Припой – это металл или сплав, который вводится в зазор между соединяемыми деталями или образуется между ними в процессе пайки

Технологическая характеристика припоев для пайки

Лекция 8

Анализ равновесных диаграмм состояния позволяет определить основные направления выбора систем легирования для создания припоев, обеспечивающих совместимость с паяемым металлом и возможность бездефектной пайки.

Технологические характеристики припоев определяются в зависимости от природы паяемого материала и условий пайки. Температура автономного плавления припоя должна быть ниже температуры плавления паяемых материалов. Расплавленный припой в присутствии защитной среды, флюса или вакуума должен смачивать паяемую поверхность и растекаться по ней, обеспечивать необходимые прочностные характеристики, пластичность, герметичность, не образовывать с паяемым металлом коррозионно - активной пары. Коэффициенты термического расширения припоя и паяемого материала не должны резко отличаться. Кроме того, припои должны обладать специальными свойствами (теплопроводностью, электропроводностью), необходимыми для работы паяных соединений.

По содержанию основного компонента припои разделяются на медные, медноцинковые, галлиевые, индиевые, висмутовые, оловянные, оловянно-свинцовые, кадмиевые, свинцовые, цинковые, алюминиевые, германиевые, магниевые, серебряные, кобальтовые, никелевые, марганцевые, золотые, палладиевые, платиновые, титановые, железные, циркониевые, ниобиевые, молибденовые, гафниевые.

По температуре автономного плавления припои разделяются на особолегкоплавкие (Т_пл £ 145 ⁰С), легкоплавкие (Т_пл =145 ⁰С ¸450⁰С), среднеплавкие (Т_пл =450 ⁰С ¸1100⁰С), высокоплавкие (Т_пл =1100 ⁰С ¸1850⁰С), тугоплавкие (Т_пл ³1850⁰С).

К самым легкоплавким сплавам относится эвтектика ртуть-висмут, содержащая 0,1% висмута, с температурой плавления -38,87⁰С. Однако сплавы с температурой плавления ниже нуля в качестве припоев не применяются.

Температуру плавления от 3 до 27,3⁰С имеют сплавы на основе галлия, которые используются в качестве припоев.

Температуру полного расплавления от 46,7 до 144⁰С имеют висмутовые припои; например эвтектику с температурой плавления 46,7⁰С имеет сплав состава 44,3%Bi - 5,3%Cd - 22,6%Pb - 8,3%Sn - 19,5%Zn, эвтектику с температурой плавления 144⁰С имеет сплав состава 60%Bi-40%Cd.

Индиевые припои имеют наименьшую температуру плавления 90⁰С (эвтектика 44,2%In - 2%Cd - 41,4%Sn - 0,8%Zn). Двойной сплав 98%In-2%Zn плавится при температуре 141⁰С.

Эвтектические сплавы с температурой плавления в интервале 145-183⁰С - это сплавы системы Cd (18-32%) - Pb (32-66%) - Sn (2-67%) - Ti (5-43%).

К припоям с температурой плавления 400-600⁰С относятся припои на основе магния и алюминия. Они применяются только для пайки соответствующих сплавов.

Ряд сплавов на основе серебра (например системы 60-70%Ag -20%Cu-10-20%Sb-2%P) имеет температуру плавления 480-520⁰С; они могут быть использованы только для пайки слабонагруженных медных изделий.

Температуру плавления в интервале 422-500⁰С имеют сплавы на основе алюминия с германием и кремнием состава 60-64%Al - 31-36%Cu -3-5%Si.

По способности к флюсованию припои подразделяются на флюсуемые и самофлюсующие. Припои, которые можно применять без флюса, называются самофлюсующими. В состав таких припоев вводят элементы-раскислители, восстанавливающие окислы на поверхности паяемого металла – фосфор, бор, литий. В процессе пайки самофлюсующими припоями образующиеся окислы оказывают защитное действие и препятствуют приниканию кислорода к месту пайки.

В самофлюсующие припои на основе меди или серебра вводят более 1% фосфора (до 7%Р). В припои на основе меди и серебра вводят 0,1-1,3% лития. Припои, содержащие литий, хорошо растекаются по паяемой поверхности, для предупреждения окисления лития в процессе пайки в состав припоя вводят небольшие количества никеля и цинка. Припои, содержащие значительные количества лития и бора, применяют для пайки сталей без флюса; припои с небольшим количеством лития и бора могут применяться для пайки стали только в инертной среде.

При пайке самофлюсующими припоями рекомендуется проводить быстрый нагрев во избежание выгорания лития и фосфора; чаще всего используют индукционный нагрев либо нагрев методом электрического сопротивления.

Медные припои. Медь (марок М0, М1, М2) и сплавы на ее основе используют для пайки изделий из углеродистых и многих легированных сталей, никеля и его сплавов.

Соединения, паяные медью, имеют высокую коррозионную стойкость и выдерживают высокие механические нагрузки. Пайку медью выполняют при индукционном нагреве или в печах с защитной атмосферой. Для пайки обычно применяют техническую медь в виде проволоки, фольги, лент и порошка; температура пайки Т _п =1150-1200⁰С.

Чистая медь наиболее часто используется при пайке в вакууме, поскольку обладает низкой упругостью пара.

При пайке кислородосодержащей медью в окислительной среде следует опасаться появления пор и кристаллизационных трещин вследствие образования эвтектики CuО - Cu₂О.