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

после достижения его предельного насыщения медью резко затормаживается.

Припои на основе цинка редко применяются для пайки меди и ее сплавов. Выше 500°С медь особенно интенсивно растворяется в цинковых припоях, что может привести к об­ разованию подрезов и снижению пластичности металла шва. Поэтому при пайке ^500°С время контакта жидких цинко­ вых припоев с медью должно быть возможно короче; с этой точки зрения при пайке меди цинковыми припоями наиболее целесообразно применение электроконтактного нагрева или

•нагрева ТВЧ.

Вследствие широкой области твердых растворов на основе меди в системах Си—Sn и Си—Ga, диффузионная пайка меди и латуни может быть выполнена оловом, припоями TTOC40, ООС61 [2] или с пастами, содержащими медный по­ рошок и галлий, медный порошок, порошок олова и водный

199

флюс (содержащий, например, 18%'NHiCl 12% ZnCl2, Н20 —

ост.). Нагрев при пайке полностью расплавляющимися при­ поями Sn, Sn—Pb и пастами с галлнем^700°С [2], [34] про­ изводят в безокислительной атмосфере.

Медь и медные сплавы интенсивно растворяются в жид­ ких серебряных и медно-фосфористых припоях, а медно­ никелевые сплавы — в жидкой меди; во избежание перегрева припоя II для сокращения времени контакта твердой и жид-

Р и с. 43. Влияние содержания оло­ ва в припое на время, необходимое для уменьшения толщины ленты меди А\(а) и латуни Л62 (б) на 0,004 мм

при взаимодействии с припоями (Лашко С .В., А4уромец С. А.).

кой фаз пайка должна производиться достаточно быстро. Наименее интенсивное растворение латуни Л62 имеет м ест в припоях ПСрбОКд и ПСр37,5; припои ПСр40, ПСр45 и ПСр15, ПСрМо68—27—5 растворяют латунь значительно' сильнее.

Контактно-реактивная пайка меди возможна после нане­ сения на паяемую поверхность слоя серебра (5—15 мкм и прижима соединяемых деталей под давлением не менее- ~1кГ/см%. Нагрев при контактно-реактивной пайке произ­ водится при 790—850°-С, в аргоне или на воздухе. Контактно-

200

а

зии при пайке меди Ml в припое 60% S n — 40% Pb (а); форма и раз­ меры образца (б).

реактивная пайка меди с прослойкой серебра на воздухе возможна лишь в условиях весьма быстрого нагрева, напри­ мер электро-контактным способом.

Особенности нагрева при пайке медных сплавов. Пайку в пламени кислородосодержащей меди (М'2, М3, М4) ведут в-

Р и с. 45. Интерметаллидная прослойка в шве соеди­ нения из меди Мі, паянной припоем ПСрЗКд по никеле­ вому подслоюХбОО.

20і

•строго нейтральном пламени, так как при избытке в нем во­ дорода последний диффундирует в металл (начиная с 400° С и особенно при 700°С), соединяется со свободным кислоро­ дом или закисью меди; при этом образуются пары воды, спо­ собствующие сильному порообразованию в паяном шве.

Свинцовистые латуни, кремнистые бронзы, оловяиистые бронзы и медно-никелевые сплавы склонны к горячеломкости; поэтому детали из них при пайке не нагревают на ве­ су, не подвергают воздействию резких усилий или нагрузок; нагрев при пайке производится достаточно медленно.

При пайке свинцовистой и высокооловянистой бронз, осо­ бенно при электроконтактном нагреве, ввиду низкой темпе­ ратуры солидуса этих бронз, часть свинца или олова может вытекать из сплава. Поэтому для их пайки в качестве припо­ ев непригодны латуни, имеющие более высокий температур­ ный интервал плавления.

Под действием нагрева при пайке возможно снижение ме­ ханических свойств паяных соединений из бериллиевой брон­ зы, упрочняемой в процессе старения.

Алюминиевые бронзы во избежание окисления и возмож­ ности образования хрупких интерметаллидов в шве следует паять, применяя быстрые методы нагрева. Введение в припои никеля повышает пластичность и прочность паяных швов

•соединений из алюминиевых бронзы; это, вероятно, обуслов­ лено соединением никеля в интерметаллиде с алюминием, что предотвращает образование окислов алюминия.

Влияние перегрева и пористости на свойства паяных -соединений. Для свинцовых припоев весьма характерно от­ сутствие влияния перегрева на прочность паяного соедине­ ния.

Мало чувствительно к перегреву олово. Однако ПОС40 и ПОС61 перегревать при пайке не рекомендуется, так как при этом прочность паяных соединений может снижаться на 15—

20% [ 2].

К числу особенностей оловянно-свинцовых припоев отно­ сится также повышенная их склонность к пористости в пая­ ных швах при величине зазора ^0,35 мм (флюс — водный раствор ZnCb). В паяных швах, выполненных свинцово-се­ ребряными припоями ОСр'2,'5; ПСрЗ или кадмиевыми припоя­ ми, пористость и непропаи наблюдаются в значительно мень­ шей степени и лишь при величине зазора менее 0,10 мм, что, вероятно, связано с незначительным изменением раствори­

-202

мости газов в кадмии и свинце с понижением температуры при затвердевании шва (рис. 46).

Особенно развитая пористость в паяных швах, выполнен­ ных легкоплавкими припоями, наблюдается при пайке лату­ ней (Л62, Л50 и др.), чем и можно, по-видимому, объяснить более низкую прочность соединений из латуни, по сравнению с соединениями из меди (особенно стыковых), паянных теми же припоями. Вероятно, такая склонность к пористости в из­ вестной степени обусловлена худшей смачиваемостью лату­ ней легкоплавкими припоями, обусловленной большей хими­ ческой стойкостью ZnO, чем СиО, и трудностью вывода газо­ вых пор при малых зазорах [2].

Р и с. 46. П о р и с т о й ъ в п а я н о м ш в е о б р а з ц о в с п е р е м е н ­

/По данным, полученным на медных и латунных образцах, паянных внахлестку с зазором 0,1 мм с разными припоями и флюсами, существенное влияние на площадь растекания и газовую пористость оказывают флюсы (рис. 47). Хорошей растекаем'ости припоя не всегда сопутствуют уменьшение по­ ристости в паяном шве с этим же флюсом, так как плохая смачиваемость и растекаемость паяемого материала припоем лишь одна из причин образования в нем пористости.

203

■S', т г

a

Sm m *

5

204

Медь, латуни и- бронзы паяют также припоями на основе серебра в течение '1,5—3 минут. Для этого могут быть исполь­ зованы различные методы нагрева, в том числе электрона­ грев, инфракрасный нагрев (кварцевыми лампами) и другие. При этом способе обеспечивается предел прочности соедине­ ний тСр^ 2 0 кГ/мм2.

Применение латуней Л90, Л68, Л62, ЛС59 в качестве ма­ териала для паяных конструкций во многих случаях ограни-

.чено в связи с образованием в паяных швах развитой газо­ вой пористости. Особенно большая газовая пористость в швах наблюдается после флюсовой газопламенной пайки высокотемпературными (серебряными) припоями крупнога­ баритных латунных изделий (> 5 кг). Образование такой по­ ристости может привести к существенному ухудшению проч­ ностных, коррозионных, радиотехнических характеристик паяных соединений и их герметичности.

По данным исследований [35], повышенная пористость в паяных соединениях из латуни при газопламенной пайке се­ ребряными припоями возникает благодаря локальной несмачиваемости паяемой поверхности в результате неравно­ мерного кратковременного нагрева и высокого давления па­ ров цинка и газов, попадающих в полость в месте смачива­ ния.

Печная флюсовая пайка, обеспечивающая равномерный нагрев, резко уменьшает газовую пористость в швах латун­ ных конструкций, но вызывает ухудшение качества поверх­ ности вследствие разложения флюса № 209 и образования черных пригаров. Применение контактно-реактивной бесфлю­ совой пайки Л62 с серебряным покрытием паяемой поверх­ ности (6—12 мкм) без готового припоя или с припоями ЛСр72, ПСр45 и с нагревом в печи эффективно снижает по­ ристость в паяных швах, вследствие активирования смачива­ ния паяемой поверхности при контактно-реактивном плавле­ нии ее со слоем серебра.

Процессы старения и полиморфизм олова в соединениях, паяных Sn—Pb припоями и их влияние на механические свой­ ства паяных швов. Вследствие большой разницы растворимо­ сти олова в свинце при температуре эвтектики и при комнат­ ной температуре (от 19,5% Sn до 2—3,5% Sn) припои типа ПОС61 и паяные швы, выполненные ими, после пайки ста­ реют, что вызывает некоторое снижение прочности паяных медных соединений при комнатной и особенно при повышен­ ных температурах (100—140° С). Прочность медных и латун-

205

ных соединений, паянных оловянно-свинцовыми припоями,. ■после длительного естественного старения может уменьшать­ ся на 5—45%; при искусственном старении при температуре- 100—150° С прочность соединений может уменьшаться на

30% [36].

Так как температурный порог рекристаллизации припоев, типа ПОСов близок к комнатным температурам, в паяных швах протекают интенсивные процессы диффузионного об­ мена, приводящие не только к быстрому распаду твердых растворов, но и к сильной коагуляции структурных составля­

швов стабилизируются. Введение в припой сурьмы несколькозадерживает их разупрочнение; при температуре выше 140°С* вследствие активации процессов диффузии, структурные из­ менения в результате старения и роста интерметаллидных прослоек приводят к дополнительному снижению механиче­ ских свойств паяных соединений [2]. Поэтому швы, выполнен­ ные припоями на основе олово — свинец, в условиях длитель­ ной эксплуатации могут работать при температурах до 100° С и более кратковременно (по крайней мере, в течение

200 часов) до ~140°С.

По данным [37] предел прочности литых образцов из при­

5,8 г/см3), что сопровождается большим изменением объема при низких температурах может превращаться в серый по­ рошок («оловянная чума»). Поэтому чистое -олово непригод­ но для пайки соединений меди, работающих при -низких тем­

200

температуры. іПри длительной низкотемпературной работепаяных оловом соединений может наступить их разрушение вследствие «оловянной чумы». Превращение белого олова в- серое ускоряется при наличии зародышей серого олова, на­ пряжений в деталях, коррозионно-активной среды, давления- Н некоторых примесей. Превращению способствуют такжеповторные нагревы и охлаждения [38]. К примесям, ускоряю­ щим превращение белого олова в серое, относятся алюминий-

необходимо выполнять оловом марок-01; 02; 03.

В оловянно-свинцовых припоях и паяных ими соединени­ ях «оловянная чума», даже при работе соединений в услови­ ях низких температур, не наблюдалась.

Превращение ß—*а в оловянном покрытии происходит значительно медленнее, если оно нанесено путем лужения; быстрее превращается электролитически нанесенный слои олова.

При испытаниях на ударную вязкость белого олова вяз- ,кое разрушение переходит в хрупкое при минус 30—60° С [39].. Свинец ни при каких температурах при испытании на удар­ ный изгиб не обладает хладноломкостью. В припое ГЮС40' температурный интервал перехода в хрупкое состояние при испытании на ударную вязкость примерно такой лее, как и для чистого олова [40]. Когда в структуре оловянно-свинцо­ вых сплавов основной фазой является твердый раствор на основе свинца, а оловянная фаза расположена в виде вклю­ чений, хрупкий интервал не наблюдается (15—20% Sn).

Механические свойства и коррозионная стойкость паяных соединений из меди и медных сплавов. Имеющиеся в литера­ туре данные о механических свойствах оловянно-свинцовых припоев отличаются большим различием, по-видимому,, обусловленным разным их исходным состоянием, содержани­ ем примесей и сурьмы.

Сопротивление срезу нахлесточных соединений из меди,, паяных оловянно-свинцовыми, кадмиевыми и серебряными припоями, приведены в табл. 23. Некоторый разброс данных в зависимости от применяемого флюса и от образца к образ­ цу, возможно, в известной степени связан с бесконтроль­ ностью температуры пайки, т. е. с отсутствием учета темпера­ турного интеревала активности флюсов и толщины зазора.

20Т