Припой для пайки: что это такое, температура плавления, с канифолью, бессвинцовый, пос, сплав, оловянный, розе

Температура плавления

Какой бы ни был вид припоя, температура, при которой он начнет плавиться, обязательно должна быть ниже плавления спаиваемых материалов. Также она должна быть выше, чем рабочие температуры деталей.

Говоря о температуре плавления, подразумевают две точки. Это значение, при котором легкоплавкие компоненты начнут процесс плавления, и минимальное, где сплав превратится в жидкость. Разница этих двух температур называется интервалом кристаллизации. Если место пайки находится в пределах данной разницы, то даже небольшие механические нагрузки на деталь могут полностью разрушить структуру припоя. В таком соединении будет отмечаться высокая хрупкость и сопротивление. Помните главное: не следует каким-либо образом воздействовать на соединение до тех пор, пока припой для пайки не полностью кристаллизовался.

Характеристика олова

Плавится при 232 °C, кипит при 2600 °C, отлично сплавляется с разными металлами, благодаря высокой пластичности хорошо поддается ковке. Паяльное олово используется в качестве припоя, так как оно хорошо смачивает металлы. Промышленное получение олова значительно сложнее чем свинца, поэтому оно гораздо дороже.

В отличие от свинца олово выглядит гораздо привлекательнее. Этот серебристо-белый металл безопасен для здоровья человека. Оловом часто покрывают поверхности металлических изделий в местах, где они контактируют с пищей: посуду, консервную жесть, пищевую фольгу и другие. Однако оловянная пыль и пары при вдыхании могут вызвать опасное влияние на человеческий организм. Кроме производства тары для продуктов питания, олово широко используется в разных припоях и других сплавах, например, в антифрикционных и подшипниковых. Этот материал значительно легче свинца, его плотность 7,3 г/куб.см.

Олово полиморфно, то есть оно может существовать в различных модификациях в зависимости от температуры. При температуре ниже 13 °C белое олово (β-модификация) переходит в серое олово (α-модификацию). В результате этого фазового перехода блестящие оловянные изделия рассыпаются в порошок серого цвета. Причем при контакте с порошком белое олово как бы заражается от него и превращается в серое. Такое явление получило название «оловянная чума».

По некоторым данным, именно оно стало главной причиной гибели экспедиции Роберта Скотта на Южный полюс. Керосин, хранившийся на промежуточных складах, вытек из канистр, пропаянных по швам оловом, которое рассыпалось в порошок на морозах Антарктики. Таким образом, члены экспедиции остались почти без топлива.

Виды оловянных припоев, свойства и характеристики

По химическому составу сплава выделяют сурьмянистые припои, припои с малым количеством сурьмы (малосурьмянистые), сплавы без сурьмы (бессурьмянистые). Все вышеперечисленные виды припоев производят по ГОСТ 21931-76 (в изделиях), ГОСТ 21930-76 (чушки).

Существует и другой вариант классификации оловянных припоев. По нему сплавы делятся на:

— оловянно-свинцовые (в сокращении ПОС);

— сурьмянистые (сокращенно ПОССу);

— оловянно-свинцово-кадмиевые (сокращенно ПОСК);

— бессвинцовые.

Последние легируют медью, серебром, цинком, алюминием, кадмием.

Оловянные припои ПОС (сплавы оловянно-свинцовые), имеющие процентный состав олова от 10% до 90%, относятся к мягким припоям.

Они начинают плавиться при 183°C (температура расплава пары «олово-свинец»), а завершают плавление при различных температурах. Это определено химическим составом сплава. А именно:

ПОС-15 (олово 15%) — 280 °C.

ПОС-25 (25%) — 260 °C.

ПОС-35 (33%) — 247 °C.

ПОС-61, ПОС 63 (олово 61% и 63%) — 183 °C

ПОС-90 (олово 90%) — 220 °C

В силу того, что состав сплавов ПОС-61 и ПОС-63 практически идентичен составу эвтектики «олово+свинец», они расплавляются при постоянной температуре 183 °C.

Также к мягким оловянным припоям относят:

— ПОССу – используется для пайки изделий из цинка, оцинкованного металла, при высоких требованиях к паяному соединению (припои сурьмянистые);

— ОЦ — для соединения изделий из алюминия (припои оловянно-цинковые);

— ПОСК — для соединения изделий, реагирующих на перегрев, пьезокерамики, выводов конденсаторов (оловянно-свинцово-кадмиевые);

— припои без свинца, которые кроме олова включают в состав серебро, медь, висмут и другие металлы.

Припоем называют сплав, состоящий из легкоплавких металлов. Например, оловянный. Но паять одним оловом — довольно дорого. С чистым оловом работают только тогда, когда нужно получить абсолютно безвредный для человека спай: при пайке посуды для употребления пищи или медицинского оборудования. В остальных случаях, для удешевления припоя, к олову добавляют более дешевый, но вредный свинец.

Для справки: поверхность припоя тем темнее, чем больше в нем свинца. А пруток из чистого олова при сгибе или сжатии издает характерный хруст.

К положительным свойствам оловянных припоев можно отнести:

— прочность в сочетании с пластичностью;

— высокий коэффициент теплопроводности;

— устойчивость к коррозии.

Оловянные припои используют для соединения деталей практически из всех металлов, и чем больше в составе припоя чистого олова — тем качественнее будет полученное соединение. Преимущество ПОС — его универсальность. Мягкие припои эксплуатируют в виде палочек (прутков), реже используют проволоку или пасту (смесь припоя с флюсующим веществом). Чем больше в сплаве олова, тем крепче соединение деталей при пайке.

Данный вид оловянного проката не используют для спайки алюминия. Прочие металлы, в том числе медь, железо, хорошо поддаются пайке ПОС. Спай — самое уязвимое место соединения «металл — припой — металл». Прочность спая зависит от химического состава используемого припоя. Сопротивление на разрыв места спайки равно 6-8 кг/мм2, увеличивается пропорционально увеличению количества олова.

Рассмотрим некоторые особенности использования цинка и сурьмы в качестве добавок к припою при пайке определенных металлов. Добавление цинка при работе с алюминием и сплавами из этого металла увеличивает коррозийную стойкость спайки. Такие ЦО припои, содержащие от 10% до 40% цинка, используют для ультразвукового или абразивного метода пайки, лужения.

При соединении меди добавление к составу сурьмы увеличивает прочность спая. При пайке латуни сурьма — не влияет на прочность спая. А железа — уменьшает прочность спая.

Иногда можно встретить пруток или проволоку для пайки без маркировки. Определить приблизительный химический состав такого изделия можно по следующим параметрам:

— пруток с содержанием олова выше 60% ярко блестит (возможно, это ПОС-90, ПОС-61);

— материал, в котором много свинца — темного серого цвета, матовый;

— пруток со значительным содержанием свинца пластичный (до 60%), его легко деформировать (ПОС-40, ПОС-30);

— пруток, где много олова, прочный и жесткий. Его нельзя согнуть руками;

— ПОС различных марок плавятся при температуре от 183 °C до 265 °C.

Бессвинцовые припои

Самым простейшим и понятным нам бессвинцовым припоем является обычное олово. Проволока из этого металла находится почти в каждом доме, где есть паяльник. Часто при производстве проволоки из олова в качестве флюса внутрь внедряют дополнительно производную смолы хвойных деревьев, которая называется канифоль. Такое решение практично помогает в работе и сокращает время спаивания.

Однако обычное олово очень ограниченно в сфере применения. Например, это пайка различной аппаратуры. В основном применение оловянного припоя невозможно, несмотря на его отличную электропроводность.

Всему виной оловянная чума, рост «усов» и другие факторы риска при пайке оловом. Решить эту проблему помогает внедрение других металлов. Оловом часто смешивают с серебром, медью и даже золотом. Однако в таком случае образуются твердые паяльные сплавы, имеющие значительно высокие температурные характеристики. Поэтому с целью улучшения текучести используют флюсы.

К сожалению, в настоящее время припои без содержания свинца, несмотря на положительную экологическую составляющую и безопасный труд, не являются полноценной альтернативой оловянно — свинцовых.

Характеристика олова

https://youtube.com/watch?v=I33GCWrUJFE

Основные свойства сплава

Рассматривая то, при какой температуре плавится олово для пайки, следует учитывать, что учитывается не только этот показатель. Материалы, применяемые при пайке, характеризуются нижеприведенными свойствами:

Смачиваемость. Для обеспечения качественного соединения применяемый сплав должен обладать высоким показателем смачиваемости. Под этим понятием подразумевается повышение надежности связи между молекулами твердых материалов. При высоком рассматриваемом показателе расплавленное вещество расходится по поверхности, заполняя все полости.
Электропроводность. В большинстве случаев сплавы для пайки применяются при получении различных микросхем. При высокое электрической проводимости получаемое соединение не создает дополнительного сопротивления во время работы. При слишком низком показателе проводимости или высоком сопротивление создаваемые контакты начинают нагреваться.
Температура плавления. Основными критерием при выборе сплава можно назвать то, что он должен плавится при намного меньшей температуре, чем соединяемые металлы. При этом температура плавления оловянного припоя будет существенно отличаться от соответствующего показателя другого припоя. Один и тот же сплав может плавиться при различной температуре, все зависит от химического состава. Наличие примесей становится причиной повышения или понижения плавкости. Температура плавления припоя ПОС-40 238 градусов Цельсия. Есть и тугоплавкие припои, для нагрева которых требуется специальный прибор.

Читать также: Длина ступицы зубчатого колеса

Важно учитывать то, при какой температуре плавится оловянно – свинцовый или иной припой. Это связано с тем, что при нагреве основного материала до критических значений происходит перестроение структуры, и он меняет свои основные эксплуатационные качества

Особенности использования

Процесс пайки с применением бессвинцовых припоев не слишком отличается от работы с составами, в которых этот тяжелый металл присутствует. Сначала поверхность соединяемых деталей освобождается от окислов и загрязнений. Подготовленные таким образом провода или другие объекты пайки покрываются расплавленным припоем, соединяются до полного остывания

Температура плавления большинства бессвинцовых составов ниже, чем у оловянно-свинцовых — при работе важное значение имеет контроль за этими показателями

А также при выборе жала лучше отдать предпочтение не медному, а никелевому или нихромовому варианту. Выбор флюса тоже имеет значение. Чаще всего в этом качестве выступают жидкие химикаты, а также гели и пасты, не требующие удаления с поверхности детали.

Фактически чем меньше окислов будет скапливаться на жале, тем легче будет идти работа. Соответственно, при использовании бессвинцовых припоев нужно регулярно очищать наконечник инструмента от нагара, следить, чтобы он всегда был покрыт слоем полуды, не подвергался окислению. Нелишним будет приобрести специальные расходные материалы. Обычные жала не рассчитаны на постоянное высокотемпературное воздействие. Специальные – легко переносят его без сокращения сроков службы.

Более детальную информацию о бессвинцовых припоях смотрите в следующем видео.

Свойства популярных марок

Перед тем как выбрать припой для пайки, стоит ознакомиться с его характеристиками. Здесь приведены свойства одних из самых популярных марок.

Технические характеристики ПОС 90

Химический состав

Химический элемент	Содержание химических элементов в припое, %
Олово	90
Свинец	9,5
Сурьма	0,5

Физические свойства

Параметр	Значение
Температура плавления	220 Co
Плотность сплава	7,9 килограмм/ метр кубический
Удлинение относительное	58%
Сопротивление механическому воздействию (временное) на разрыв	47 Мпа
Интервал кристаллизации	37 градусов

Внешний вид припоя ПОС-90

Технические характеристики П14

Химический состав

Химический элемент	Содержание химических элементов в припое, %
Медь	около 90%
Фосфор	5,6-6 %
Олово	3,8-4,2 %

Физические характеристики

Параметры	Значение параметра
Температура начала плавления, Co	645-675
Рабочая температура пайки, Co	720-730
Прочность шва соединения при испытании на разрыв, МПа	290-320
Ударная вязкость, к*Дж.метр/см2	2
Коэффициент замены серебра	45%

Внешний вид припоя П 14

Технические характеристики HTS 2000

Параметр	Единицы измерения	Значение
Степень растяжения	PSI	45900
Степень удлинения	%	10
Степень сдвига	PSI	31000
Масса	г/куб. дюйм	240
Температура плавления	Градусы Цельсия	390
Толщина диаметра	мм	2-3
Длина	м	0,46
Количество компонентов в составе	шт	9
Температура плавления	Градусы Цельсия	347

Внешний вид припоя HTS-2000

Особенности подбора марок и критерии выбора

Подбор марки является очень ответственным делом, от которого во многом зависит дальнейшая служба изделия

Для каждого вида металла нужно обращать внимание на свои особенности

«Важно»! Всегда можно подобрать аналог, если нет конкретной марки. Он может быть от зарубежных производителей или ближайшей маркой из той же серии.»

Он может быть от зарубежных производителей или ближайшей маркой из той же серии.»

Каким припоем лучше паять акустический кабель? Здесь нужно исходить из того, что кабель имеет тонкие провода, которые могут переплавиться от высокой температуры. Таким образом, это должен быть мягкий сплав с низкой температурой плавления. Он должен иметь низкое сопротивление, поэтому, в составе желательно наличие металлов с хорошей электропроводностью, таких как серебро.

Какой припой лучше выбрать для пайки медных труб? Здесь уже лучше отталкиваться от крепости соединения. Во-первых, в составе должна быть медь, как крепкий и тугоплавкий металл, обеспечивающий высокую прочность соединения. Во вторых медь также имеет сопротивление к коррозии, поэтому, основные металлы в составе также не должны подвергаться ржавчине. Для домашнего применения лучше выбрать марку с более низкой температурой плавления, так как не у всех есть возможность разогреть материал до 760 градусов Цельсия.

Какой припой лучше выбрать для пайки стали? Сталь, особенно нержавеющая ее разновидность, плохо поддается свариванию, но для нее все равно нужны твердые марки, которые имеют в своем составе тугоплавкие металлы. Зачастую это многосоставные припои, многие из которых являются универсальными. Желательно, чтобы состав присадочного материала был близок к составу основного металла

«Важно! Здесь нужно следить за содержанием углерода и чугуна, так как они ухудшают качество соединения.»

Чем паять алюминий? Для этого металла используются припои, в которых нет алюминия, но есть олово, серебро и другие легкоплавкие металлы. Для качественного соединения нужно не только правильно подобрать материал, но и придерживаться технологии подготовки алюминиевой поверхности.

Чем паять серебро? Для серебра используются специальные серебряные припои. Они обладают достаточно высокой стоимостью, но для создания и ремонта ювелирных изделий именно такой вариант является наилучшим. Существуют как чисто серебряные, в которых драгоценный металл занимает 90% и более, а также с содержанием различных добавок, где серебра менее 50%.

Какой припой лучше выбрать ПОС 61 или ПОС 63?

Этот вопрос задают себе многие радиолюбители, но именно для пайки радиоэлементов разницы особой нет, так что можно выбирать тот, что подешевле и доступнее. В остальном же, ПОС 63 считается улучшенной версией ПОС 61 за счет более высокого содержания олова в составе.

Припой для пайки ПОС-61

В нем также отсутствуют примеси других металлов, что тоже является положительным моментом. Благодаря этому, он более пластичный, имеет относительно низкую температуру плавления. У него лучше проявляются антикоррозионные свойства и обеспечивается высокая текучесть во время процесса спаивания.

Какие бывают припои

Существует большое количество материалов для пайки, основное разделение происходит на мягкие и твердые. Монтаж радиоаппаратуры происходит при помощи легкоплавкого, его температура плавления колеблется от 300 до 450 °C. По прочности мягкие виды припоев не уступают при пайке другим, используются при сборке практически всех электронных изделий.

Некоторые тугоплавкие припои имеют легирующие стали, что по позволяет реализовать некоторые параметры при соединении. Примеси используются для достижения определенных характеристик, антикоррозийных свойств, уровней прочности. Припой для пайки используется в большинстве случаев марки ПОС, что означает оловянно – свинцовые припои. Число указывает на процентное содержание составом олова.

Оловяно-свинцовый припой

Если происходит ситуация, когда припои и флюсы применяемые при пайке неизвестного происхождения, отличить можно по следующим физиологическим свойствам:

Температура плавления свинцово – оловянных припоев варьируется в пределах от 183 до 265 °C.
Яркий металлический отблеск выдает высокое содержание олова, предположительно марка ПОС-61 и выше.
Большое содержание свинца выдается тусклым серым оттенком, матовой поверхностью.
Большое количество свинца повышает пластичность проволоки, изделие диаметром 6 мм можно легко согнуть руками, а более качественное не гнаться.

Различные виды припоя производятся изготовителями при некоторых факторах. Большинством современных материалов пайки применяется допуск флюса от 1 до 3%, что значительно улучшает условия работы. Нет необходимости подносить жало паяльного инструмента к флюсу каждый раз, если он содержится сердцевиной припоя. Разновидностью свинцово – оловянных изделия является припой марки ПОССу. Обозначение предполагает добавление сурьмы, применяется в различных производствах, подходит к применению с оловянными деталями.

Припой Sn63Pb37

Наиболее распространенным при спайке и лужении медных, бронзовых деталей, через которые проходит течение тока, является припой третник. Температура плавления данной разновидности составляет 190 °C, получается герметичный шов. Зарубежным аналогом считается Sn63Pb37, где соответствующее названию содержание олова к свинцу.

Температура плавления припоев и легкоплавких сплавов

В таблице даны значения температуры плавления припоев и легкоплавких сплавов на основе ртути Hg, цезия Cs, калия K, висмута Bi, таллия Tl, индия In, олова Sn, свинца Pb, кадмия Cd, сплав Вуда, сплавы Роуза (Розе), золота Au, магния Mg, цинка Zn, серебра Ag.

Значения температуры плавления припоев и сплавов в таблице приведены начиная с самых легкоплавких сплавов и находятся в диапазоне от -48,2 до 262°С. В сплавах с отрицательной температурой плавления (от минус 48,2°С) преобладает содержание ртути и щелочных металлов. Легкоплавкие сплавы с температурой плавления от 200 до 260°С имеют в своем составе преимущественное содержание висмута и таллия.

Примечание: эвт — эвтектические сплавы или близкие к ним; для неэвтектических сплавов приводятся значения температуры солидуса.

Эффекты от воздействия соединений олова

Активность соединений с этим элементом, так или иначе, влияет, как на организм человека, так и на экологию.

На здоровье человека

Как уже упоминалось, наиболее опасными для здоровья человека являются органические химические соединения олова. Эти вещества широко используются в индустрии, например, при производстве красок, пластика и пестицидов для агрикультуры. Кроме того, объемы производства органических соединений с этим металлом постоянно растут несмотря на то, что известны последствия отравления ими.

Эффекты от воздействия этих веществ на человека разнообразны, все зависит от типа соединения и от индивидуальных особенностей организма. Опасность соединения коррелирует с длиной связи между металлом и водородом, чем длиннее эта связь, тем менее опасно соединение. В связи с этим, самым опасным органическим веществом считается соединение олова с тремя этиловыми группами, водородные связи которого являются относительно короткими.

Попасть в организм человека эти вещества могут через еду, воздушно-капельным путем или от простого прикосновения к ним. Известны следующие эффекты воздействия органических соединений олова на организм человека:

При нахождении в помещении, содержащем пары этого металла, сильное раздражение верхних дыхательных путей, кожных покровов и глаз;
Головные боли, боли в желудке и отсутствие аппетита;
Тошнота и рвота;
Проблемы при мочеиспускании;
Сильное потоотделение и одышка.

Перечисленные эффекты могут привести к более серьезным последствиям:

Депрессия;
Проблемы с печенью;
Нарушение работы иммунной системы;
Повреждение хромосом клеток и недостаток красных телец в крови;
Повреждения мозга (нарушения сна, головные боли, провалы памяти, раздраженное состояние).

На окружающую среду

Как атомы олова, так и сам металл в чистом состоянии не являются токсичными ни для одного организма на земле, в свою очередь, практически все соединения с этим элементом органического характера являются вредными. Эти соединения могут находиться в окружающей среде в течение длительного периода времени. Они являются достаточно стойкими и практически не разлагаются под воздействием микроорганизмов, благодаря своим прочным водородным связям. Насколько бы малы ни были концентрации соединений этого металла в почве и воде, ввиду сказанного выше, они постоянно растут.

Известно, что органические оловянные соединения наносят большой вред водным экосистемам, поскольку они являются ядовитыми для грибов, водорослей и фитопланктона

Фитопланктон же является важным звеном водной экосистемы, поскольку он производит кислород для всех остальных живых организмов этой системы, а также является важной частью в пищевой цепи. Токсичность соединений олова различна для разных живых существ, например, трибутиловое олово является ядовитым для рыб и грибов, в то время как самым токсичным соединением для фитопланктона является трифеноловое олово

Также известно, что органические соединения этого элемента оказывают отрицательное влияние на рост и репродуктивную функцию животных, нарушают работу ферментов. Такие соединения накапливаются главным образом в верхних слоях почвы и воды.