Паяльные материалы

Припои Паяние—это соединение металлических деталей или частей изделия при помощи

другого металла или сплава, находящегося в расплавленном состоя­нии. Металлы или сплавы металлов, применяемые для соединения металлических частей, называются припоями.

Различают два вида паяния —твердое и мягкое. При мягком па­янии расплаву подвергается только припой, при помощи которого соединяют металлические части изделия, не подвергшиеся спе­циальному нагреву. Вследствие этого осуществляется лишь поверх­ностная диффузия расплавленного припоя в холодную поверхность спаиваемых деталей. Обычно для мягкой пайки применяют спла­вы, имеющие низкую температуру плавления (до 230 °С). Мягкое паяние не обеспечивает достаточно прочного соединения деталей и поэтому имеет ограниченное применение.

Примером мягкой пайки в стоматологической практике являет­ся точечная пайка частей мостовидного протеза для временного удержания их в определенном положении в период подготовки к твердой пайке. При этом между деталями мостовидного протеза, находящегося в определенном положении, помещают небольшое количество олова или его сплава. Олово расплавляют электричес­кой дугой. Расплавленное олово весьма поверхностно диффунди­рует в металл спаиваемых деталей и фиксирует их в заданном по­ложении до осуществления твердой пайки.

Точечную мягкую пайку не следует путать с электросваркой, при которой стенки спаиваемых деталей расплавляются посредст­вом электродов и электрического тока. По месту прилегания дета­лей образуется шов, прочно соединяющий детали между собой. Структура сварного шва резко отличается от структуры спая и по­этому метод электросварки в стоматологической практике не при­меняется.

При твердом паянии припой нагревают до полного расплавле-ния, а спаиваемые детали нагревают до температуры плавления применяемого припоя. В результате происходит глубокая взаимная диффузия сплавов и прочное соединение металлических частей. Прочность соединения зависит от характера припоя, степени нагре­ва спаиваемых частей, глубины диффузии в толщу припоя, условий пайки, поверхностного натяжения припоя, его прочности, толщины слоя и др.

От характера припоя и спаиваемых деталей зависит структура получаемого в результате пайки шва (рис. 5). Различают три вида структуры шва: механическую смесь, твердый раствор и химическое соединение. Лучшим из них является твердый раствор. Он получа­ется при химическом или физическом сродстве составов спаивае-

59

Рис. 5. Структура шва паяного протеза.

мых детален и припоя. Поэтому для соедине­ ния методом пайки ме­ таллических деталей необходимо знать сос­ тав сплавов, из кото­ рых изготовлены эти детали, и соответствен­ но этому составу под­ бирать необходимый припой, который при соединении со сплавом деталей образует твер­ дый раствор. Идеаль­ ный шов может полу­ читься лишь при пая­ нии, тем же сплавом, из

которого состоят спаиваемые детали. Однако на практике это не­возможно, так как для обеспечения взаимной диффузии припой следует подогревать до полного расплавления, а при такой темпе­ратуре расплавляются и теряют необходимую форму спаиваемые детали.

Следовательно состав припоя должен отличаться от состава спа­иваемых металлов и иметь температуру плавления ниже темпера­туры плавления спаиваемых деталей, но иметь максимальное сродство.

Для понижения температуры плавления припоя в состав его вводят элементы, имеющие низкую температуру плавления, т. е. проводят присадку металлов. Припой также должен иметь непро­должительный период скрытой теплоты плавления, иначе это при­ведет к тому, что к моменту спая еще не вся масса припоя распла­вится, или наоборот, перегреется и произойдет выгорание некото­рых его компонентов, образуя пористый шов.

Припои, имеющие большое поверхностное натяжение, плохо рас­текаются по поверхности спаиваемых деталей и особенно плохо проникают в узкие щели между деталями, что ухудшает структуру шва и его прочность.

При выборе припоя в стоматологической практике необходимо руководствоваться следующими основными положениями.

1. Физико-механические свойства припоя (цвет, прочность и др.) должны быть близкими к физико-механическим свойствам спаи­ваемых металлов.

2. Припой не должен обладать токсическими свойствами и раз­рушаться в полости рта.

3. Температура плавления припоя должна быть ниже темпера-

60

Та бли	ц а 2. Состав припоя для пайки частей из золото	платиновых сплавов
	Состав. %	Температура плавления,
Проба	Золото | Серебро Медь Кадмий Латунь	"С
583 750	58,3 16 16 5,5 4.2 75 5 13 5 2	722-740 791-810

туры плавления спаиваемых металлов на 50... ГОО°С и иметь ко­роткий период скрытой теплоты плавления.

4. Припой должен обладать хорошими антикоррозийными свой­ствами.

5. Припой должен обладать высокой прочностью, текучестью, хорошо смачиваться и т. д.

В качестве припоя для соединения зубных протезов, изготовлен­ных из сплавов, содержащих золото, можно использовать сплавы золота более низкой пробы с добавлением в их состав некоторого количества кадмия и латуни. При этом проба припоя после пайки несколько меняется.

Рекомендуемые составы припоев для пайки частей из золото-.платиновых сплавов приведены в табл. 2.

В. Н. Копейкин приводит состав припоев, содержащих некото­рое количество цинка для пайки сплавов золота.

Перечисленные припои применяют в стоматологической прак­тике, однако в нашей стране в состав припоев для золота цинк не вводят, так как он способствует окислению, понижает прочность.

Способы соединения стальных деталей при изготовлении зуб­ных протезов, челюстно-лицевых и ортодонтических аппаратов наи­более полно разработаны Д. Н.'Цитриным. Им предложен специ­альный припой, состоящий из следующих компонентов: серебра, меди, цинка, марганца, никеля, кадмия, магния и бериллия. При­пой имеет серебристый цвет (несколько светлее стали). Темпера­тура плавления 913 °С, твердость по Бринеллю 115 кг/см², проч­ность на растяжение 60 кг/см². Обладает хорошей текучестью и антикоррозийными свойствами. Нагрев припоя необходимо про­водить быстро, после расплавления источник тепла удаляют, так

Таблица 3. Состав припоя для пайки частей из сплавов, содержащих золото

^ •^•		Состав, %
^ Золото А-	Серебро	Медь	Цинк	Кадмий	Температура плавления, °С
I 87-5 У 83.3 Г 75	3 4 6.2	4.5 5 10.4	0.9 1.4 1,5	4.1 6,3 6,9	900—970 830-850 790—810

61

Таблица 4. Состав серебряного и серебряно-кадмиевых припоев

			С	остав. "/	/0
Вид припоя	о & о ш а ш и	А ^ Ш	и 5	«: 5 5 5	я °'я 1ё	Л 1 5	С: & 5 ^	Температура плавления, °С
Серебряный Серебряно-кад­миевые	63 45 37	27 25 38	10 15 15	15 0,5	5,2	4	0,3	700—730 620—660 800—850

как при длительном нагреве происходит выгорание некоторых его компонентов и повышается пористость структуры шва. Выпускает­ся припой в виде небольших изогнутых пластин, напоминающих полукольца, или в виде проволоки.

М. М. Гернер предложил и другие рецепты серебряного и се­ребряно-кадмиевых припоев для пайки частей, изготовленных из хромоникелевой стали.

Наиболее прочный шов образуется при наличии минимального слоя припоя между спаиваемыми поверхностями стальных деталей. В полости рта места спая покрываются пассивирующей защитной пленкой, которая повышает химическую стойкость припоя.

Главными недостатками припоев являются низкая их устойчи­вость к коррозийным разрушениям в полости рта, различие в элек­тропотенциальном отношении со спаиваемыми металлами, а также изменение структуры спаиваемого металла в процессе пайки.

Это обусловливает ряд положений, имеющих отрицательный характер.

1. В полости рта людей, пользующихся паяными протезами из хромоникелевой стали, происходит образование окислов металлов. В зависимости от характера слюны, состава других металлических изделий, имеющихся в полости рта (протезы, пломбы, вкладки), а также особенностей организма образование окислов может но­сить более или менее выраженный характер.

Почернение мест пайки или наличие резко очерченных пятен на поверхности стальных протезов свидетельствует о наличии ука­занных окислов. При этом в полости рта людей, пользующихся та­кими протезами, отмечено количественное увеличение микроэле­ментов в слюне и образование солей тяжелых металлов, что отри­цательно влияет на секреторную функцию желудка. Механизм влияния на организм окислов металлов при электролитической дис­социации в полости рта изучен еще недостаточно, однако нефизио-логичность их вполне очевидна и несовместима с принципами про­филактической медицины.

2. В полости рта лиц, пользующихся паяными протезами, воз-

62

никает патологическое состояние, получившее название явлений гальванизма. Явления гальванизма связаны с разностью потенциа­лов, которая может возникать как при наличии разнородных ме­таллов или сплавов, так и вследствие неоднородности структуры одного сплава.

При наличии паяных мостовидных протезов могут возникать оба фактора, обусловливающие разность потенциалов. Эти проте­зы состоят из разных сплавов—хромоникелевой стали и припоя, а в процессе их изготовления структура каждого из этих сплавов приобретает неоднородный характер.

При проведении металлографического исследования паяных мостовидных протезов из хромоникелевой стали выявлено, что да­же при тщательном соблюдении технологии по всей линии контак­та имеется много непропаянных участков. В разделяющем их слое припоя встречаются микропоры. Уменьшение толщины слоя при­поя хотя и обеспечивает более прочное соединение спаяных частей, но не улучшает структуры сплава у места их соединения, а коли­чество микропор в слое припоя в этом случае даже увеличивается. Как в коронке, так и в промежуточной части наблюдается двух­фазная структура стали. Встречаются участки металла с выпаде­нием карбидов хрома по границам зерен металла.

Улучшить структуру сплава путем термической обработки (ре­кристаллизацией) нельзя, так как для этого протез необходимо нагреть до температуры 1000... 1100°С, а это приведет к деформа­ции и разъединению его частей.

В результате явлений электролитической диссоциации, порис­тости и непропаенных участков создается недостаточная их проч­ность. Это приводит к укорочению сроков пользования такими протезами вследствие отрыва промежуточной части от коронок.

Учитывая вышеизложенное, при изготовлении протезов необхо­димо соблюдать следующие правила:

а) изготовлять металлические конструкции мостовидных проте­зов лишь тогда, когда в полости рта нет изделий (протезов, пломб и др.), изготовленных из других металлов или сплавов;

б) активнее разрабатывать и внедрять в стоматологическую практику сплавы, не обусловливающие высокой разности потен­циалов в полости рта;

в) припой, применяемый для соединения звеньев мостовидных протезов из хромоникелевой нержавеющей стали, приводящий к неоднородности структуры сплава и электролитической активности протезов, а также недостаточно прочному соединению его звень­ев, должен быть исключен из практики зубного протезирования;

г) активнее разрабатывать и внедрять в стоматологическую практику методы беспаечного изготовления протезов из хромони-келевых сплавов.

63

Флюсы

Применение высокой температуры в про­цессе пайки может привести к образова­нию на поверхности спаиваемых деталей

окисной пленки. Возможно также образование окислов некоторых металлов, входящих в состав припоя. Эти факторы способствуют образованию пористости и резко понижают взаимную диффузию сплавов и прочность пайки. Образованию окисной пленки во время пайки способствует загрязнение спаиваемых поверхностей различ­ными веществами, особенно жиром. В связи с этим перед пайкой контактные поверхности деталей освобождают от уже имеющейся окисной пленки и других загрязнений, а также применяют специ­альные вещества—флюсы, способные растворить и предохранить образование окисной пленки во время пайки.

К флюсам предъявляют следующие требования: 1. Температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления при­поя; 2. Флюсы должны растворять окисную пленку и предотвра­щать ее образование во время пайки; З.Флюсы должны хорошо растекаться на контактных поверхностях в горячем состоянии;

4. Флюсы должны легко удаляться с поверхности шва после пайки.

В качестве флюсов в зубопротезной технике в основном приме­няют буру и борную кислоту, иногда канифоль для пайки оловом.

Бура (М'а2В407-10Н20)—бесцветные кристаллы, растворимые в воде и глицерине. При нагревании до температуры 400 °С пол­ностью теряет воду, а при температуре 700 ... 740 °С плавится и ста­новится стекловидной прозрачной массой, которая хорошо растека­ется и покрывает тонкой пленкой спаивающиеся поверхности. Спо­собы нанесения буры на место пайки могут быть различными: в виде раствора, порошка или вместе с подогретым припоем. Обяза­тельным является нанесение буры на еще не сильно нагретые по­верхности, так как в этом состоянии на спаиваемых поверхностях еще не успела образоваться окисная пленка. Это особенно важно при пайке стальных деталей, ибо окисную пленку на поверхности стали бура не растворяет, а только препятствует образованию новой.

Медленный подогрев буры способствует медленной ее дегидра­тации без образования пузырей. Резкий же нагрев буры вызывает образование пузырей, которые смещают припой с места пайки. Резкий перегрев буры способствует образованию твердых крупи­нок на месте шва, которые затем трудно от него отделяются.

Применение буры в качестве флюса имеет еще и то отрицатель­ное значение, что при нагревании она вначале вздувается, а затем плавится, образуя стекловидную массу. На участках вздутия иног­да образуются окалины, которые препятствуют прочному соедине­нию металлов.

Удалить стекловидную массу после плавления буры с поверх-

64

ности протеза можно при помощи кислот. Однако кислоты отрица­тельно влияют на поверхность металла, из которого изготовлен протез.

Для устранения отмеченных недостатков К. X. Красильщиков предложил флюс следующего состава: 35 % борного ангидрида, 42 % фтористого калия, 23 % борофтористоводородного калия. Этот флюс можно использовать при пайке как золотоплатиновых, так и хромоникелевых сплавов. В качестве отбела при этом флюсе используют 5 % лимонную кислоту (кипятят 2—3 мин), которая не оказывает отрицательного влияния на металл.

Борная кислота (НдВОз) — бесцветные чешуйкообразные крис­таллы, растворимые в спирте и горячей воде. В природе встречает­ся в виде минерала сасолина, из которого получают буру. Приме­няют в медицинской практике как антисептик. Антисептические свойства борной кислоты выражены слабо—задерживает рост мик­роорганизмов, однако имеет те преимущества, что не раздражает слизистой оболочки полости рта.

В зубопротезной технике борную кислоту используют как флюс. По сравнению с бурой она обладает меньшей способностью к рас­творению и предотвращению образования окисной пленки на по­верхности металлов, а поэтому и применяется реже.

Более эффективно применение борной кислоты в комбинации с другими веществами (фтористым калием, каустической содой и др.), например, 50 % борной кислоты, 50 % фтористого кальция.

В качестве флюса можно применять смесь следующего состава:

35 % борной кислоты, 55 % порошкообразной буры, 20 % окиси кремния.

Этот флюс используют при паянии деталей из золотоплатино­вых сплавов серебряным и серебряно-кадмиевыми припоями. Окись кремния в данном случае обеспечивает хорошую вязкость флюса.