Справочник по пайке

Справочник по пайке

Петрунин И.Е

Машиностроение, 1984 г.

ПРИПОИ    И    ПАЯЛЬНЫЕ   СМЕСИ

 

Качество паяного соединения наряду с другими факторами зависит от используемого припоя, к которому предъявляют    следующие    требования:

температура плавленияприпоя должна быть ниже температурыплавления соединяемых материалов;

припой должен обладать хорошей жидкотекучестью, смачивать поверхности соединяемых материалов, растекаться по ним, проникать в узкие зазоры;

за счет растворно-диффузионных процессовприпой должен образовывать с соединяемыми материалами сплав, обеспечивающий прочную связь в зоне спаев;

коррозионная стойкость припоя, паяных швов и паяемого материала должна быть примерно одинакова во избежание образования микрогальванических   пар   (электрокоррозии);

ТКЛР припоя и соединяемых материалов должны быть максимально близки во избежание образования остаточных напряжений и трещин в паяном соединении;

припой не должен в значительной степени снижать прочность (статическую и вибрационную) и пластичность соединяемых материалов, а также способствовать их хрупкому разрушению.

Помимо общих требований к припоям в зависимости от их использования может предъявлять я ряд специфических требований, например по электропроводности, теплопроводности, коррозионной стойкости в специальных средах, деформации в горячем   и  холодном   состояниях   и   др.

Припои классифицируют по следующим признакам:

по химическому составу — медные, серебряные, золотые, палдадиевые, платиновые, никелевые, железные, марганцевые, магниевые, оловянно-свинцовые,   индиевые, nbsp;  цинковые    кадмиевые, nbsp;  висмутовые, nbsp;  галлиевые, nbsp;  титановые и др.;

по технологическим свойствам — самофлюсующие, которые имеют лучшие технологические свойства за счет частичного удаления припоем окислов с паяемой поверхности, и композиционные — состоящие из смеси тугоплавких и легкоплавких порошков, позволяющих производить пайку узлов с большими зазорами;

по содержанию активизирующих компонентов (титана, циркония и др.), повышающих смачиваемость припоем окисленных поверхностей паяемых материалов;

по температуреплавления — к низкотемпературным припоям относят припой с Тпл<450 С, к высокотемпературным — с Тпл>450°С. Низкотемпературные припои выплавляют на основе олова, висмута, кадмия, свинца, цинка, индия. Высокотемпературные припои в основе имеют медь, серебро, никель, кобальт, железо, алюминий и др.;

по сортаменту — пластичные припои изготовляют в виде полос, фольги, проволоки; хрупкие — в виде литых прутков, отливок, порошка, паст. Применяют также припои в виде стружки, сетки, колец, брикетов. Для удобств; использования оловянно-свинцовых припоев и повышения производительности труда последние иногда изготовляют в виде трубок заполненных   флюсом, nbsp;   или   пастой.

Высокотемпературные хрупкие припои изготовляют" в виде порошка, паст и эластичных лент на органической связке.

Медные припои

Медь (марок М0, M1, M2) и сплавы на ее основе широко применяют для пайки углеродистых и многих легированных сталей, никеля и его сплавов.

Медно-никелевые припои. Медь с никелем образует ряд твердых растворов (рис. 2). Для увеличения жаростойкости, прочности при повышенных температурах в медно-никелевые припои вводят хром, марганец, железо, кремний и алюминий (табл.   12—14).

Медно-цинковые припои для пайки коррозионно-стойких сталей типа 12Х18Н10Т из-за образования трещин в паяном соединении   не применяют.

Изделия из коррозионно-стойких сталей паяются припоями типа ВПр1, ВПр2 или ВПр4 в среде нейтральных газов или в вакууме (табл. 15). В этом случае не происходит заметного растворения основного металла, что позволяет применять их для пайки тонкостенных изделий.

Медно-фосфорные припои. сплавы меди с фосфором (4—9 %) имеют высокую жидкотекучесть и сравнительно   низкую   температуру   плавления, их применяют как заменители серебряных и медно-цинковых припоев при пайке меди и ее сплавов (рис. 3, табл. 16). Эти припои обладают самофлюсующими свойствами и позволяют производить пайку меди и некоторых ее сплавов без применения флюсов. При пайкелатуни Л63, нейзильбера, алюминиевой бронзы и медно-никелевых сплавов медно-фосфорными припоями необходимо применять борсодержащие флюсы.

Для пайкичугуна и сталей медно-фосфорные припои не применяют из-за образования хрупких фосфидов железа в паяном шве, что приводит к потере пластичности и охрупчиванию соединения.

Барьерные покрытия на паяемых поверхностях (никелирование, меднение) частично препятствуют образованию хрупких фосфидных прослоек и позволяют получать в отдельных случаях пластичные соединения.

Введение в эвтектический сплав Сu—Р олова и цинка снижает температуру его плавления и повышает пластичность (табл. 17).

Технологические свойства этих припоев повышают введением в их состав сурьмы, никеля, серебра. Эти припои нашли широкое применение в электротехнической промышленности (табл. 18 и 19).

Медно-фосфорные припои с серебром (табл. 20) более пластичные и легкоплавкие, их применяют для пайкиизделий из меди с закрытыми соединениями, где удаление остатков флюса произвести невозможно.

Недостатком этих припоев является способность их к ликвации и образованию ликвационной пористости. Припои требуют быстрого нагрева.

Медно-фосфорные припои, применяемые в США, указаны в табл. 21, 22.

Серебряные, золотые, палладиевые и платиновые

припои

Припои, содержащие серебро и золото, обладают повышенной тепло- и электропроводностью,   высокими   пластичностью, прочностью, коррозионной стойкостью и технологичностью. Поэтому эти припои нашли широкое применение при пайкеизделийвакуумной техники и конструкций, подвергающихся высоким механическим нагрузкам. Они хорошо смачивают металл и затекают в зазоры. Недостаток — высокая стоимость и дефицитность серебра и золота. Серебряные и палладиевые припои.

Серебро имеет температуруплавления 960 °С, в качестве припоя его применяют сравнительно редко. В промышленности используют припои на основе серебра с содержанием меди, цинка, кадмия, олова, фосфора и других элементов (табл. 23—25).

Высокая пластичность серебряных припоев с медью, состоящих из твердых растворов на основе серебра и меди (рис. 4), отсутствие компонентов с высоким давлением пара и низкая стойкость окислов послужили причиной их широкого применения при пайкеизделий из меди и стали, работающих в условиях повышенных статических и вибрационных нагрузок. При пайке этими припоями применимы существующие виды нагрева, флюсы, газовые среды и вакуум.

Особенно широкое применение получил припой ПСр 72 — сплав эвтектического состава, обладающий высокой технологичностью.

Припой ПСр 92, смачивая сталь, не проникает по границам ее зерен, не охрупчивает паяемый металл, вследствие чего не снижает механические свойства высокопрочных коррозионно-стойких сталей переходного класса, термически       обработанных      

Температура плавления серебряных припоев с медью может быть снижена путем введения лития незначительные добавки которого улучшают смачиваемость паяемой поверхности и придают припоям   свойства самофлюсования.

Серебряные припои с литием (табл. 26) позволяют производить пайку коррозионно-стойких сталей б печах с нейтральными газовыми средами и в вакууме при сравнительно низких температурах (850—900 °С) и получать паяные соединения с хорошим формированием шва.   Введение в серебряные припои наряду с медью цинка (рис. 5) снижает температуру их плавления, изменяет свойства и фазовый составсплавов (рис. 6, табл. 27).

Серебряные припои с медью и оловом (рис. 7) обладают сравнительно низким давлением пара, вследствие чего их применяют для пайкивакуумных приборов, изготовляемых из меди и стали (табл. 28).

Введение большого количества олова снижает температуру начала плавления и увеличивает интервал кристаллизации, что позволяет паять разнородные материалы, имеющие разные ТКЛР, без образования трещин. Дальнейшего снижения температурыплавленияприпоев на основе серебра достигают введением в их составкадмия (рис. 8) и цинка (табл. 29).

Кадмий очень сильно снижает температуруплавления припоев, одновременно увеличивая их жидкотекучесть (табл. 30).

Для повышения прочности и коррозионной стойкости при повышенных температурах в составприпоев вводят никель или никель в сочетании с марганцем, что положительно сказывается также и на их термостойкости (табл. 31).

Однако, серебряно-марганцовистые припои обладают   низкой   коррозионной стойкостью в условиях тропиков и солевого тумана.

Для пайкиметаллов или минерало-керамики применяют серебряные припои, nbsp;  активизированные титаном (8—25 %). В качестве такого припоя используют серебряный припой состава; 15 % Ag; 5 % Сu; 50 % Ni; 5 % Мn; 25 % Ti

Палладий, вводимый в качестве компонента для высокотемпературных припоев, значительно повышает их коррозионную стойкость, пластичность, а также способность растекаться и смачивать паяемую поверхность- Припои с палладием применяют для пайки самых разнообразных металлов: никелевых сплавов, золота, молибдена Циркония, титана, вольфрама, бериллия, коррозионно-стойких сталей, жаропрочных сплавов.

Добавка палладия в припоиприводит к снижению их способности проникать в паяемый материал и разъедать его, что позволяет производить пайку тонкостенных изделий. В качестве припоев применяют как двойные сплавысистемы серебро—палладий, обладающие высокой пластичностью, и многокомпонентные припои, в состав которых входят серебро, медь, никель, марганец и другие металлы.

Палладий с серебром образует ряд твердых растворов (рис- 9) с небольшим интервалом кристаллизации. Меняя соотношение палладия и серебра в припое, можно регулировать температуруплавления от 1000 до 1500 °С.

В отдельных случаях для монтажноепайкиизделий из высокопрочных, коррозионно-стойких сталей применяют золотые припои с никелем. Минимальная температураплавления этих сплавов при содержании 17,5 % Ni 950 СС (рис.   13).

Сплавы золота с никелем получили широкое применение в ракетостроении для пайки изделий, работающих при повышенных температурах, там где требуются от паяных соединений высокие физические, механические и жаропрочные свойства.

Для придания золотым припоям повышенной коррозионной стойкости и жаропрочности в их состав вводят

хром.

Припой с содержанием 6 % Сr и 22 % Ni c температуройплавления 975—1000 СС позволяет выполнять соединения деталей из коррозионно-стойких сталей, (удовлетворительно работающих    при    температурах    до

600 °С

Золотые припои применяют для пайкиплатины и ее сплавов, в этом случае в составприпоев вводят палладий, повышающий их смачивающую способность (табл. 39).

Для пайки стекла со стеклом или металлом используют сплавы золота с индием, который сильно снижает температуруплавления припоя.

Припой состава 80 % Аu и 20 % In имеет температуруплавления 550 С и пайки — 630 °С.

Платиновые припои обладают хорошей способностью смачивать металлы и высокой сопротивляемостью к окислению. В качестве припоев применяют сплавыплатины с золотом» иридием, родием, медью, никелем и Другими металлами.

Припой на основе платины используют для изготовлений изделий, работающих при высоких температурах.

Применение платиновых припоев для лайки металлов ограничивается высокой стоимостью платины, поэтому их используют для соединения трудно-паяемых изделий, например торий - вольфрамовой проволоки с молибденом в производстве    электронных     трубок.

Природа флюсов, их классификация

Паяльный флюс — вспомогательный материал, применяемый для удаления окислов с поверхности паяемого материала и припоя и предотвращения их образования (ГОСТ 17325—79).

Для обеспечения высокого качества паяного соединениясвойствафлюсов должны отвечать следующим требованиям:

вступать во взаимодействие с окислами, прежде чем расплавится припой. Для каждого флюса существует температура его активного действия, которая несколько превышает температуруплавления флюса, но она должна быть ниже температурыплавления припоя;

смачивать паяемый металл;

не вызывать коррозионного влияния на соединяемые детали и припой;

оказывать адсорбирующее действие на металл, снижая поверхностное натяжение жидкого припоя и улучшая его растекаемость по паяемой поверхности;

не менять своего химического состава при нагревании вследствие испарения отдельных компонентов (не снижать активность в предусмотренном интервалетемпературы пайки);

по возможности не содержать дорогостоящих   компонентов;

быть устойчивым в условиях транспортирования, хранения и применения.

Природа флюсов.

 В качестве флюсов используются различные одно- и многокомпонентные соединения. Наиболее эффективны многокомпонентные флюсы» в состав которых могут входить вещества, выполняющие различные функции [4]. Компонентыфлюса выбирают в зависимости от характера окисла на поверхности металла. Для кислого окисла флюс должен иметь основной характер;