофторид натрия (Na₂SiF₆).

Их содержание во флюсах может достигать 20 %.

Роль кислорода в компонентах флюсов

Добавление во флюсы компонентов, содержащих кислород, таких как KNO₃ обеспечивает выделение тепла. Кислород, который освободился при разложении нитратов, реагирует с металлическим алюминием с образованием оксида Al₂O₃ и выделением значительного количества тепла. Это локально повышает текучесть, способствуя отделению металлического алюминия от оксидов. В чистящих флюсах эта реакция повышает проникновение флюса в наросты на футеровке.

Флюсы, образующие газы

Некоторые твердые флюсы разлагаются на хлор, углекислый газ CO₂ или такой газ, как AlF₃. Если эти флюсы помещают под поверхность алюминиевого расплава, они образуют пузырьки, которые удаляют водород. Наиболее известным таким флюсом, выделяющим газ, является гексахлорэтан C₂Cl₆. Он образует газы Cl₂ и AlCl₃.

Источник: T.A. Utigard at al, The Properties and Uses of Fluxes in Molten Aluminum Processing, JOM, November 1998

Точмаш 23 · 28 ноября, 2023

Композиция флюсов.

В зависимости от физико-химических свойств паяемых металлов и припоя в качестве компонентов флюсов применяются соли,кислоты,окислы,а также вещества органического происхождения. Флюсы могут быть однородными ,например тетраборнокислый натрий/бура обезвоженная / или хлористый цинк,а также и сложные системы,состоящие из двух и более компонентов.При разработке флюсов сложного состава исходят из следующего.

Во-первых,флюс должен содержать вещества,которые являются как бы его основой ,т.е. растворяют в своем составе остальные компоненты флюса и продукты флюсования,а при растекании образуют плотную пленку,защищающую металл от взаимодействия с воздухом.

Во вторых,флюс должен содержать вещества,способные интенсивно растворять окислы,находящиеся на поверхности основного металла и припоя.

Во флюс должны входить химически активные компоненты ,которые являются активными флюсующими веществами,вступающими в химическое взаимодействие с окислами металлов и непосредственно с металлами.Это разграничение имеет условный характер,однако оно позволяет сгруппировать составные части флюсов сложного состава и понять характер действия их в процессе флюсования.

Пайка.Основные сведения

Рекомендуемые сообщения

Точмаш 23

3.3. Классификация флюсов

3.1. Классификация припоев и система их обозначений

Примеры обозначений марок припоев:

3.2. Свойства припоев

Преимущественные области применения мягких и полутвердых припоев:

Ссылка на комментарий

Поделиться на другие сайты

Точмаш 23

Флюсы для плавления алюминия: химический состав

Какие бывают флюсы

Хлористый натрий и хлористый калий во флюсах

Покровные флюсы для алюминиевого расплава

Флюсы – смеси солей

Роль фтористых солей во флюсах

Фтористые слои во флюсах

Роль кислорода в компонентах флюсов

Флюсы, образующие газы

Ссылка на комментарий

Поделиться на другие сайты

Точмаш 23

Ссылка на комментарий

Поделиться на другие сайты

Последние посетители 0 пользователей онлайн

Обзор

Активность