Галлиевые припои с температурой плавления 150-1600С используют для пайки магния и сплавов

Кадмиевые припои, содержащие магний и никель, используют для пайки изделий, работающих при повышенных температурах (280-300 0С). Легирование припоев на основе кадмия серебром и цинком повышает термостойкость паяных соединений при пайке изделий из меди до 250-3000С. Технологические свойства кадмиевых припоев низкие, пайка ими затруднена. Кадмиевые припои применяют для пайки меди, медных сплавов, омедненных сталей и алюминия.

Цинковые припои, легированные Sn, Sb, Pb, Cd, склонны к развитию в швах межкристаллитной коррозии, поэтому при изготовлении припоев следует использовать только очень чистый цинк (99,99%Zn).

Припои на основе олова, содержащие серебро, сурьму, медь, показывают высокую коррозионную стойкость и применяются для пайки медных и латунных электропроводов (электрооборудования), работающих во всех климатических условиях без защиты соединений лакокрасочными покрытиями.

Оловянные припои. Олово и свинец в отдельности очень редко используют в качестве припоев. Хотя олово обладает высокой коррозионной стойкостью, использовать его для пайки нецелесообразно, поскольку оно, как и свинец, имеет низкий предел ползучести, а при низких температурах чистое олово может претерпевать аллотропическое превращение, переходя в серый порошок.

Алюминиевые припои. Для пайки алюминиевых сплавов применяют припои на основе алюминия, цинка и олова. Припои на основе алюминия обеспечивают получение паяных соединений с высокими коррозионными и механическими свойствами, однако они имеют сравнительно высокую температуру плавления (до 600-6300С), что затрудняет проведение пайки. В припои на алюминиевой основе вводят кремний, серебро, медь, цинк, кадмий.

Меднофосфорные припои. Сплавы меди с фосфором (4-9%Р) применяют для замены более дорогих серебряных и медноникелевых припоев при пайке меди и ее сплавов. Меднофосфорные припои обладают самофлюсующими свойствами и позволяют производить пайку меди и некоторых ее сплавов без применения флюса.

Для пайки углеродистых сталей и меди используют латуни Л63 и Л68. Латуни МцН48-10, ЛК62-05, ЛКН56-03-6 используют для пайки чугуна. Наличие в латунных припоях никеля способствует упрочнению паяных соединений, поскольку препятствует образования хрупкой диффузионной прослойки на границе спая чугун-припой. Наиболее высокими технологическими свойствами обладают припои-латуни марок ЛОК62-06-04 и ЛОК59-1-03.

Медь обладает высокой жидкотекучестью, легко затекает в узкие капиллярные зазоры, в качестве припоя обеспечивает получение соединений протяженностью более 15-20 мм. Медное технологическое покрытие на паяемой поверхности толщиной 5-15 мкм наносят предварительно на паяемые поверхности при пайке стальных изделий в вакууме или защитных средах.

Основой медных припоев обычно являются системы Cu-Zn, Cu-P, Cu-Ni, Cu-Mn-Ni.

Медноцинковые припои представляют собой двойные сплавы меди и цинка в различных соотношениях. Наиболее используются сплавы, содержащие менее 39% Zn и имеющие однофазную структуру (a - твердый раствор). Увеличение содержания цинка в припое снижает его пластичность Недостатком медноцинковых припоев является сильное испарение цинка при пайке, это приводит к повышению температуры пайки и к образованию пористости в паяных швах. В результате испарения цинка ухудшается прочность паяных соединений, припой становится более тугоплавким и менее жидкотекучим, это приводит к плохому заполнению зазора и снижению надежности работы паяных соединений. Вследствие высокой летучести цинка пайку медноцинковыми припоями в газообразных защитных средах и вакууме не производят. Для уменьшения испарения цинка пайку латунью производят обычно с применением боросодержащего флюса при быстром нагреве с небольшой выдержкой, не рекомендуется паять изделия большого сечения.

Для улучшения технологических характеристик припоев проводят легирование оловом и кремнием (до 1%); добавка олова снижает температуру плавления припоя и увеличивает его жидкотекучесть, добавка кремния уменьшает испарение цинка. Припои с небольшим количеством олова и кремния имеют более высокие технологические свойства и обеспечивают высокую герметичность и плотность паяных швов.

Однако введение олова и кремния в больших количествах охрупчивает латуни и не позволяет получать пластичные паяные соединения. Многокомпонентные латуни (легированные в небольших количествах никелем, железом, марганцем и кремнием) применяют для пайки тяжелонагруженных изделий (например паяного режущего инструмента - резцов,фрез) при необходимости обеспечения высокой пластичности и прочности паяных соединений при повышенных температурах.

Медноцинковые припои (за исключением припоев, содержащих кремний и бор) не используют при пайке коррозионно-стойких сталей типа Х18Н10 из-за образования трещин в паяных соединениях. Введение кремния и бора блокирует распространение трещин по границам паяемого металла за счет образования боридов и силицидов железа в паяных швах.

Сплав меди с 7,5-11% фосфора обладает высокой жидкотекучестью и низкой температурой плавления (эвтектика Cu-P образуется при температуре 707⁰С при содержании 8,25% Р) и применяется как заменитель серебряных припоев при бесфлюсовой пайке меди и сплавов.

Однако пайку сталей и чугунов медно-фосфорными припоями следует проводить только по предварительно нанесенному технологическому медному или никелевому покрытию, поскольку при их непосредственному контакте происходит образование хрупких фосфидов железа и паяные соединения не могут работать при ударных, вибрационных и изгибающих нагрузках.

Для снижения температуры плавления и увеличения пластичности в эвтектический сплав медь-фосфор добавляют олово и цинк. Высокая электропроводность и хорошие технологические свойства медно-фосфорных сплавов с сурьмой и никелем обеспечивают применение их в электротехнической промышленности для пайки электропроводящих жил. При пайке латуни Л63, нейзильбера, алюминиевой бронзы, медноникелевых сплавов меднофосфорными припоями необходимо применять боросодержащие флюсы.

Повышению технологических характеристик меднофосфорных припоев способствует легирование в небольших количествах оловом, цинком,сурьмой, серебром, никелем. Недостатком меднофосфорных припоев является способность их к ликвации и образование ликвационной пористости.Особенностью процесса пайки является необходимость быстрого нагрева места пайки.

Меднофосфорные припои, легированные серебром, пластичны и легкоплавки, их используют при пайке изделий из меди с закрытыми соединениями, в случае, если удаление остатков флюса произвести невозможно.

Наилучшей коррозионной стойкостью обладают припои системы алюминий-кремний с содержанием 4-13%Si. Обычно в качестве припоев используют сплав эвтектического состава с содержанием около 12% Si с температурой плавления 577⁰С.

Температуру пайки алюминиевым припоем можно снизить при легировании медью: наиболее низкой температурой обладают припои с содержанием 28%Cu, в которых образуется тройная эвтектика с температурой плавления 525⁰С. Все припои системы Al-Si-Cu пригодны для пайки алюминия и его сплавов, имеющих довольно высокую температуру плавления (АВ, Амц, Амг) и непригодны для пайки дуралюмина (Д1, Д16), не допускающих нагрева выше 505⁰С.

Для улучшения технологических характеристик алюминиевых припоев и снижения температуры их плавления сплав легируют цинком. Такие припои можно использовать для пайки дуралюмина.

Наибольшее распространение имеют припои с 30-60%Sn. Оловянные припои легируют цинком, кадмием, алюминием. Небольшие присадки цинка (до 9%Zn) в олово снижает температуру плавления припоя до 199⁰С. Припои с содержанием 10-40% Zn применяют для ультразвуковой и абразивной пайки алюминия. Введение серебра в оловянно-цинковые припои измельчает зерно и повышает коррозионную стойкость.

Для пайки изделий из алюминиевых и магниевых сплавов применяют двойные сплавы олова с цинком с содержанием цинка от10% до 25%, более высокое содержание цинка используют при наличии в сплавах добавок кадмия, алюминия и серебра.

Кадмий снижает температуру плавления оловянно-цинкового сплава, его вводят в оловянные припои до 30-35%. Сильно снижают температуру плавления оловянно-цинкового сплава добавки индия и галлия.

Оловянные припои обладают высокой пластичностью, прочностью, теплопроводностью и коррозионной стойкостью. Их применяют для пайки радиотехнической и электронной аппаратуры, реботающей в различных климатических условиях.

Оловянно-свинцовые припои используют для низкотемпературной пайки сталей, никеля, меди и ее сплавов. Они обладают высокими технологическими свойствами, пластичны и при выполнении пайки не требуют дорогостоющего оборудования.

Сплав эвтектического состава (61,9% Sn) имеет минимальную температуру плавления (183,3⁰С).

Оловянно-свинцовые припои и соединения, паяные ими, при охлаждении до низких температур изменяют свои механические свойства-охрупчиваются, снижается пластичность припоев, одновременно возрастает их прочность.

Соединения, паянные оловянно-свинцовыми припоями, имеют низкую коррозионную стойкость во влажной среде; для работы во влажной среде паяные соединения следует защищать лакокрасочными покрытиями.

При пайке припоями с высоким содержанием олова при низких температурах происходит аллотропическое превращение олова с образованием хрупкой модификации, снижающей прочность соединения. Легирование оловянно-свинцовых припоев сурьмой до 2,5% повышает предел ползучести, снижает склонность к старению и предотвращает аллотропические превращения олова, однако повышенное содержание сурьмы снижает смачивающую способность припоев, а при пайке цинка, латуни, оцинкованного изделия сурьма, соединяясь с цинком, уменьшает прочность соединения.

Для улучшения технологических и прочностных свойств в оловянно-свинцовые припои добавляют висмут, кадмий, индий и другие компоненты. Присадка кадмия и индия способствует получению более твердых и коррозионно-стойких припоев, пайка этими припоями может производиться паяльником. Оловянно-свинцовые припои с индием и кадмием применяют для пайки радиоэлектронной аппаратуры и изделий с покрытием благородных металлов.

Для пайки алюминия применяют припои с добавкой цинка и кадмия; соединения, паянные этими припоями, стойки против коррозии, имеют высокую пластичность и легко обрабатываются резанием.

Свинцовые припои. Чистый свинец в качестве припоя мало пригоден, потому что со многими металлами (Fe, Cu, Co, Ni, Al, Zn) не образует паяных соединений достаточной прочности.

Припои на основе свинца легируют висмутом, кадмием, оловом, серебром.

Висмут и кадмий понижают температуру плавления сплава и обеспечивают получение твердых и коррозионно-стойких швов.

Свинцовые припои с содержанием до 3%Ag обладают высокой пластичностью и хорошими технологическими свойствами, имеют большую термостойкость, чем оловянно-свинцовые припои; припои, легированные серебром, используют при пайке меди и латуни паяльником.

Припои на основе свинца обладают низкой сопротивляемостью ползучести при повышенных температурах. Для повышения сопротивляемости ползучести в состав припоев вводят элементы, упрочняющие свинец (Sb, Na, Zn, Ag).

Паяные соединения из меди и латуни, выполненные припоями на основе свинца, имеют низкую коррозионную стойкость при работе во влажной среде. Отличие составляют припои, легированные фосфором и индием, которые обеспечивают высокую коррозионную стойкость соединений.

В качестве припоев применяют сплавы свинца с висмутом, индием, сурьмой, кадмием, оловом, цинком, серебром. Висмут и кадмий понижают температуру плавления сплава и способствуют получению более плотных и коррозионно-стойких соединений. Для уменьшения окисляемости припоя и измельчения зерна в свинцовые припои добавляют 0,5% мышьяка. Для пайки кремния применяют свинцовые припои, легированные медью, марганцем, германием или никелем:8%Cu –2%Mn -Pb; 8%Cu- 5%Ni –Pb.

Индиевые припои. В качестве низкотемпературных припоев используют сплавы индия с оловом, цинком, кадмием. Индий наряду с низкой температурой плавления (Т_пл = 156,4⁰С) обладает хорошей смачивающей способностью по отношению к металлу, стеклу, керамике, полупроводникам.

Припои на основе индия используют при пайке вакуумных соединений, стеклянных и кварцевых изделий, узлов криогенной техники, полупроводниковых материалов с малым переходным сопротивлением.

Припои обладают высокой коррозионной стойкостью в щелочных растворах, высокой пластичностью и хорошей смачивающей способностью поверхности металлов и неметаллических материалов, возможно использовать для пайки материалов с различными ТКЛР.

Хорошую смачивающую способность при пайке германиевых элементов и полупроводниковых материалов показывают припои системы In-Cd эвтектического состава (74% In и 26% Cd). При добавлении 1-2%In в припой ПСр2,5 значительно улучшается смачивание, оловянно-свинцовые припои, содержащие 25% индия, обладают высокой коррозионной стойкостью в щелочах, поэтому несмотря на дефицитность индия, индиевые припои используют для соединения металлов с неметаллическими материалами.

Цинковые припои. Припои на основе цинка характеризуются низкой пластичностью и прочностью, плохой растекаемостью и затеканием в зазор.

Пластичность цинковых припоев повышают введением серебра (1-5%) и меди (2-3%), а растекаемость – введением кадмия, свинца и олова.

Основное применение цинковых припоев – пайка алюминия и его сплавов, для пайки сталей они не пригодны. Двойные эвтектические сплавы цинка с оловом (эвтектика образуется при содержании 91% олова, температура образования эвтектики:Т_эвт =199⁰С), кадмием (83%кадмия,Т_эвт = 266⁰С) и алюминием (17% алюминия,Т_эвт = 382⁰С) могут быть использованы в качестве припоев.

Для пайки изделий из алюминиевых и цинковых сплавов применяют припои на основе цинка с оловом. При пайке алюминия большое значение имеет коррозионная стойкость пары алюминиевый сплав – припой, наиболее надежными в этом отношении являются двойные и многокомпонентные сплавы цинка с алюминием, кадмием и магнием.

При содержании более 30% Sn припои обладают наиболее высокой прочностью и пластичностью, технологичны, однако соединения, паяные этими припоями, имеют низкую коррозионную стойкость во влажной атмосфере. Для повышения технологических свойств припои легируют алюминием, кадмием, медью, марганцем.

Ниже приведены составы наиболее используемых припоев и флюсов для низкотемпературной пайки алюминия и алюминиевых сплавов (системы Al-Mg, Al-Mn).

Припои (состав в вес.%): П200А - (Sn90, Zn10); Т_п =200°С; П250А – (Sn80,Zn20), Т_п =200-280°С; П300А-(Zn60, Cd40), Т_п =340°С; П 425- (Zn65, Al20, Cu15), Т_п =455°С.

Пример состава флюса (вес.%): 10 фторбората кадмия; 2,5 фторбората цинка; 5 фторбората алюминия; 82 триэтаноламина. Интервал активности 150-320°С.

Кадмиевые припои. Используют двойные или многокомпонентные сплавы кадмия с цинком, серебром, оловом, магнием, никелем, свинцом и индием для пайки меди, латуни, алюминия.

Основное их достоинство-более высокая по-сравнению с оловяно-свинцовыми припоями прочность и пластичность.

Висмутовые припои. Висмут - металл, имеющий низкие пластичность и прочность, обладает склонностью к образованию трещин при затвердевании.

Однако сплавы с большим содержанием висмута применяют в качестве припоев благодаря низкой температуре плавления – 46-167⁰С. Для этих припоев характерно увеличение в объеме при переходе из жидкого состояния в твердое и при дальнейшем охлаждении. Висмутовые припои плохо смачивают поверхность большинства металлов, хрупки и обладают низкой прочностью, поэтому перед пайкой на паяемые поверхности наносят технологические покрытия (Zn,Cu, Sn-Pb). Висмутовые припои используют в основном для пайки меди и латуни при необходимости выполнять процесс пайки при небольшом нагреве, при пайке плавких предохранителей. Висмутовые припои легируют кадмием, свинцом, оловом, цинком, индием, галлием для снижения температуры плавления и обеспечения необходимых свойств.

Галлиевые припои. Галлий имеет низкую температуру плавления (29,8⁰С), хорошо смачивает поверхность металлов, образует эвтектику со многими металлами – оловом, индием, кадмием, цинком, свинцом, алюминием, обладает необычайно большой способностью проникать по границам зерен металла, вызывая охрупчивание паяных соединений.

Подобное действие оказывают галлиевые припои при пайке металлов, которые значительно растворяются в припое и не образуют с ним легкоплавких эвтектик. Эвтектические сплавы галлия с индием, оловом, цинком и таллием имеют температуру плавления ниже 30⁰С и могут быть использованы в качестве припоев.

Припои-пасты на основе галлия (композиционные припои) при температуре 20-30 ⁰С состоят из пастообразной смеси галлиевого сплава с порошком металла-наполнителя. Такая паста некоторое время сохраняется при комнатной температуре в твердо-жидком состоянии, а затем затвердевает подобно амальгамам, образуя сплав, температура плавления которого значительно выше температуры галлия. Галлиевые припои-пасты могут быть использованы для соединения металлов и металлов с неметаллами при незначительном нагреве.

Галлиевые припои - пасты получают путем смешивания жидкого галлия с порошками металлов.Особенностью этих припоев является то, что, затвердевая при Т=+20⁰С, они сохраняют свои свойства и при более высоких температурах. Время затвердевания припоев зависит от состава сплава и составляет от нескольких минут до нескольких часов, в результате затвердевания образуется соединение, обладающее высокой механической прочностью и стойкостью против коррозии. Припои применяют для пайки чувствительных к нагреву микроэлементов в электронике, для соединения драгоценных камней. Сплавы порошка меди с жидким галлием используют для изготовления припоев-паст при сложной монтажной пайке без флюса, для изготовления сложнонагруженных узлов, деталей электровакуумных приборов, работающих при температуре до 1000⁰С без нарушения вакуумной плотности. Наполнителем припоев-паст служат тонкодисперсные порошки меди, никеля с добавками индия и олова.