Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 0

Технические параметры олова и свинца и их сплавов

Популярные марки

Сегодня на рынке представлены десятки марок припоев, не имеющих в своем составе свинца или компонентов на его основе. Среди лидеров индустрии можно выделить нескольких производителей.

ELSOLD. Европейская компания, успешно работающая более 50 лет. Продукция поставляется потребителям с сопроводительным химическим анализом партии, ориентирована на производство электроники и другой высокоточной техники. Бессвинцовые припои марки сертифицированы для РФ и стран ЕС, используются в космической отрасли, имеют специальную маркировку.

Это основные марки, завоевавшие популярность. Большую часть составов в бюджетных ценовых категориях представляют оловянно-медные сплавы — недорогие и вполне эффективные при правильном применении.

Каким бывает

Есть несколько видов олова, но не всякий из них подходит для пайки:

Жидкое вещество обычно используется для лужения деталей из меди путём погружения их в химический раствор. Это необходимо для повышения стойкости медных изделий к коррозийным процессам и появлению ржавчины.

Применение такого состава отличается простотой. Перед процессом лужения необходимую деталь нужно тщательно очистить от загрязнений, провести обезжиривание поверхности для оптимального сцепления и поместить её в раствор жидкого олова на 20–30 минут. За это время формируется один защитный слой. При необходимости его утолщения процедуру нужно проделать снова.

На изделия наносится резьба, всевозможные насечки, иногда поверхность предметов покрывается объёмными рисунками и орнаментами.

Чистым оловом не так давно паяли посуду, контейнеры, кастрюли – любые предметы, имеющие непосредственный контакт с пищей. Но в настоящее время оно с этой целью не применяется, так как некоторые металлы паять им трудно, а при сильном охлаждении вещество рассыпается.

Невозможно сравнивать эти разновидности олова, тем более решить, какая из них лучше, поскольку каждая имеет свои плюсы, недостатки и конкретное назначение.

Расходные материалы


Порядок пайки медных труб.

Что потребуется для пайки:

  1. Флюс на салициловой кислоте.
    Химический состав флюсов для пайки медных труб довольно сложный: в нем есть и спирт, и вазелин, и даже чуть-чуть золота. Его использование приводит к великолепному качеству швов.
  2. Группа растворителей на фосфоре.
    Отлично очищают детали от окислов и дополнительно вытесняют ненужную воду из места пайки.
  3. Канифоль.
    Ее практически не используют в чистом виде. В смесях она отлично комбинируется с солями натрия: если расплавленная канифоль покрывает поверхность пайки пленкой, то соль натрия играет роль антиоксиданта. Есть и недостаток: смесь не любит нагрева.
  4. Домашняя смесь на аспирине.
    Можно сделать смесь и самостоятельно: берем вазелин, спирт, за основу – таблетки аспирина. Особой эффективностью такая смесь не отличается. С ней можно работать лишь на электромонтажных заданиях.
  5. Паста для пайки медных труб.
    Эта флюс паста для пайки меди стоит подороже, но овчинка выделки стоит. Применяется в ответственных заданиях. Паста отлично прилипает к рабочей поверхности, растекается тонким слоем при нагревании – великолепный вариант.
  6. Припой для пайки медных труб.
    Выбор вида припоя зависит от того, что именно вы собираетесь паять. Если главными критериями являются прочность и стойкость к высоким температурам, нужно выбирать припой из медной проволоки с долей фосфора. Самым популярным и доступным является мягкий припой – из олова. Он годится для всех водопроводных систем. Сюда же можно отнести и фитинги для медных труб под пайку.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10−4 до 8·10−3 % по массе. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO2, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn). Мировые месторождения олова находятся в основном в Китае и Юго-Восточной Азии — Индонезии, Малайзии и Таиланде. Также есть крупные месторождения в Южной Америке (Боливии, Перу, Бразилии) и Австралии.

В России запасы оловянных руд расположены в Чукотском автономном округе (Пыркакайские штокверки; рудник/посёлок Валькумей, Иультин — разработка месторождений закрыта в начале 1990-х годов), в Приморском крае (Кавалеровский район), в Хабаровском крае (Солнечный район, Верхнебуреинский район (Правоурмийское месторождение)), в Якутии (месторождение Депутатское) и других районах.

В процессе производства рудоносная порода (касситерит) подвергается дроблению до размеров частиц в среднем ~ 10 мм, в промышленных мельницах, после чего касситерит за счет своей относительно высокой плотности и массы отделяется от пустой породы вибрационно-гравитационным методом на обогатительных столах. В дополнение применяется флотационный метод обогащения/очистки руды. Таким образом удается повысить содержание олова в руде до 40-70 %. Далее проводят обжиг концентрата в кислороде для удаления примесей серы и мышьяка. Полученный концентрат оловянной руды выплавляется в печах. В процессе выплавки восстанавливается до свободного состояния посредством применения в восстановлении древесного угля, слои которого укладываются поочередно со слоями руды, или алюминием (цинком) в электропечах: SnO2 + C = Sn + CO2. Особо чистое олово полупроводниковой чистоты готовят электрохимическим рафинированием или методом зонной плавки.

Технические характеристики

Припой для пайки ПОС 61 достаточно хорошо распространен в нашем государстве. Его повсеместно применяют как на промышленном уровне, так и бытовых условиях. Его отличительной особенностью является то, что из-за высокого процентного содержания олова в химическом составе, его температурная точка, при которой материал начинает подвергаться плавлению, очень низкая. Стоит отметить, что этот припой можно отнести к одному из самых легкоплавких расходников для пайки. К данной категории причисляются все присадочные материалы, температура плавления которых меньше 450-ти градусов по Цельсию. ПОС 61 плавиться при температурах ниже 200-от градусов по Цельсию. Эта модель производится в нашей стране в строгом соответствии с государственными стандартами.

Благодаря вышеописанным свойствам присадочный материал этой модели обладает повышенной текучестью. В некоторых случаях это свойства относится к минусам, но не в данном. Из-за низкой температуры плавления и высокой текучести припоя с ним можно работать практически с любым оборудованием, начиная от обычного бытового паяльника, заканчивая профессиональными специализированными агрегатами. В процессе пайки, припой способен проникать даже в самые мельчайшие трещины и выемки, что, безусловно, позволяет поднять уровень качество итогового результат соединения, в частности его прочность.

Также присадочный материал хорошо взаимодействует с водой. Благодаря хорошему смачиванию, пайка с использованием припоя этой модели не вызывает никаких трудностей в процессе работы. Все химические, физические и механические свойства расходного материала определяются его химическим составов, а точнее определенным соотношением элементов в нем. Даже если изменить это значения всего лишь на одни процент, все характеристики материала могут кардинально измениться. Помимо основных элементов в составе, в его структуру могут добавляться дополнительные вещества, которые позволяют улучшить ту или иную конкретную характеристику припоя.

Этот присадочный материал можно использовать при работе с микросхемами, так как низкая температура плавления не вызовет технических проблем, а главное минимизирует риск повреждение тонкой поверхности. В отличие от других моделей припоев, в работе с которыми используются высокие температуры, что может повредить состояние рабочей поверхности, использовании ПОС 61, при должном умении и оборудовании, абсолютно безопасно даже для самого тонкого металла.

Низкое значение температурной отметки, при которой материал начинает подвергаться плавлению, помогает добиться еще одного важного свойства материала. Оно заключается в том, что помимо основного применения в качестве расходного материала для пайки, его можно использовать в качестве вещества для лужения паяльника и рабочей поверхности

Существует характерная особенность, суть которой заключается в том, что чем меньшем количестве в химическом составе припоя присутствует свинец, тем больше там имеется разнообразных дополнительных элементов. Наиболее редким элементом, имеющимся в составе альтернативных моделей достаточно редко, является сурьма. Его присутствие позволяет получать соединения максимального уровня герметичности, что значительно улучшает качество итогового результата соединения в целом.

Припой ПОС 61 гост 21931 76 очень часто используются в процессе ремонта трубопроводов и других изделий, чья рабочая деятельность производится в постоянном контакте с водой и другими разнообразными жидкостями. Высокий уровень популярности обусловлен простотой применения данной модели материала.

Направления использования

Возможности пайки бессвинцовыми припоями велики. Они включают проведение спаивания волной или в специальных печах.

Можно использовать обычный паяльник. Выбор технологии определяется объектом, условиями эксплуатации спаянного изделия, спецификой производства.

При работе на предприятиях оборонного назначения рекомендуются высококачественные смеси из олова, серебра, меди, к которым при необходимости добавляют сурьму.

Присутствие сурьмы ухудшает экологическую безопасность сплава. Это очень токсичный элемент, смеси с которым применяются только в случае острой необходимости.

Для работы с профессиональной техникой в промышленности, системах связи также пригодны припои из олова, серебра, меди или только оловянно-серебряные составы эвтектического характера.

Для офисного оборудования, аудио- и видеотехники рекомендованы также составы на основе олова, серебра с добавками меди или сурьмы или без таковых. Припои, содержащие висмут, из соображений экономии денежных средств применяются значительно реже.

Температура — плавление — свинец

Температура плавления свинца немного выше температуры плавления припоя, из — ia чего при паянии легко перегреть и расплавить свинцовую оболочку кабеля.

Температура плавления свинца равна 327 4 С.

Нижняя граница температур рекристаллизации свинца в зависимости от степени деформации.

Действие давления на температуру плавления свинца характеризуют приведенные ниже цифры.

Температура плавления алюминия ( 658 С) значительно выше температуры плавления свинца, поэтому заливка расплавленного алюминия в рабочий цилиндр невозможна, так как она может привести к чрезмерному перегреву прессового инструмента и изоляции кабеля. Чтобы избежать перегрева, в рабочий цилиндр загружают не расплавленный алюминий, а предварительно нагретые до 430 — 530 С алюминиевые цилиндрические слитки, диаметр которых меньше внутреннего отверстия цилиндра.

Свинец не образует твердых растворов с медью; при нагреве выше температуры плавления свинца между зернами сплава появляются разрушающие его прослойки жидкого свинца.

При расчете секции подогрева было найдено, что расчетная температура стенок меньше температуры плавления свинца на большей части трубки. Это означает, что в реальных условиях на внешней поверхности трубки будет образовываться слой твердого свинца.

Так, отрезок ab на рис. 2.5 равен отношению теплоты плавления к температуре плавления свинца, а отрезок cd — отношению его теплоты, парообразования к температуре кипения.

Так, отрезок ab на рис. 2.5 равен отношению теплоты плавления к температуре плавления свинца, а отрезок cd — отношению его теплоты парообразования к температуре кипения.

Для этого пробу помещают в графитовый тигель, нагреваемый до температуры, несколько превышающей температуру плавления свинца, и расплав применяют в качестве нижнего электрода.

Так, вновь возвращаясь к рис. 16, мы могли бы сказать, что отрезок ab равен отношению теплоты плавления к температуре плавления свинца, а отрезок cd — отношению его теплоты парообразования к температуре кипения.

К высоколегированным относятся сплавы, которые содержат в относительно большом количестве элементы, повышающие прочность, твердость и антифрикционные свойства, понижающие температуру плавления свинца и усадку при литье. Как и свинец, большинство сплавов свинца характеризуются высокой коррозионной стойкостью на воздухе, в воде, а также в большинстве разбавленных неорганических кислот.

X Ю4 кг / м3 — плотности соответственно меди и свинца, 7 i293 К — начальная температура свинца, 7 600 К — температура плавления свинца, А 2 5 — Ю4 Дж / кг — удельная теплота плавления свинца, AT25 К — приращение температуры медного провода.

Образующаяся на поверхности свинца оксидная пленка, выполняющая положительную роль для антикоррозионных свойств свинца, одновременно отрицательно влияет на его свариваемость, так как температура ее плавления 850 С, что значительно выше температуры плавления свинца. Отрицательно влияет на качество сварки содержание в свинце сурьмы, которая придает шву хрупкость. Пары свинца, образующиеся при сварке, ядовиты, поэтому сварщик должен пользоваться респиратором.

Здесь 2а яЛ — Ьст ( 7 пл — — Т1) — — изменение внутренней энергии пули при ее плавлении и нагревании до температуры плавления; А W — Wc, — / гша / 2 — работа, совершенная пулей, где Тпл — температура плавления свинца.

Особенности использования

Процесс пайки с применением бессвинцовых припоев не слишком отличается от работы с составами, в которых этот тяжелый металл присутствует. Сначала поверхность соединяемых деталей освобождается от окислов и загрязнений. Подготовленные таким образом провода или другие объекты пайки покрываются расплавленным припоем, соединяются до полного остывания

Температура плавления большинства бессвинцовых составов ниже, чем у оловянно-свинцовых — при работе важное значение имеет контроль за этими показателями

А также при выборе жала лучше отдать предпочтение не медному, а никелевому или нихромовому варианту. Выбор флюса тоже имеет значение. Чаще всего в этом качестве выступают жидкие химикаты, а также гели и пасты, не требующие удаления с поверхности детали.

Фактически чем меньше окислов будет скапливаться на жале, тем легче будет идти работа. Соответственно, при использовании бессвинцовых припоев нужно регулярно очищать наконечник инструмента от нагара, следить, чтобы он всегда был покрыт слоем полуды, не подвергался окислению. Нелишним будет приобрести специальные расходные материалы. Обычные жала не рассчитаны на постоянное высокотемпературное воздействие. Специальные – легко переносят его без сокращения сроков службы.

Более детальную информацию о бессвинцовых припоях смотрите в следующем видео.

Какие бывают припои

Существует большое количество материалов для пайки, основное разделение происходит на мягкие и твердые. Монтаж радиоаппаратуры происходит при помощи легкоплавкого, его температура плавления колеблется от 300 до 450 °C. По прочности мягкие виды припоев не уступают при пайке другим, используются при сборке практически всех электронных изделий.

Некоторые тугоплавкие припои имеют легирующие стали, что по позволяет реализовать некоторые параметры при соединении. Примеси используются для достижения определенных характеристик, антикоррозийных свойств, уровней прочности. Припой для пайки используется в большинстве случаев марки ПОС, что означает оловянно – свинцовые припои. Число указывает на процентное содержание составом олова.

Оловяно-свинцовый припой

Если происходит ситуация, когда припои и флюсы применяемые при пайке неизвестного происхождения, отличить можно по следующим физиологическим свойствам:

  • Температура плавления свинцово – оловянных припоев варьируется в пределах от 183 до 265 °C.
  • Яркий металлический отблеск выдает высокое содержание олова, предположительно марка ПОС-61 и выше.
  • Большое содержание свинца выдается тусклым серым оттенком, матовой поверхностью.
  • Большое количество свинца повышает пластичность проволоки, изделие диаметром 6 мм можно легко согнуть руками, а более качественное не гнаться.

Различные виды припоя производятся изготовителями при некоторых факторах. Большинством современных материалов пайки применяется допуск флюса от 1 до 3%, что значительно улучшает условия работы. Нет необходимости подносить жало паяльного инструмента к флюсу каждый раз, если он содержится сердцевиной припоя. Разновидностью свинцово – оловянных изделия является припой марки ПОССу. Обозначение предполагает добавление сурьмы, применяется в различных производствах, подходит к применению с оловянными деталями.

Припой Sn63Pb37

Наиболее распространенным при спайке и лужении медных, бронзовых деталей, через которые проходит течение тока, является припой третник. Температура плавления данной разновидности составляет 190 °C, получается герметичный шов. Зарубежным аналогом считается Sn63Pb37, где соответствующее названию содержание олова к свинцу.

Получение

Для получения свинца в основном используют руды, содержащие галенит. Сначала методом флотации получают концентрат, содержащий 40—70 процентов свинца. Затем возможно несколько способов переработки концентрата в веркблей (черновой свинец): прежде широко распространённый метод шахтной восстановительной плавки, разработанные в СССР метод кислородно-взвешенной циклонной электротермической плавки свинцово-цинковых продуктов (КИВЦЭТ-ЦС), метод плавки Ванюкова (плавка в жидкой ванне). Для плавки в шахтной (ватержакетной) печи предварительно производят агломерационный обжиг концентрата, а затем его загружают в шахтную печь, где происходит восстановление свинца из оксида.

Веркблей, содержащий более 90 процентов свинца, подвергается дальнейшему очищению. Сначала для удаления меди применяют зейгерование и последующую обработку серой. Затем щелочным рафинированием удаляют мышьяк и сурьму. Далее выделяют серебро и золото с помощью цинковой пены и отгоняют цинк. Обработкой кальцием и магнием удаляют висмут. В результате содержание примесей падает до менее чем 0,2 %.

Производство в мире

Страны — крупнейшие производители свинца (включая вторичный свинец) на 2004 год (по данным ILZSG):

Страна Количество в метрических килотоннах
Евросоюз 2200
США 1400
Китай 1200
Россия 1100
Южная Корея 600
Казахстан 550
Украина 400

Главные различия металлов и их сплавов

Еще в древности эти материалы различали только по цвету и называли белым и черным оловом. Между ними существуют различия, которые можно легко установить без дополнительных анализов.

Масса свинца выше в 1,5 раза, чем у олова. Зато олово имеет высшую твердость и трещит при деформации. Свинец легко окисляется с образованием пленки серого цвета.

Какие компоненты содержит сплав олова со свинцом, определить сложнее. Приблизительный показатель можно получить при фиксировании температуры и характера плавления соединения.

Подшипниковые материалы, содержащие олово и свинец, сплав металлов с никелем, теллуром, кальцием, обладают высокой устойчивостью к износу.

Олово и свинец прекрасно дополняют друг друга, что делает их сплав незаменимым в производстве

Припои на основе этих металлов различаются температурой плавления. Мягкие, с температурой плавления до +300 °C, содержат висмут и кадмий. Твердые (тугоплавкие) припои, переходящие в жидкое состояние при +500 °C, в своем составе имеют серебро, цинк, медь.

Для пайки сплавов с высоким содержанием олова, в которых отсутствует свинец, рекомендуется использование реактивов, разбавленной азотной кислоты. При травлении состава основа чернеет, а места с низким содержанием металла остаются светлыми, что позволяет улучшить качество пайки деталей.

Расплавленный чистый свинец не скользит по поверхности, не смачивая ее, но сплав с оловом позволяет получить качественное покрытие. Рабочая температура ванн устанавливается в зависимости от долевого содержания сплавляющего металла.

В случае необходимости уменьшения масляного зазора подшипников и улучшения условий работы деталей применяют поверхностное покрытие сплавами олова или свинца.

Для покрытия поверхности без содержания углеродов в качестве полуды применяют сплав, содержащий 90% свинца, 5% олова и 5% сурьмы. Состав сплава влияет на текучесть материала, которая варьируется в зависимости от соотношения компонентов.

Припой для латуни

Припой для латуни должен быть медно-фосфористыми. припоями

Припой – это металл, который в расплавленном состоянии внедряется в паяемые металлы и после остывания соединяет их. Следовательно, он должен иметь температуру плавления значительно ниже температуры плавления латуни и при этом иметь хорошую адгезию с ней, находясь в виде расплава. Обычные сплавы олова со свинцом следует применять в латунях лишь при соединении неответственных деталей, где нет требований к механической прочности и внешнему виду.

Состав применяемого припоя зависит от вида латуни. Если в латуни преобладает медная составляющая, то можно воспользоваться серебряными припоями от ПСр12 до ПСр72, припоями с содержанием латуни от ПМЦ36 до ПМЦ54 и медно-фосфористыми припоями. В случае преобладания содержания цинка следует применять серебряный припой не ниже ПСр40. Использование фосфористых составов ведет к заметному снижению механической прочности соединения из-за образования непрочных фосфорных соединений цинка. Более дешевые припои на основе латуни типа ПМЦ можно использовать только в деталях, не ощущающих вибрации и ударные воздействия. При соединении серебряными и фосфористыми припоями латунь достаточно сильно растворяется, что следует учесть, и сокращать время пайки и нагрева металлов.

Для ремонта и соединения стационарно закрепленных деталей (например, радиаторов или труб) часто применяются специальные твердые припои со сложным составом. Хорошие результаты показывает припой типа L-CuP6, имеющий температуру плавления порядка 730°C.

Последовательность действий

Вот основные этапы данного процесса:

  • зачистка соединяемых листов;
  • нанесение флюса;
  • разогрев паяльника и лужение;
  • пайка оловом;
  • очистка стыка бензином.

Очистку проводят механическим способом наждачной бумагой. Если загрязнения большие, то придется провести обработку растворителем. Если не удается очистить и таким методом, тогда проводят травление серной кислотой.

Два куска листового железа подносят друг к другу на расстояние 0,3 мм. Их края обрабатывают пастообразным флюсом при помощи кисточки. Жало паяльника очищается наждачкой, и сам инструмент включается в электрическую сеть через розетку. Чтобы проверить, хорошо ли он нагрелся, надо помести его жало в нашатырную смесь, которая должна закипеть.

Теперь проводится этап лужения железа. То есть, с помощью или его сплава обрабатываются края двух листов жести, чтобы покрыть их оловянным слоем, который будет выполнять защитные функции от коррозии металла.

Все готово, остается только запаять два конца листов. Жало паяльника подносится к месту стыка вместе с припоем из олова, и они оба продвигаются плавно по границе соединения.

При этом жало необходимо прижимать не острым концом, а плоской гранью, за счет чего будет прогреваться одновременно и соединяемые детали, что скажется на высоком качестве проведенной пайки железа.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Степан Волков
Наш эксперт
Написано статей
141
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации