Припой оловянно-свинцовый: особенности и характеристики

Вторичная переработка и использование

Вторичная переработка также имеет место, большинство металла при этом получают из старых консервных банок, в которых его используют в качестве покрытия. В связи с тем, что этот металл может содержать примеси, которые со временем могут переходить в продукт, находящихся в жестяной банке, содержание олова и других элементов в производстве банок для пищевых продуктов строго нормируются.

По санитарным нормам содержание посторонних примесей в олове, предназначенном для лужения консервной жестяной банки, не должно превышать 0,14%, а при этом количество свинца — не более 0,04%. Но все же для профилактических целей используются специальные лаки, которые предохраняют металл от разложения под воздейсвтием органических кислот, сахара, соли.

На каждую банку приходиться примерно 0,5 г этого металла. Но если помножить это, казалось бы, небольшое число на масштабы производства, получкаются десятки тонн. В развитых странах доля «вторичного» олова в производстве составляет примерно 1/3 от общего потребления.

Свинец и его свойства

Грязно-серый цвет этого металла — результат того, что в атмосфере на его поверхности за короткое время образуется окисная пленка. Именно она придает такой невзрачный вид свинцу. Однако, если несколько раз провести напильником по поверхности металла, то под тонким слоем оксидной пленки станет видна блестящая поверхность с голубоватым оттенком. Это очень мягкий и тяжелый материал, он почти в полтора раза тяжелее стали. Плотность свинца — 11,34 г/куб.см, а плотность железа — 7,80 г/куб.см.

Свинец был открыт в древности примерно 4000 — 4500 лет до нашей эры. В современной промышленности его получение происходит в основном металлургическим способом из свинцовых руд и концентратов.

У свинца низкая температура плавления — всего 327 °C, а температура кипения — 1749 °C. Следует учитывать токсичность свинцовых паров и то, что этот химический элемент плохо выводится из организма. Чем больше нагревается расплавленный свинец, тем больше он испаряется. Поэтому помещение, в котором происходит плавка, должно хорошо проветриваться.

Именно благодаря невысокой температуре плавления свинец используют при изготовлении мягких припоев вместе с оловом.

Использование сплавов оловянно-свинцовой группы

К таким сплавам относятся следующие:

ПОС-90 содержит в составе: Pb — 10%, Sn — 90%. Используется для ремонта медицинского оборудования и пищевой посуды. Токсичного свинца немного, так как нельзя, чтобы он соприкасался с пищей и водой.
ПОС-40: Pb — 60%, Sn — 40%. Главным образом используется для пайки электроаппаратуры и изделий из оцинкованного железа, также с его помощью чинят радиаторы, латунные и медные трубопроводы.
ПОС-30: Sn — 30%, Pb — 70%. Применяется в кабельной промышленности, для пайки и лужения и листового цинка.
ПОС-61: Pb 39%, Sn 61%. Как с ПОС-60. Нет особой разницы.

С помощью ПОС-61 осуществляется лужение и пайке печатных плат радиоаппаратуры. Это — главный материал для сборки электроники. Плавиться начинает с 183 °C, полное расплавление при 190 °C. Паять с этим припоем можно при помощи обыкновенного паяльника, не боясь того, что радиоэлементы перегреются.

ПОС-30, ПОС-40, ПОС-90 расплавляются при 220−265 °C. Для многих радиоэлектронных элементов эта температура предкритическая. Сборку самодельных электронных устройств осуществлять лучше с ПОС-61, чьим зарубежным аналогом можно считать Sn63Pb37 (где Sn 63%, а Pb 37%). Также с его помощью паяется радиоаппаратура и самодельная электроника.

Припои продаются, как правило, в тюбиках или катушках по 10−100 г. Состав сплава можно прочесть на упаковке, к примеру: Alloy 60/40 («Сплав 60/40» — ПОС-60). Выглядит, как проволока диаметром 0,25−3 мм.

Нередко в его составе находится флюс (FLUX), заполняющий сердцевину проволоки. Содержание указывается в процентах и составляет 1−3,5%. Благодаря этому форм-фактору во время работы отсутствует необходимость подавать флюс отдельно.

Разновидность ПОС — ПОССу представляет собой оловянно-свинцовый сплав c сурьмой, и используется в автомобилестроении, в холодильном оборудовании, для пайки элементов электроаппаратуры, обмоток электромашин, кабельных изделий и моточных деталей; подходит для спаивания оцинкованных деталей. Кроме свинца и олова в сплаве 0,5−2% сурьмы.

Как показывает таблица, ПОССу-61−0,5 больше всего подходит для замены ПОС-61, ведь температура его полного расплавления — 189 °C. Существует также припой совершенно не содержащий свинца, оловянно-сурьмянистый ПОСу 95−5 (Sb 5%, Sn 95%) с температурой плавления 234−240 °C .

Подходящие марки

Существуют различные виды припоев для пайки, но стоит выделить наиболее подходящие для работы с микросхемами, которые можно найти на современном рынке. Одним из наиболее распространенных вариантов является ПОС 61. Он имеет следующий химический состав:

Химических элемент	Соотношение в составе, %
Олово	61
Свинец	38,5
Железо	0,02
Висмут	0,01
Сурьма	0,05
Никель	0,02
Сера	0,02

Технические характеристики материала выглядят следующим образом:

Температура расплавления, градусы Цельсия	Плотность наплавленного материла, г/см в квадрате	Теплопроводность	Сопротивление разрыву	Удлинение, %	Вязкость ударная, кгс/см в квадрате
189	8,5	0,12	4,3	46	3,9

Также может использоваться аналог из той же серии ПОС 30. Он уступает по качествам, но обладает достаточно низкой температурой плавления, чтобы обеспечить комфортные условия проведения работ. Состав его практически не имеет примесей:

Химических элемент	Соотношение, %
Олово	30
Свинец	70

Технические характеристики данной марки выглядят следующим образом:

Параметр	Единицы измерения	Значение
Температура плавления	градусы Цельсия	183
Плотность наплавленного материала	кг/ метр кубический	10,1
Удлинение относительное	%	58
Сопротивление механическое на разрыв	Мпа	32
Интервал кристаллизации	градусы	73

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.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

₂₂₄

В России запасы оловянных руд расположены в Чукотском автономном округе (Пыркакайские штокверки; рудник/посёлок Валькумей, Иультин — разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в Приморском крае (Кавалеровский район), в Хабаровском крае (Солнечный район, Верхнебуреинский район (Правоурмийское месторождение)), в Якутии (месторождение Депутатское) и других районах.

В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем ~ 10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационным методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Таким образом удается повысить содержание олова в руде до 40-70 %. Далее проводят обжиг концентрата в кислороде для удаления примесей серы и мышьяка. Полученный концентрат оловянной руды выплавляется в печах. В процессе выплавки восстанавливается до свободного состояния посредством применения в восстановлении древесного угля, слои которого укладываются поочередно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах: SnO₂ + C = Sn + CO₂. Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

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.

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

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.

Дополнительная тренировка

Для дополнительной тренировки можно попробовать паять различные ненужные платы от компьютеров и смартфонов. На материнских платах существует много SMD и DIP компонентов. Только долгие и упорные часы практики помогут развить навыки в пайке.

Сетка

В качестве упражнения можно попробовать спаять сетку из проводов. Качество пайки оценивается по нагрузке на эту спаянную сетку проводов. Если паяные соединения не рвутся под нагрузкой, то пайка отличная.

Конструкторы

Так же отлично помогают радиоконструкторы.

Они учат понимать электрические схемы и тонкости пайки. Следует начинать с простых конструкторов, например с мигалок или дверных замков. По мере повышения мастерства, можно повышать уровень сложности, доходя до сложных LED кубиков.

Пайка кислотой

Кислота используется только в крайнем случае, когда сильно окисленная поверхность не поддается лужению. Все детали, провода и разъемы могут отлично паяться без кислоты.Подробнее о паяльной кислоте

Типы паяльников

Паяльник — инструмент, который используется при пайке и лужении, для нагрева флюса и элементов, расплавления припоя и т. д. Рабочую деталь прибора называют жалом, нагрев происходит от паяльной лампы или электрического тока.

Обычно мощность электрического таких инструментов составляет 30−40 Вт, они предназначены для ремонта и установки электронных устройств. Но в работе с полупроводниковой аппаратурой это изделие может вызвать недопустимый перегрев. Для предотвращения таких ситуаций целесообразно приобрести маломощный агрегат с показателями не более 15 В. Паяльники бывают как с периодическим, так и постоянным нагревом. Последние подразделяются:

Электрические. Имеют встроенный нагревательный элемент, который работает от розетки, аккумулятора или трансформатора.
Газовые. Оснащены встроенной горелкой, топливо подается обычно из баллона со сжиженным материалом. Внешний источник используется редко.
Жидкотопливные. По конструкции они похожи на газовые, но нагрев производится от пламени сгорания жидкого топлива.
Термовоздушные. Работа осуществляется благодаря струе горячего воздуха. Принцип действия напоминает строительный фен, но в этом случае используется тонкая воздушная струя.
Инфракрасные. Нагреваются от источника ИК-излучения.

Устройства с периодическим нагревом бывают молотковыми и торцевыми. Представлены они в виде массивного наконечника, крепящегося на металлическую ручку, длина которой обеспечивает безопасность работ. Нагрев осуществляется от внешних теплоисточников.

Существуют различные виды припоев и флюсов, которые подходят для работы с конкретными металлами. Разобравшись в особенностях препаратов, выбор нужного материала не займет много времени и не вызовет трудностей.

Виды припоев ПОС

Для начала вспомним, какие бывают припои из сплавов оловянно-свинцовой группы. Самые популярные — это бессурьмянистые припои ПОС-10, ПОС-40, ПОС-61 и ПОС-90. Припой ПОС с содержанием сурьмы называется ПОССУ. Сурьма в составе припоя добавляет ему несколько процентов по прочности.

Когда мы говорим про плавление смеси олова и свинца, нужно помнить про определения солидуса и ликвидуса. При нагревании любой смеси двух и более металлов происходит сначала расплавление (преобразование из твердой в жидкую фазу) самых легкоплавных частиц. Эта температурная отметка называется солидусом сплава.

При дальнейшем росте температуры начинают плавиться более тугоплавкие компоненты. Как только они расплавятся, наступает точка ликвидуса. Теперь припой ПОС полностью расплавлен. Подробнее этот процесс поясняет картинка, выдранная из презентации на тему сплавов.

Между этими двумя точками находится состояние повышенной пластичности припоя. В этом состоянии припой можно тянуть и деформировать без потери целостности.

Существуют эвтектические сплавы — припои, у которых точка солидуса и ликвидуса совпадает. Это очень удобно при пайке и говорит о высоком качестве припоя.

ПОС 61

Температура плавления пос 61 составляет 183 градуса, что является начальной точкой. Полное расплавление достигается при температуре около 190 градусов, что позволяет работать с ним при помощи любого бытового паяльника или профессиональной паяльной станции. Температура пайки равна 240 градусам. Это самый низкоплавкий припой из всей группы оловянно-свинцовых припоев.

Состав

Данный присадочный материал относится к категории мягких, имеет в своем составе 61% олова, 38−39% свинца и может содержать допустимый процент примесей в виде сурьмы, никеля, железа серы и висмута.

Внутри оловянно-свинцовой группы данный материал является наиболее чистым по составу припоем и больше подходит для электромонтажа и лужения, так как из-за содержания в нем меди снижает скорость растворения медных проводов и дорожек и меньше изнашивает жало паяльника, а относительно низкая температура плавления не повредит печатную плату.

Характеристики материала

Температура начала плавления 183 градуса.
Температура расплава 190 градусов.
Плотность 8.5 г/куб см.
Удельное сопротивление — 0.139мкОМ/м.
Предел прочности — 4.3 Мпа.

Выпускается в нескольких разновидностях, которые отличаются исключительно по внешнему виду:

В виде проволоки — толщина сечения приблизительно 2 мм, наиболее удобный и распространенный вариант. Также может быть встречена проволока с флюсом внутри. Роль флюса выполняет сосновая канифоль, которая хорошо себя показывает при пайке электромонтажных соединений, так как не окисляет детали, в отличие от кислотных флюсов, после работы с которыми детали нужно тщательно промывать.
В виде паяльной ленты — припой в виде очень тонкой длинной ленты. Идеально подходит для быстрой пайки скруток и лужения проводов. Как и проволока, бывает с флюсом и без него.
В виде прутьев до 8 мм толщиной и приблизительно 40 см в длину. Данные прутики удобно использовать при пайке монтажных проводов и лужения жала паяльника. При желании их можно сделать самостоятельно, отливом в заранее изготовленные формочки.

Применение в быту и на производстве

Данный припой имеет широкое распространение как в быту, так и в промышленности. Дешевизна материала делает его очень доступным, а химический состав и технические свойства допускают его применение при решении многих поставленных задач.

Так, выше уже было сказано о том, что при помощи пос 61 удобно паять радиодетали, потому что низкая температура его плавления не повредит дорожкам печатной платы и радиокомпонентам, особенно микросхемам, которые могут выйти из строя при перегреве.

Также, с помощью этого материала можно проводить качественную пайку скрутки медных проводов, что активно применяется в электромонтаже, притом паять можно как паяльником, так и газовой горелкой. Помимо этого, пос 61 имеет очень хорошую текучесть и образует герметичные швы, что допускает его применение и при сварке между собой труб при помощи газовой горелки.

Но низкая температура плавления накладывает и некоторые ограничения на сферу его применения — его нельзя применять при работе с материалами, которые в последствии будут подвержены сильному нагреву. Это может привести к тому, что сварочный шов деформируется, или даже расплавится, что испортит всю работу.

Свинец и его свойства

https://youtube.com/watch?v=jv7oaigJoL4

Виды припоев для пайки медных труб и проводов

Виды припоев для пайки медных жил и труб выглядят следующим образом:

Марка	Характеристика
1S	Мягкий сплав в состав сплава которого входит серебро. Применяется для медных труб, но может использоваться также для изделий из латуни и бронзы, так как может выдерживать высокие температуры и имеет высокую коррозионную стойкость. Для повышения качества желательно использовать дополнительно флюс, как обыкновенный, так и порошковый
Rosol 3	Мягкий сплав для соединения которым нужно использовать флюс. Температура плавления такого материала составляет 240 градусов Цельсия. Они применяют для сварки труб и проводов из меди. Также хорошо взаимодействует с тонкими металлами.
Rolot 94	Твердый припой. Материал высокого качества пайки, что предназначен для капиллярной и щелевой пайки труб, у которых нет фитинга. Помимо меди хорошо соединяется с красной бронзой и латунью. Температура плавления составляет от 730 градусов Цельсия, что предполагает использование только с толстыми заготовками. У него достаточно большой интервал между температурой плавления и кипения.
Rolot 2	Твердый припой. Относится к сплавам специального типа. В его составе имеется серебро. Используется для всех видов пайки меди и дает соединения высокого качества.

Виды припоев для пайки алюминия

Марка	Характеристики
Авиа 1	Используется практически для всех сплавов из алюминия и является универсальным расходным материалом. Благодаря низкой температуре плавления подходит для соединения проводов. Это мягкий сплав, температура плавления которого до 200 градусов Цельсия. Основой является олово (55%), а также в него входит цинк (25%) и кадмий (20%).
Castolin 190	Флюсованный твердый сплав, температура плавления которого составляет 580 градусов Цельсия. Используется как для соединения алюминиево-медных сплавов, так и для чистого алюминия. Состав обладает высокой текучестью и адгезией. Применяется для таких видов как капиллярное спаивания, так и с зазором. Марку часто используют для ремонта электроники и бытовой техники. Поставляется в прутках по 50 см.

Вилы припоев для пайки нержавейки

Марка	Характеристика
HTS528	Универсальный присадочный материал, подходящий для всех процедур по спаиванию нержавеющей стали различных сортов. Это твердый припой, температура плавления которого составляет 760 градусов Цельсия. Материал имеет флюсовое покрытие, которое придает ему красный цвет. Размер одного прутка составляет 45 см при весе в 20 грамм.
П-81	Это твердый припой, температура плавления которого составляет 650 градусов Цельсия. Припой часто используется профессионалами для ремонта. В составе встречается нержавеющая сталь, чугун, никель, серебро и прочее. Предел прочности наплавленного материала составляет 170 МПа. Поставляется в прутках по 59 см и диаметром около до 3 мм.

Выбор припоя

При подборке припоя нужно обращать внимание на температуру плавления материала. Она должна быть ниже, чем этот же показатель у основного материала, иначе он будет расплавляться, что приведет к изменению структуры

Но тут стоит учитывать и особенности эксплуатации, так как при низкой температуре плавления состав не сможет выдержать высокотемпературные режимы использования. Здесь уже больше подойдут твердые марки.

Также важен основной материал. Но здесь не всегда идет полное соответствие, как в сварке. К примеру, виды припоев для пайки медных проводов будут содержать медь в своем составе, но для пайки алюминия могут использоваться припои, в которых нет алюминия.

Для длительных операций, когда нужно много паять, лучше подбирать материал в длинных прутках, чтобы лишний раз не прерывать температурную обработку. Для домашней сферы лучше всего подходят проволочные припои и аморфные, так как их применение происходит периодически и в малых количествах.

ПОС 61

Состав

Характеристики материала

Температура начала плавления 183 градуса.
Температура расплава 190 градусов.
Плотность 8.5 г/куб см.
Удельное сопротивление — 0.139мкОМ/м.
Предел прочности — 4.3 Мпа.

Выпускается в нескольких разновидностях, которые отличаются исключительно по внешнему виду:

В виде проволоки — толщина сечения приблизительно 2 мм, наиболее удобный и распространенный вариант. Также может быть встречена проволока с флюсом внутри. Роль флюса выполняет сосновая канифоль, которая хорошо себя показывает при пайке электромонтажных соединений, так как не окисляет детали, в отличие от кислотных флюсов, после работы с которыми детали нужно тщательно промывать.
В виде паяльной ленты — припой в виде очень тонкой длинной ленты. Идеально подходит для быстрой пайки скруток и лужения проводов. Как и проволока, бывает с флюсом и без него.
В виде прутьев до 8 мм толщиной и приблизительно 40 см в длину. Данные прутики удобно использовать при пайке монтажных проводов и лужения жала паяльника. При желании их можно сделать самостоятельно, отливом в заранее изготовленные формочки.

Применение в быту и на производстве

Желая сохранить технические характеристики контактных площадок, производители используют защитные покрытия. HASL (ПОС-63 и ПОС-61) – это наиболее распространенное финишное покрытие. Сплав является специализированным эвтектическим свинцово-оловянный припоем. Процентное содержание свинца — 61% или 63%.

Принцип работы припоя

Задача этого состава для пайки — скрепить металлические элементы, проводники или создать герметичную поверхность, закрывающую, например, отверстие в металле. Принцип действия основан на низкой температуре плавления. При нагревании до 180 и более градусов состав становится пластичным и даже текучим. Спаиваемые металлические элементы при этом остаются жесткими, так как начинают плавиться при более высоких температурах. Например, сталь становится пластичной при 1300 °C.

Наиболее эффективными легкоплавкими металлами оказались олово и свинец. Они сравнительно дешевы, обладают хорошими антикоррозийными свойствами. Но главное — легко плавятся при температуре чуть выше 200 °C.

Перед пайкой место проведения работ обрабатывается флюсом. Он позволяет удалить оксидную пленку и улучшает адгезию сплава олова и свинца со спаиваемыми деталями. Состав разогревается и наносится на место спайки. А после охлаждения затвердевает.

Припой обладает высокой токопроводностью. Удельное сопротивление олова сравнимо с аналогичным показателем железа — 0,114 Ом×мм2/м. Это позволяет рекомендовать его для пропайки контактов печатных плат, радиодеталей и микросхем.

Сплав устойчив к коррозии. Он защищает от коррозийных процессов место спайки проводников. Контакт между ними сохраняется долгое время даже при сложных условиях эксплуатации платы: повышенная влажность, отрицательные температуры.

При спайке фитингов труб, в том числе медных, припой выполняет две функции:

обеспечивает прочность соединения;
позволяет сделать шов герметичным.