книги из ГПНТБ / Лашко, Н. Ф. Вопросы теории и технологии пайки

ппгмрппйки юсток восток / месяц ' 2 месяца 3 месяца

189

Паяные соединения из алюминия и его сплавов, получен­ ные после абразивного или ультразвукового лужения с при­ менением припоев на основе олова с небольшим содержани­

ющего широкую область жидких и твердых растворов и сни­ жающего электродный потенциал припоя Sn—Zn в паре с АМц, несомненно должно уменьшать, а при значительных ко­ личествах и устранить склонность паяных соединений к ще­ левой коррозии.

Однако введение в олово 10—'20% цинка не устраняет склонности паяных соединений из АМц к щелевой коррозии; для этого необходимо введение в припой не менее 40—50% цинка, но в таком случае существенно повышается темпера­ тура ликвидуса Sn—Zn припоев, что приводит к повышению температуры пайки до 380—400° С.

Другим путем использования положительного влияния цинка при низкотемпературной пайке алюминия и его спла­ вов является применение цинковых покрытий на паяемом материале, наносимых предварительно гальваническим пу­ тем [30], плакировкой или лужением [31]. Эти способы дают положительный эффект, но усложняют технологический про­

0,8% Ge несколько повышает сопротивление срезу образцов из АМц после пайки и способствует повышению коррозионной стойкости примерно в течение первых двадцати суток испыта­ ний в тропическом климате и восьми суток в морском тумане. При большем времени испытания в тех же условиях добавки германия не оказывают существенного влияния на коррозион-

190

ную стойкость соединений из АМц, паяных абразивным спосо­ бом припоями 'Ш00А и П150А (ри,с. 41).

Одним из путей повышения коррозионной стойкости пая­ ных соёдиненнй из алюминиевых сплавов при пайке их легко­ плавкими припоями на основе олова является нанесениебарьерных покрытий металлов, имеющих большое сродство к алюминию и совместимого с оловянными припоями. Такимипокрытиями являются никелевые и медные [2].

В настоящее время пайка алюминиевых сплавов легко­ плавкими оловянными припоями применяется в соединени­ ях, не несущих больших нагрузок и не работающих в- агрессивных коррозионных средах и атмосферах. Такиесоединения работают длительно в вакууме, инертных газах или -после защиты специальными лакокрасочными покры-. тиями.

Коррозионная стойкость соединений, полученных с при­ менением припоев на цинковой и алюминиевой основах, до­ статочно высокая. Как показали исследования (табл. 20),. снижение сопротивления срезу соединений из сплавов АМц и

Таблица 20

Сопротивление срезу (кГ/мм2) образцов из сплавов АМц и АМг

паянных припоями ПСрбАКц и ПАІ\ц до и после коррозии (среднее из пяти образцов)

После испытаний в течение

** ПАКд: 20% А1; 0,15% Si; Zn — ост., Гп„. 420—450° Сі

19Ь

§3 . Совместимость меди и медныхсплавов и технологии пайки

К числу особенностей меди и ее сплавов, влияющих на сов­ местимость ее и технологии пайки, относятся: химическая стой­ кость их окислов; содержание во многих сплавах легкоиспа­ ряющихся элементов — цинка, кадмия, марганца; высокая теп­ лопроводность меди и ее сплавов; склонность кислородосодер­ жащей меди и некоторых ее сплавов к водородной хрупкости; повышенная способность меди образовывать интерметаллиды с некоторыми компонентами припоев; повышенная способность меди и ее сплавов к хрупкому разрушению в контакте с жид­ кими припоями; повышенная горячеломкость некоторых мед­ ных сплавов.

Условия обеспечения контакта припоя и паяемого материа­ ла. По трудности удаления окисн'ых пленок при пайке (по мере ее возрастания) медные сплавы можно разделить на следую­ щие группы: 1) чистая и техническая медь; 2) сплавы меди с цинком (латуни); 3) сплавы меди с оловом, кадмием, железом, никелем (бронзы); 4) сплавы меди с хромом (бронзы).

На меди образуются два окисла: СиО и Си20. Поверхностьмеди при комнатной температуре покрывается тонким слоем окисла Си20 . Окалина при высоком нагреве меди двухслой­ ная: верхний слой состоит из СиО, н и ж н и й — Си20. Рентгеноструктурное исследование окалины показало, что она состоит, главным образом, из — СиО и в меньшей степени — из CugO. На латуни, содержащей до 15% Zn, окислы состоят из Си20 с внедренными в нее частицами Zn, а на латуни, содержащей не менее 20% Zn, слой окисла состоит, главным образом, из ZnO. Пайка меди, а также латуней с небольшим количеством цин­ ка (томпак) и бронз, легированных никелем, оловом, железом, считается относительно легко выполнимым процессом. Окисные пленки, образующиеся на них, легко удаляются механиче­ ски, а также в невысоком вакууме (-10-1 торр) и в аргоне при нагреве (500—600°С). Пайка этих материалов легкоплавкими припоями может быть успешно произведена как с флюсами, состоящими из хлоридов аммония, цинка и щелочных метал­ лов, так и с активированными флюсами ЛК2, ЛТИ-120 и дру­ гими, а меди — также с канифолы-ю-спиртовым флюсом.

Остатки флюсов, содержащих хлориды металлов или ам­ мония или гидразина, способствуют кррозин паяных соедине­ ний и должны быть удалены после пайки.

На медных сплавах, содержащих кремний, обнаружены си­ ликаты, на оловянистых бронзах во внутреннем слое окалины обнаружен окисел Sn20, а па медно-никелевых сплавах, со­ держащих 7% и более никеля, во внутреннем слое окалины содержится окисел NiO, а во внешнем — окислы меди. На мед­ ных сплавах, легированных алюминием, бериллием, кремнием

ибольшими количествами цинка, присутствуют окислы этих элементов, характеризуемые высокой химической стойкостью

ивысокой свободной энергией образования. Поэтому перед пайкой латуней, бериллиевых, кремнистых и особенно алю­ миниевых бронз производится особо тщательная обработка поверхности. Окислы кремния, бериллия, алюминия перед пай­ кой удаляются во фтористоводородной кислоте или в смеси соляной и азотной кислот, после чего поверхность сплавов не­ медленно защищается слоем достаточно активного флюса.

Алюминиевые, кремниевые и марганцовистые бронзы лег­ коплавкими припоями паяют с химически активными флюса­ ми: 1) равные части соляной кислоты и хлорида цинка (25% воды); 2) ортофосфорная кислота (в частности, для пайки марганцовистой бронзы). Для активности флюсов при пайке алюминиевой бронзы к смеси буры, борного ангидрида, фто-

194

рядов и фторборатов рекомендуется добавлять 15% хлорида цинка; флюсы без хлорида цинка вызывают образование чер­ ной пленки на поверхности сплава. Бронзы со значительным содержанием алюминия (например, Браж—9-4, содержащая 9—11% А1 и 4% Fe) не удается паять или облудить даже с применением водного раствора ZnGI2. В этом случае сначала наплавляют на бронзу латунь ЛО'К'59, а затем производят лужение.

При невозможности удаления остатков коррозионно-актив­ ных флюсов после пайки применяют предварительное луже­ ние паяемой поверхности с высокоактивными флюсами; затем тщательно смывают их остатки, просушивают детали, а пайку изделия в сборе производят с канифольно-спиртовым флюсом. Паяные изделия, предназначаемые для работы в условиях вы­ сокой влажности и повышенных температур, также целесооб­ разно предварительно гальванически никелировать. Одним из. наиболее активных флюсов для пайки бронз легкоплавкими припоями, в том числе алюминиевых и бериллиевых, является флюс 38Н, остатки которого должны быть также тщательноудалены после пайки. Бронзы с небольшим содержанием алю­ миния или бериллия могут быть запаяны с применением флю­ са ЛТИ 120, а также с гидразнновым флюсом ,(5%-ный водный раствор гидразина).

Для пайки бронз высокотемпературными припоями в пла­ мени горелок, токами высокой частоты и другими способами нагрева, пригодны флюсы из буры, борного ангидрида, фтори­ дов и фторборатов, активированные хлоридом цинка (=^15%). Пайка этих сплавов в печах в среде инертных газов или не­ высоком вакууме также производится с применением неболь­ шого количества солевых флюсов (табл. 22, №№ 284, 209, 200)..

В некоторых случаях возможна бесфлюсовая пайка меди. Пайка меди с нагревом ТВЧ припоями ПОС61 и ПОС40 в вакууме происходит только по предварительно облуженной поверхности с некоторым наплывом припоя; при этом вакуум не должен быть выше (10-1 торр), так как в вакууме с разре­ жением (10_2-=-10-3 торр) оловянно-свинцовые припои возгоня­ ются.

При достаточно быстром нагреве ТВЧ, электроконтактом и т. п., пайка меди и бронзы БрХ0,8 может быть произведена на воздухе с применением самофлюсуемых припоев, содержа­ щих фосфор — фосфористой бронзы МФЗ, серебряного припоя ПСр71, ПСр25Ф. При этом применяют относительно широкие зазоры. Однако фосфористые припои не пригодны для пайки

латуней, богатых цинком, так как при этом образуются мало­ пластичные паяные соединения из-за прослоек хрупкого интерметаллида ZnP2.

Пайка меди и хромистой бронзы БРхО,8 в среде проточного аргона может быть успешно произведена с применением самофлюсующего серебряного припоя ПСр72ЛНМ. Пайка меди и некоторых ее сплавов, не содержащих алюминия, бериллия и значительных количеств хрома или цинка, может происходить в аргоне, газовых флюсах, сухом азоте и вакууме.

При нагреве под пайку медных сплавов, содержащих легкоиспаряющиеся и легкоокисляющиеся элементы (цинк, кад­ мий), в пламени газовых горелок, в печах и т. п. происходит испарение и окисление этих элементов, что ухудшает растекаемость припоев и способствует порообразованию. Испарение кадмия и цинка из припоев в процессе нагрева под пайку мо­ жет привести к существенному повышению температуры их расплавления. Поэтому даже при пайке в сухих восстанови­ тельных и защитных газовых средах и в вакууме медных сплавов, легированных, легкоиспаряющимися и легкоокисля-

■196

ющимися компонентами, или при применении припоев, содер­ жащих такие элементы, как цинк (марганец, кадмий) для за­ щиты сплава от испарения применяются активные флюсы.

Склонность кислородосодержащей меди и некоторых мед­ ных сплавов к водородной хрупкости при нагреве в печах в среде водорода приводит к образованию в меди воды и, как следствие этого, развитию пористости в металле. Поэтому та­ кие сплавы не паяют в газовых средах, содержащих водород.

Способность припоев к смачиванию, растеканию по меди и ее сплавам и затеканию в зазор. Наилучшей способностью к смачиванию и затеканию в зазор при пайке меди и ее сплавов среди легкоплавких припоев обладают оловянно-свинцовые припои. При затекании в зазор наиболее технологично олово, наименее технологичен — свинец.

Свинцово-серебряный припой ПСрЗ (эвтектика 3,5% Ag,. Pb — остальное) отличается относительно низкой способ­ ностью к растеканию, затеканию в зазор и смачиванию по­ верхности меди ы латуни. Введение в припой до 5% олова (ПСр2,5) несколько улучшает эту способность эвтектики РЬ— Ag. Паяные швы, выполненные свинцовыми припоями, при комнатной температуре обладают наиболее низким сопротив­ лением срезу.

Кадмиевые припои, так же как и свинцовые, обладают бо­ лее низкой способностью к смачиванию и затеканию в зазор по сравнению с оловянно-свинцовыми припоями. Поэтому пайка с ними требует специального навыка. Известные цинко­ вые припои, применяемые для пайки алюминия, легированные значительными количествами алюминия или алюминия и ме­ ди, плохо растекаются по меди и латуни даже при применении такого активного флюса, как водный раствор хлористого цин­ ка. Сопротивление срезу соединений из меди, паянных припоя­ ми такого типа, достигает всего лишь 1,5 кГ/мм2.

Цинковые припои, легированные медью (2,5—5%) и сереб­ ром (5—35%), также плохо растекаются по меди и латуни. Технологические свойства цинковых припоев при пайке меди существенно повышаются при легировании их свинцом и оло­

(ТцЛ.=360—410°С), который вполне удовлетворительно рас­ текается по меди и латуни с флюсом ФЦ-37; введение в такие іпірипои іболее 6% олова приводит к охрупчиванию паяных соединений.

Улучшение растекаемости цинковых припоев имеет место

197

и при введении в них кадмия. К такому типу припоев относят­

4,3% Ag; 5,9-3,1% Sb; ТПП:=380°С.

Склонность меди и ее сплавов к химической эрозии в при­ поях при пайке и растворимость припоев в меди. Для пайки меди и ее сплавов применяют припои на основе олова, висму­ та, свинца, кадмия, цинка, серебра, меди, имеющие темпера­ туру пайки ниже температуры солидуса медного сплава.

Предельная растворимость меди в олове, висмуте, кадмии, цинке, серебре, меди, по данным [33], представлена на рис. 42.

Экспериментальные данные подтверждают, что при по­ гружении в жидкий припой до 500° С наименее эрозионно­ активны припои на основе свинца, затем в порядке возраста­ ния — припои на основе цинка, кадмия, олова, галлия [2]. Таким образом, способность меди к растворению в этих при­ поях увеличивается по мере возрастания ее химического сродства к основе припоя. Выше 500—'550° С особенно эрози­ онно-активны кадмий и цинк.

На рис. 43 приведены данные овлиянии содержания олова в бессурмянистых оловянно-свинцовых припоях (ГОСТ 1499— 70), на время, необходимое для уменьшения толщины ленты меди марки МП и лату«,и Л62 «а 0,04 мм при погружении их в жидкий припой в зависимости от температуры. Из этих дан­

например в условиях пайки погружением в жидкий припой. При температурах, близких к температуре перитектического превращения интерметаллида (температура его устойчиво­ сти), имеет место торможение процесса растворения меди в жидком припое [2], что может быть использовано при выборе

.режима пайки (с целью уменьшения интенсивности эрозии при необходимости пайки при высоких температурах). При

пайке при ^0,02 (капиллярная пайка в печах, паяль­

ником и т. д.) скорость растворения резко снижается после достижения предельной концентрации меди в шве.

Влияние количества жидкого припоя 60% Sn—40% Pb на глубину химической эрозии меди Ml обнаружено и в зависи­ мости от величины зазора образца (рис. 44), погружаемого в ванну с припоем; при этом процесс эрозии, по-видимому,

198