Свинцовый припой. Свинцово-оловянный сплав Виды припоев. Свойства и характеристики

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при рафинировании свинцово-оловянных сплавов. Свинцово-оловянные сплавы обрабатывают цинком. После введения цинка сплавы обрабатывают элементарной серой в количестве 1 - 5% от массы сплава, что обеспечивает образование сульфидного цинк-серебряного съема. Способ позволяет обеспечить извлечение серебра из свинцово-оловянных сплавов до 99% и без вовлечения дополнительного количества драгметаллов организовать производство серебряных припоев. 3 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии производства свинцово-оловянных припоев, и может быть использовано при рафинировании свинцово-оловянных сплавов. Известны способы извлечения серебра из черного свинца путем экстракции при температурах 330-350 o C металлическим цинком . Использование этих способов для извлечения серебра из свинцово-оловянных сплавов не дает положительных результатов, т.к. в присутствии олова система свинец-олово-цинк не имеет областей расслаивания. Применительно к оловосодержащим сплавам на основе свинца предложены способы, предусматривающие обработку при температурах 750-950 o C расплавами хлоридов и сульфатов щелочных, щелочноземельных металлов . Недостатками этих способов является низкое извлечение серебра (30-40%), невозможность осуществления процесса в известных рафинировочных аппаратах и необходимость организации гидрохимической переработки серебросодержащих шлаков. В качестве прототипа принят способ обработки сплавов цинком, известный под названием процесса Паркесса . В свинецсодержащий расплав вмешивают металлический цинк или свинцово-цинковую лигатуру при температуре 330-350 o C. При этом образуются интерметаллиды цинк-серебро, которые вследствие расслаивания системы свинец-цинк-серебро переходят в поверхностный слой свинца в виде так называемой серебристой пены. Пену снимают с поверхности и направляют на переработку. Однако способ-прототип не обеспечивает извлечения заметных количеств серебра из сплавов свинец-олово. Это вызвано тем, что в присутствии 5% и более олова в свинце система свинец-олово-цинк-серебро не расслаивается. Проблема усугубляется тем, что в реальных свинцово-оловянных сплавах (припоях), производимых, например, на заводе "Рязцветмет", содержание серебра не превышает 400 г/т, т.е. на порядок меньше, чем в черновом свинце. Таким образом, способ-прототип не может быть использован для извлечения серебра из свинцово-оловянных сплавов (припоев). Задачей настоящего изобретения является перевод серебра в съемы рафинирования в процессе обработки свинцово-оловянных сплавов цинком. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе извлечения серебра из свинцово-оловянных сплавов, включающем обработку их цинком, согласно изобретению после введения цинка сплавы обрабатывают элементарной серой в количестве 1-5% от массы сплава. Способ осуществляют следующим образом. В свинцово-оловянный сплав, находящийся при температуре 330-600 o C в рафинировочном котле, вмешивают металлический цинк или свинцово-цинковую лигатуру. Количество вводимого цинка 1-5% от массы сплава. В ходе этой операции расплав приобретает микронеоднородность, вызванную образованием микрогруппировок цинк-серебро. Однако присутствие в сплаве олова не позволяет выделиться серебросодержащей цинковой фазе в виде самостоятельного продукта. После растворения цинка сплав обрабатывают элементарной серой в количестве 1-5%, т.е. достаточном для связывания цинка в сульфид цинка. На этой стадии происходит не только сульфидирование введенного в свинцово-оловянный сплав цинка и связанного с ним серебра, но и выделение в самостоятельную не смешивающуюся со сплавом фазу - кристаллический сульфидный цинк-серебряный съем. Серебряный съем удаляют с поверхности свинцово-оловянного сплава механическим способом или центрифугированием. В последнем случае сплав после введения серы пропускают через центрифугу, в которой происходит отделение кристаллического съема от жидкого свинцово-оловянного сплава. В сульфидный цинк-серебряный съем переходит некоторое количество свинца и олова. Содержание серебра в цинк-серебряном съеме в 20-30 раз больше, чем в исходном сплаве. Серебро из съемов может быть извлечено одним из известных способов, например окислительно-восстановительной плавкой на серебряный припой. В процессе окислительно-восстановительной плавки из съемов удаляются сера в виде сернистого ангидрида, цинк и частично свинец и олово. За счет этого происходит обогащение серебром образующегося при плавке припоя. Новым в предложенном техническом решении является последующая за введением цинка обработка сплава элементарной серой, обеспечивающая образование сульфидного цинк-серебряного съема. Отличительным признаком предложенного решения является последовательная обработка свинцово-оловянного сплава цинком и элементарной серой и отделение серебросодержащего цинк-сульфидного съема. Приемы последовательной обработки сплавов цинком и серой и удаление цинк-сульфидных съемов не обнаружены нами в патентной и научно-технической литературе. Предложенный способ испытан и проверен в лабораторных условиях. Пример 1. В 500 г чернового свинцово-оловянного сплава, содержащего 25,0% олова, 0,5% меди, 3% сурьмы, 0,1% никеля, 0,6% железа, 320 г/т серебра, остальное - свинец, путем вмешивания и при температуре 350-400 o C ввели от 5 до 20 г (т.е. от 1 до 4 мас.%) металлического цинка. Продолжительность растворения цинка 35-65 мин. После растворения цинка не произошло расслаивания и образования серебросодержащего съема - серебристой пены. Затем при этой же температуре образовавшийся цинкосодержащий сплав обработали 15-25 г (3-5% от массы сплава) элементарной серой, которую вмешивали в расплав в течение 20-40 мин. После обработки сплава серой на поверхности сплава образовался сухой цинк-серебряный сульфидный съем. Выход съема составил от 2 до 6% от массы исходного чернового свинцово-оловянного сплава. Содержание серебра в съемах 0,32-0,60%. Извлечение серебра в съем зависело от расхода цинка и серы (табл. 1) и при указанных расходах составило 53-70%. Пример 2. В свинцово-оловянный сплав (500 г) (20-25% олова, 310-340 г/т серебра), предварительно рафинированный от меди, железа и других примесей вводят 1-4% от массы сплава цинка в виде свинцово-цинковой лигатуры. Введение осуществляют при температуре 500 o C и непрерывном перемешивании расплава в течение 24-40 мин. Как и в примере 1, введение цинка не обеспечило образования серебросодержащего съема. После введения свинцово-цинковой лигатуры температуру расплава понизили до 350 o C и произвели обработку элементарной серой путем вмешивания ее в серебросодержащий свинцово-оловянный расплав в течение 45-60 мин. Расход элементарной серы для обработки сплава - 3-5% от массы исходного сплава. В результате такой обработки на поверхности расплава образовался сухой съем, в котором содержалось от 0,38 до 0,7% серебра. Выход съемов составил 2,6-5,0% от массы исходного сплава. Извлечение серебра зависело от количества введенного цинка и поданной на обработку серы и при указанных в табл. 2 расходах составило 57-63%. Съемы, полученные в опытах 1-12 (табл. 2) подвергли окислительному обжигу при температуре 750-950 o C в атмосфере воздуха. Полученный огарок смешали с кремнеземом (20%), окисью кальция (10%), оксидом железа (7%), коксиком (5% от массы съемов) и плавили при температуре 1250 o C в течение 30 мин. В результате такой обработки получили свинцово-оловянный сплав, в котором содержалось 1,25% серебра, 35% олова, остальное свинец. По содержанию серебра и других металлов сплав удовлетворял ГОСТ 19738-74 на серебряный припой марки ПСР-1,0. Пример 3. Рафинированный от примесей свинцово-оловянный сплав, содержащий 315 г/т серебра сплавляют с металлическим цинком, расход которого составляет 1-4% от массы сплава. Температура сплавления 600 o C. Затем расплав обработали 3-5 мас.% элементарной серой. Обработку вели путем барботажа смесью порошкообразной серы и аргона. Расход серы составлял 1-5% от массы съемов. В результате осуществления таких операций получили (табл. 3) серебросодержащий съем, в котором концентрация серебра была от 0,4 до 0,8%. Извлечение серебра в съем - 53-62%. Съемы подвергли непосредственно окислительно-восстановительной плавке на серебряный припой. Для этого съемы (100 г) смешали с сульфатом натрия (15%), пиролюзитом (10%), кварцем (15% от массы съемов) и нагревали до температуры 1150 o C. На образовавшийся расплав загрузили восстановитель - коксик в количестве 10% от массы съемов и плавку продолжали в течение 60 мин. В результате плавки получили припой марки ПСР-1,5 и шлак, в котором содержание серебра было менее 5 г/т. Таким образом, извлечение из съемов серебра в припой ПСР-1,5 составило не менее 99%. Приведенные в примерах 1-3 результаты свидетельствуют о высокой эффективности извлечение серебра из свинцово-оловянных сплавов и возможности реализации способа на известном и освоенном в промышленности оборудовании. Реализация предложенного способа обеспечит извлечение серебра из свинцово-оловянных сплавов и позволит без вовлечения дополнительного количества драгметаллов организовать, например, на заводе "Рязцветмет" производство серебряных припоев марок ПСР-1,0-1,5. Источники информации 1. Лоскутов Ф.М. Металлургия свинца.- М.: Металлургия, 1965. 2. Авторское свидетельство 431249. "Способ рафинирования свинца, авторы А.М.Устимов и Н.Н. Кубышев, БИ N 21 от 05.06.74. 3. Абдеев М.А., Геукин Л.С. и др. Современные способы переработки свинцово-цинковых руд и концентратов.- М.: Металлургия, 1964, с. 218-220.

Формула изобретения

Способ извлечения серебра из свинцово-оловянных сплавов, включающий обработку их цинком, отличающийся тем, что после введения цинка свинцово-оловянные сплавы обрабатывают элементарной серой в количестве 1 - 5% от массы сплава.

Припои оловянно-свинцовые в изделиях, ГОСТ 21931-76

Припои - присадочные металлы (сплавы), способные в расплавленном состоянии заполнить зазор между спаиваемыми изделиями и в результате затвердевания образовывать неразборное прочное соединение.

Поставляются в виде круглой проволоки, ленты, трехгранных, круглых прутков, круглых трубок, заполненных флюсом, и порошка

Некоторые виды припоев:

• ПОС - 90 - для лужения и пайки внутренних швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры;

• ПОССу 4-4 - для лужения и пайки в автомобилестроении.

Припои оловянно-свинцовые в чушках, ГОСТ 21930-79

Настоящий стандарт распространяется на припои оловянно-свинцовые (ПОС) в чушках и в изделиях, применяемые в основном для лужения и пайки деталей. Показатели данного стандарта соответствуют высшей категории качества.

Малосурьмянистые

Сурьмянистые

Одним из основных элементов электромонтажных и радиомонтажных работ является пайка. Качество монтажа во многом определяется правильным выбором необходимых припоев и флюсов, применяемых при пайке проводов, сопротивлений, конденсаторов и т. п.

Для облегчения этого выбора ниже приводятся краткие сведения о твердых и легких припоях и флюсах, пользовании ими и их изготовлении.

Пайка представляет собой соединение твердых ме- таллов при помощи расплавленного припоя, имеющего температуру плавления меньшую, чем температура плавления основного металла.

Припой должен хорошо растворять основной металл, легко растекаться по его поверхности, хорошо смачивать всю поверхность пайки, что обеспечивается лишь при полной чистоте смачиваемой поверхности основного металла.

Для удаления окислов и загрязнений с поверхности спаиваемого металла, защиты его от окисления и лучшего смачивания припоем служат химические вещества, называемые флюсами.

Температура плавления флюсов ниже, чем температура плавления припоя. Различают две группы флюсов: 1) химически активные, растворяющие пленки окиси, а часто и сам металл (соляная кислота, бура, хлористый аммоний, хлористый цинк) и 2) химически пассивные, защищающие лишь спаиваемые поверхности от окисления (канифоль, воск, стеарин и т. п.). .

В зависимости от химического состава и температуры плавления припоев различают пайку твердыми и мягкими припоями. К твердым относятся припои с температурой плавления выше 400°С, к легким - припои с температурой плавления до 400°С.

Основные материалы, применяемые для пайки.

Олово - мягкий, ковкий металл серебристо-белого цвета. Удельный вес при температуре 20°С - 7,31. Температура плавления 231,9°С. Хорошо растворяется в концентрированной соляной или серной кислоте. Сероводород на него почти не влияет. Ценным свойством олова является его устойчивость во многих органических кислотах. При комнатной температуре мало поддается окислению, но при воздействии температуры ниже 18°С способен переходить в серую модификацию ("оловянная чума"). В местах появления частиц серого олова происходит разрушение металла. Переход белого олова в серое резко ускоряется при понижении температуры до -50°С. Для пайки может применяться как в чистом виде, так и в виде сплавов с другими металлами.

Свинец - синевато-серый металл, мягкий, легко поддается обработке, режется ножом. Удельный вес при температуре 20°С 11,34. Температура плавления 327qC. На воздухе окисляется только с поверхности. В щелочах, а также в азотной и органических кислотах растворяется легко. Стоек против воздействий серной кислоты и сернокислых соединений. Применяется для изготовления припоев.

Кадмий - серебристо-белый металл, мягкий, пластичный, механически непрочный. Удельный вес 8,6. Температура плавления 321°С. Применяется как для антикоррозийных покрытий, так и в сплавах со свинцом, оловом, висмутом для легкоплавких припоев.

Сурьма - хрупкий серебристо-белый металл. Удельный вес 6,68. Температура плавления 630,5°С. На воздухе не окисляется. Применяется в сплавах со свинцом, оловом, висмутом, кадмием для легкоплавких припоев.

Висмут - хрупкий серебристо-серый металл. Удельный вес 9,82. Температура плавления 271°С. Растворяется в азотной и горячей серной кислотах. Применяется в сплавах с оловом, свинцом, кадмием для получения легкоплавких припоев.

Цинк - синевато-серый металл. В холодном состоянии хрупок. Удельный вес 7,1. Температура плавления 419°С. В сухом воздухе окисляется, во влажном воздухе покрывается пленкой окиси, которая предохраняет его от разрушения. В соединении с медью дает ряд прочных сплавов.. Легко растворяется в слабых кислотах. Применяется для изготовления твердых припоев и кислотных флюсов.

Медь - красноватый металл, тягучий и мягкий. Удельный вес 8,6 - 8,9. Температура плавления 1083 С. Растворяется в серной и азотной кислотах и в аммиаке. В сухом воздухе почти не поддается окислению, в сыром воздухе покрывается окисью зеленого цвета. Применяется для изготовления тугоплавких припоев и сплавов.

Канифоль -продукт переработки смолы хвойных деревьев Более светлые сорта канифоли (более тщательно очищенные) считаются лучшими. Температура размягчения канифоли от 55 до 83°С. Применяется как флюс для пайки мягкими припоями.

Припой оловянно-свинцовый в изделиях и чушках ГОСТ 21930-76 настоящий стандарт распространяется на оловянно-свинцовые припои, применяемые для лужения и пайки деталей. В зависимости от химического состава оловянно-свинцовые припои изготавливаются следующих марок:

Бессурьмянистые - ПОС-90, ПОС-63, ПОС-61, ПОС-50, ПОС-40, ПОС-30, ПОС-10;

Малосурьмянистые - ПОССу 61-05, ПОССу 50-05, ПОССу 40-05, ПОССу 35-05, ПОССу 30-05, ПОССу 25-05, ПОССу 18-05;

Сурьмянистые - ПОССу 40-2, ПОССу 30-2, ПОССу 25-2, ПОССу 18-2.

Припои оловянно-свинцовые изготовляют в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологической инструкции, утвержденной в установленном порядке. Химический состав припоев должен соответствовать требованиям таблицы 1, массовая доля примесей указана в таблице 2.

Химический состав оловянно-свинцовых припоев ГОСТ 21931-76

таблица 1

Примесный состав оловянно-свинцовых припоев ГОСТ 21931-76

таблица 2

Мягкие припои.

Пайка мягкими припоями получила широкое распространение, особенно при производстве монтажных работ. Наиболее часто применяемые мягкие припои содержат значительное количество олова. В табл. 1 приведены составы некоторых свинцово-оловянных припоев.

Таблица 1

При выборе типа припоя необходимо учитывать его особенности и применять в зависимости от назначения спаиваемых деталей. При пайке деталей, не допускающих перегрева, используются припои, имеющие низкую температуру плавления.

Наибольшее применение находит припой марки ПОС-40. Он применяется при пайке соединительных проводов, сопротивлений, конденсаторов. Припой ПОС-30 используют для пайки экранирующих покрытий, латунных пластинок и других деталей. Наряду с примеиением стандартных марок находит применение и припой ПОС-60 (60% олова и 40% свинца).

Мягкие припои изготовляются в виде прутков, болванок, проволоки (диаметром до 3 мм) и трубок, наполненных флюсом. Технология указанных припоев без специальных примесей несложна и вполне осуществима в условиях мастерской: свинец расплавляют в графитовом или металлическом тигле и в него небольшими частями добавляют олово, содержание которого определяют в зависимости от марки припоя. Жидкий сплав перемешивают, снимают нагар с поверхности и расплавленный припой выливают в деревянные или стальные формочки. Добавление висмута, кадмия и других присадок не обязательно.

Для пайки различных деталей, не допускающих значительного перегрева, применяются особо легкоплавкие припои, которые получают добавлением в свинцово-оловянные припои висмута и кадмия или одного из этих металлов. В табл. 2 приведены составы некоторых легкоплавких припоев.

Таблица 2

При использовании висмутовых и кадмиевых припоев следует учитывать, что они обладают большой хрупкостью и создают менее прочный спай, чем свинцово-оловянные.

Твердые припои.

Твердые припои создают высокую прочность шва. В электро-и радиомонтажных работах они используются значительно реже, чем мягкие припои. В табл. 3 приведены составы некоторых медно-цинковых припоев.

Таблица 3

В зависимости от содержания цинка изменяется цвет припоя. Эти припои применяются для пайки бронзы, латуни, стали и других металлов, имеющих высокую температуру плавления. Припой ПМЦ-42 применяется при пайке латуни с содержанием 60-68% меди. Припой ПМЦ-52 применяется при пайке меди и бронзы. Медно-цинковые припои изготовляются путем сплавления меди и цинка в электропечах, в графитовом тигле. По мере расплавления меди в тигель добавляют цинк, после расплавления цинка добавляется около 0,05% фосфорной меди. Расплавленный припой разливается в формочки. Температура плавления припоя должна быть меньше температуры плавления припаиваемого металла. Кроме указанных медно-цинковых припоев, находят применение и серебряные припои. Составы последних приведены в табл. 4.

Таблица 4

Серебряные припои обладают большой прочностью, спаянные ими швы хорошо изгибаются и легко обрабатываются. Припои ПСР-10 и ПСР-12 применяются для пайки латуни, содержащей не менее 58% меди, припои ПСР-25 и ПСР-45 - для пайки меди, бронзы и латуни, припой ПСР-70 с наиболее высоким содержанием серебра - для пайки волноводов, объемных контуров и т. п.

Кроме стандартных серебряных припоев, используются и другие, составы которых приведены в табл. 5.

Таблица 5

Первый из них применяется для пайки меди, стали, никеля, второй, обладающий высокой проводимостью,- для пайки проводов; третий может применяться для пайки меди, но не пригоден для черных металлов; четвертый припой обладает особой легкоплавкостью, является универсальным для пайки меди, ее сплавов, никеля, стали.

В ряде случаев в качестве припоя используется технически чистая медь с температурой плавления 1083°С.

Припои для пайки алюминия.

Пайка алюминия вызывает большие затруднения вследствие его способности легко окисляться на воздухе. В последнее время находит применение пайка алюминия с помощью ультразвуковых паяльников. В табл. 6 приведены составы некоторых припоев для пайки алюминия.

Таблица 6

При пайке алюминия в качестве флюсов применяют органические вещества: канифоль, стеарин и т. п.

Последний припой (твердый) применяется со сложным флюсом, в состав которого входит: хлористый литий (25-30%), фтористый калий (8-12%), хлористый цинк (8-15%), хлористый калий (59-43%). Температура плавления флюса около 450°С.

Флюсы.

От качества флюса во многом зависит хорошее смачивание припоем мест спайки и образование прочных швов. При температуре паяния флюс должен плавиться и растекаться равномерным слоем, в момент же пайки он должен всплывать на внешнюю поверхность припоя. Температура плавления флюса должна быть несколько "иже температуры плавления применяемого припоя.

Химически активные флюсы (кислотные)- это флюсы, имеющие в большинстве случаев в своем составе свободную соляную кислоту. Существенным недостатком кислотных флюсов является интенсивное образование коррозии паяных швов.

К химически активным флюсам прежде всего относится соляная кислота, которая употребляется для пайки стальных деталей мягкими припоями. Кислота, оставшаяся после пайки на поверхности металла, растворяет его и вызывает, появление коррозии. После пайки изделия необходимо промыть горячей проточной водой. Применение соляной кислоты при пайке радиоаппаратуры запрещается, так как во время эксплуатации возможно нарушение электрических контактов в местах пайки. Следует учитывать, что соляная кислота при попадании на тело вызывает ожоги.

Хлористый цинк (травленая кислота) в зависимости от условий пайки применяется в виде порошка или раствора. Используется для пайки латуни, меди и стали. Для приготовления флюса необходимо в свинцовой или стеклянной посуде растворить одну весовую часть цинка в пяти весовых частях 50-процентной соляной кислоты. Признаком образования хлористого цинка служит прекращение выделения пузырьков водорода. Из-за того, что в растворе всегда имеется небольшое количество свободной кислоты, в местах пайки возникает коррозия, поэтому после пайки место спая должно тщательно промываться в проточной горячей воде. Пайку с хлористым цинком в помещении, где находится радиоаппаратура, производить нельзя. Применять хлористый цинк для пайки электро и радиоаппаратуры также нельзя. Хранить хлористый цинк необходимо в стеклянной посуде с плотно закрытой стеклянной пробкой.

Бура (водная натриевая соль пироборной кислоты) применяется как флюс при пайке латунными и серебряными припоями. Легко растворяется в воде. При нагревании превращается в стекловидную массу. Температура плавления 741°С. Соли, образующиеся при пайке бурой, необходимо удалять механической зачисткой. Порошок буры следует хранить в герметически закрытых стеклянных банках.

Нашатырь (хлористый аммоний) применяется в виде порошка для очистки рабочей поверхности паяльника перед лужением.

Химически пассивные флюсы (бескислотные).

К бескислотным флюсам относятся различные органические вещества: канифоль, жиры, масла и глицерин . Наиболее широко в электро- и радиомонтажных работах применяется канифоль (в сухом виде или раствор ее в спирте). Самое ценное свойство канифоли, как флюса, заключается в том, что ее остатки после пайки не вызывают коррозии металлов. Канифоль не обладает ни восстанавливающими, ни растворяющими свойствами. Она служит исключительно для предохранения места пайки от окисления. Для приготовления спирто-во-канифольного флюса берется одна весовая часть толченой канифоли, которая растворяется в шести весовых частях спирта. После полного растворения канифоли флюс считается готовым. При применении канифоли места пайки должны быть тщательно очищены от окислов. Часто для пайки с канифолью детали следует предварительно облуживать.

Стеарин не вызывает коррозии. Используется для пайки с особо мягкими припоями свинцовых оболочек кабелей, муфт и др. Температура плавления около 50°С.

В последнее время широкое применение получила группа флюсов ЛТИ , применяемых для пайки металлов мягкими припоями. По своим антикоррозийным свойствам флюсы ЛТИ не уступают бескислотным, но в то же время с ними можно паять металлы, которые раньше не поддавались пайке, например детали с гальваническими покрытиями. Флюсы ЛТИ могут применяться также для пайки железа и его сплавов (включая нержавеющую сталь), меди и ее сплавов и металлов с высоким удельным сопротивлением (см. табл. 7).

Таблица 7

При пайке с флюсом ЛТИ достаточно произвести очистку мест пайки только от масел, ржавчины и других загрязнений. При пайке оцинкованных деталей удалять цинк с места пайки не следует. Перед пайкой деталей с окалиной последняя должна быть удалена травлением в кислотах. Предварительное травление латуни не требуется. Флюс наносится на место спая с помощью кисточки, что можно сделать заблаговременно. Хранить флюс следует в стеклянной или керамической посуде. При пайке деталей сложного профиля можно применять паяльную пасту с добавлением флюса ЛТИ-120. Она состоит из 70-80 г вазелина, 20-25 г канифоли и 50-70 млг флюса ЛТИ-120.

Но флюсы ЛТИ-1 и ЛТИ-115 имеют один большой недостаток: после пайки остаются темные пятна, а также при работе с ними необходима интенсивная вентиляция. Флюс ЛТИ-120 не оставляет темных пятен после пайки и не требует интенсивной вентиляции, поэтому применение его значительно шире. Обычно остатки флюса после пайки можно не удалять. Но если изделие будет эксплуатироваться в тяжелых коррозийных условиях, то после пайки остатки флюса удаляются при помощи концов, смоченных спиртом или ацетоном. Изготовление флюса технологически несложно: в чистую деревянную или стеклянную посуду заливается спирт, насыпается измельченная канифоль до получения однородного раствора, затем вводится триэтаноламин, а затем активные добавки. После загрузки всех компонентов смесь перемешивается в течение 20-25 минут. Изготовленный флюс необходимо проверить на нейтральную реакцию с лакмусом или метилоранжем. Срок хранения флюса не более 6 месяцев.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИПОЕВ

Точную дату появления оловянно-свинцового припоя вряд ли кто-то назовет. Однако соединение, обозначаемое «ПОС», известно еще со средних веков. Оно обладает оптимальными качествами для того, чтобы соединять многие металлы.

Его легко расплавить, а свинец и олово, входящие в состав, добывались несколько тысяч лет назад. В настоящее время припой ПОС – самый распространенный вид расходного материала, применяемый в каждодневной практике.

Популярность и свинца объясняется несколькими обстоятельствами.

Главная особенность сплавов – способность при определенном соотношении компонентов образовывать состав с эвтектическими свойствами. Это межметаллическая система, температура плавления которой меньше, чем ожидаемые значения.

Можно себе представить радость первооткрывателей, которые обнаружили, что оловянно-свинцовый сплав для превращения в жидкое состояние можно нагревать до меньшей температуры.

Интересно, что эвтектическая смесь может служить растворителем, в котором распределяется при добавлении определенное дополнительное количество какого-либо металла.

Так были разработаны разнообразные марки припоев ПОС. В их технических характеристиках указаны пропорции, значения физических констант.

Визуально заметно, что при преобладании в оловянно-свинцовом сплаве олова припой имеет сильно выраженный металлический блеск. Если в сплаве больше свинца, поверхность имеет сероватый цвет с синим оттенком.

Характеристики отдельных марок

Производители поставляют припойную продукцию:

• в литых чушках;
• в виде проволочных изделий;
• лентообразной фольги;
• трубчатой продукции с флюсами внутри;
• порошков или пастообразной массы.

В целом существует однозначная закономерность. Чем меньше массовая доля олова в оловянно-свинцовом припое, тем больше его температура плавления и меньше прочностные показатели.

Больше половины олова

В сплаве, содержащем 90 % олова, остальную часть массы составляет свинец. Припой ПОС-90 имеет температуру плавления 220 ℃.

Применяется для пайки изделий, которые впоследствии будут подвергаться гальванической обработке золотом или серебром.

Оловянно-свинцовый припой с 61 % олова имеет более доступную температуру плавления, равную 191 °С. ПОС-61 используется для изготовления тонких контактов деталей из медных и стальных сплавов в различных измерительных приборах. Места нанесения сплава не должны подвергаться сильному нагреванию.

Припой модно применять для пайки проводов, имеющих толщину до 0,08 мм, в обмотке. Он может подвергаться действию токов высокой частоты.

Припой используют во всех ситуациях, требующих большой прочности и надежности соединения радиоэлементов, компонентов микросхем. Им можно паять провода, защищенные оболочкой из поливинилхлорида.

Оловянно-свинцовый припой, содержащий равные доли двух металлов, обозначается как ПОС-50. Он плавится при температуре 222 ℃. Применим во всех ситуациях, где может использоваться ПОС-61.

Отличие сводится к тому, что данный припой имеет более высокую температуру плавления. Если контакт может нагреваться это качество будет полезным.

Меньше половины олова

Швы, для которых велика вероятность нагрева до еще более высоких температур, следует паять посредством припоя ПОС-40. Температура плавления оловянно-свинцового сплава, содержащего от 39 % до 41 % олова, составляет 238 °С.

Обращаем внимание на то, что представленные показатели характерны для окончательного плавления сплава. Начинается процесс при несколько более низких температурах.

Сплав предназначен для работы с проводами, деталями из разных металлов. Образующийся шов имеет меньший запас прочности, чем соединения, полученные сплавами с большей массовой долей олова. Припой используют для получения соединений, не подвергающихся большой механической нагрузке.

Еще большую температуру окончательного расплавления имеет сплав ПОС-30. Она равна 256 ℃.

Этот оловянно-свинцовый припой используется для пайки швов, не подлежащих нагрузке, из медных и стальных материалов.

Припой ПОС-18 окончательно расплавляется при 277 ℃. Образующийся шов имеет небольшую механическую устойчивость.

Представленный оловянно-свинцовый сплав можно применять для лужения, пайки ненагружаемых медных деталей, изделий из оцинкованного железа.

Оловянно-свинцовый сплав, содержащий всего 10 % олова, имеет максимальную в этом ряду температуру плавления, равную 299 ℃, и минимальную прочность.

ПОС-10 может использоваться для пайки, лужения контактов на поверхности приборов реле. ГОСТ позволяет применять состав для обработки контрольных точек в топках паровозов. В настоящее время паровозы остались уже только в музеях, иногда их приходится ремонтировать, реставрировать.

Припои с маркировкой ПОС – бессурьмянистые расходные материалы.

Группа специальных сплавов

При добавлении в состав металлических композиций в небольших количествах сурьмы значительно увеличивается прочность шовных соединений.

Материал обозначается маркировкой «ПОСсу», имеет температуры плавления от 189 ℃ (у состава со следовым содержанием сурьмы) до 270 ℃ (у припоя с содержанием сурьмы, достигающим 4 %, в некоторых даже 6 %).

Материалы первой подгруппы с концентрацией добавки, измеряющейся в сотых долях процента – это малосурьмянистые марки.

Такие припои применяются в авиа- и автомобилестроении, при производстве холодильного оборудования, пищевой посуды, подлежащей последующему лужению.

Таблица 1. Малосурьмянистые припои:

Металлические оловянно-свинцовые композиции с концентрацией сурьмы от 1,5 % до 6 % называются сурьмянистыми. Они рекомендованы к применению в электролампах, трубчатых радиаторах, белой жести.

Прибавка сурьмы удешевляет оловянно-свинцовый материал, но спаивание происходит сложнее. Незначительное изменение оловянно-свинцового композита заметно уменьшает смачивающие способности расплава. Работать с этим расходным материалом могут только профессионалы.

Таблица 2. Сурьмянистые припои

Низкотемпературная группа

Заметно понижает добавка кадмия. Например, сплав ПОСК-50-18, содержащий от 49 % до 51 % олова, от 17 % до 19 % кадмия имеет температуру плавления 145 ℃.

Это удобное в работе качество, вдвойне приятное тем, что образующиеся швы имеют большую механическую прочность. Оловянно-свинцовые припои с кадмием применяют при работе с металлизированной и керамической продукцией.

Вопрос о применении расходного материала решается с учетом конкретной производственной ситуации.

Именные сплавы

К оловянно-свинцовым композициям условно можно отнести сплавы, носящие имена ученых-разработчиков. Низкую температуру плавления, всего 94 ℃ имеет эвтектический сплав Розе.

В его составе содержится 50 % висмута. Остальную часть массы приблизительно в равных долях занимают олово и свинец. Материал используется для работы с медью, изготовления элементов автоматики с фиксированной эксплуатационной температурой.

Еще меньшую температуру плавления имеет оловянно-свинцовый припой Вуда. Она равна 68,5 ℃. Материал содержит 50 % висмута, 25 % свинца, а остальную массовую часть поровну составляют олово и кадмий. Применяют при изготовлении датчиков противопожарной сигнализации, прецизионной техники.

Сплав Д, Арсе содержит около 10 % олова, остальные 90 % составляют висмут и свинец в равных долях. Материал имеет температуру плавления 79 ℃. Применяется для спаивания легкоплавких металлов.

Олово – мягкий и пластичный блестящий металл серебристо-белого цвета. Характеризуется хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, растворимо в разбавленных сильных кислотах и концентрированных щелочах. Олово применяют для нанесения покрытий (лужения), получения сплавов и припоев для пайки, а также в качестве легирующих присадок.

Сплавы олова представляют собой системы олово – сурьма – медь и олово сурьма – свинец, которые содержат от 3 до 90 % олова. Их применяют как антифрикционные сплавы – баббиты для заливки подшипников и как припои. Использование свинца сокращает стоимость припоя, а введение сурьмы повышает прочность шва.

Свинец

Свинец – мягкий ковкий пластичный металл светло-серого цвета с синеватым оттенком. Значительно мягче олова, режется ножом и царапается ногтем, легко прокатывается в тонкие листы. Свинец устойчив против коррозии и воздействия ряда химических веществ, особенно серной кислоты. Выплавка свинца была одним из первых металлургических процессов. Он широко применяется в химической промышленности для защиты аппаратуры от разъедания. Из свинца изготавливают оболочки для защиты электрических кабелей, дробь, краски и свинцовые аккумуляторы.

Сплавы свинца

Сплавы свинца имеют высокую плотность и низкую механическую прочность. Они легкоплавки и устойчивы против коррозии. Сплавы с преобладанием свинца значительно дешевле, чем на основе олова. Их используют как антифрикционные сплавы – баббиты, как типографские сплавы и припои. Свинец с добавками олова и сурьмы становится значительно тверже.

И сплавы из этого материала обладают определенными свойствами, которые обусловлены их начальным состоянием.

Общее описание олова

Здесь важно отметить, что различают два типа этого сырья. Первый тип называют белым оловом, и он является β-модификацией этого вещества. Второй тип - это α-модификация, которая более известна как серое олово. При переходе из одной модификации в другую, а именно из белой в серую, возникает сильное изменение объема вещества, так как происходит такой процесс, как рассыпание металла в порошок. Данное свойство принято называть Здесь также важно отметить, что одно из наиболее негативных свойств олова - это его склонность к морозу. Другими словами, при температуре от -20 до +30 градусов по Цельсию может начаться самопроизвольный переход из одного состояние в другое. К тому же переход продолжится, даже если повысить температуру, но уже после того как процесс начался. Из-за этого хранить сырье приходится в местах с довольно высокой температурой.

Свойства олова и свинца

Стоит сказать, что олово, свинец и сплавы из этих материалов имеют довольно мало общих свойств. К примеру, чем чище олово, тем выше шанс того, что оно будет подвержено влиянию чумы. Свинец же, в свою очередь, вовсе не испытывает аллотропических превращений.

Однако стоит также отметить, что для замедления такого рода превращения в олове используют дополнительные вещества. Лучше всего себя проявили такие материалы, как висмут и сурьма. Добавка этих веществ в объеме 0,5 % снизит практически до 0 скорость аллотропического превращения, а значит, белое олово можно считать полностью устойчивым. Здесь же можно отметить, что в меньшей степени, но все же используется сплав олова и свинца с этой же целью.

Если же говорить о свойствах свинца, то он имеет более высокую температуру плавки - 327 градусов по Цельсию, чем олово - 232 градуса. Плотность свинца в условиях комнатной температуры составляет 11,34 г/см 3 .

Характеристики олова и свинца

Начать стоит с того, что рекристаллизация наклепанных олова свинца и сплавов происходит при температуре, которая считается ниже комнатной. По этой причине процесс их обработки относится к горячему типу.

Общим показателем стала стойкость к коррозии при атмосферных условиях. Однако небольшое отличие кроется в стойкости к коррозии под влиянием второстепенных веществ. К примеру, лучше всего свинец проявляется себя при взаимодействии с концентрированными составами некоторых кислот - серной, фосфорной и т. д. Олово же, в свою очередь, лучше всего противостоит растворам из пищевых кислот. Сфера применения этих веществ по отдельности также отличается. Олово широко используется для лужения жести, в то время как свинец нашел свое применение для футеровки аппаратуры сернокислотного производства.

Системы сплавов

Здесь важно начать с того, что сплав олова со свинцом - это еще более легкоплавкий материал, чем по отдельности. Наиболее широкое распространение такие смеси получили в качестве припоев, для изготовления типографических шрифтов, отливки плавких предохранителей и т. д. Такая система, как "олово - свинец", относится к группе эвтектического типа. Важным свойством всех материалов, принадлежащих к этой категории, является то, что температура их плавки находится в районе от 120 до 190 градусов по Цельсию. К тому же существуют группы тройных эвтектиков. В качестве примера можно привести систему сплава олова, свинца, цинка. Температура плавки таких материалов опускается еще ниже, и ее предел - 92-96 градусов по Цельсию. Если добавить в сплав еще и четвертый компонент, то показатель температуры плавки опустится до отметки в 70 градусов. Если говорить об использовании сплава олова со свинцом в качестве припоя, то чаще всего в их состав вводится до 2 % такого вещества, как сурьма. Это делается для того, чтобы улучшить растекаемость припоя. Здесь стоит отметить, что температуру плавки можно регулировать соотношением "олово/свинец". Наиболее легкоплавкое сырье плавится при показателе в 190 градусов.

Баббиты

С тем, как называется сплав олова и свинца, уже разобрались - это эвтектик. Эта группа веществ с таким составом получила наибольшее распространение при производстве подшипниковых сплавов, которые называются "баббиты". Данный материал применяется в качестве заливки для вкладышей подшипников. Здесь важнее всего правильно подобрать материал, чтобы он смог без труда приработаться к валу. На первый взгляд кажется, что масса сплавов олова и свинца с различными припоями является отличным выходом. Однако на деле это не совсем так. Такие материалы оказались слишком мягкими, а коэффициент трения между валом и таким вкладышем - высоким. Другими словами, во время работы они слишком сильно разогревались, из-за этого легкоплавкие металлы стали "налипать" на вал. Чтобы избежать данного недостатка, начали добавлять небольшое количество более твердых веществ. Таким образом был получен материал, который одновременно является и мягким, и твердым.

Состав вещества

Для того чтобы добиться такого вещества, которое обладает прямо противоположными характеристиками, использовались следующие вещества. Самое важное - это то, что они лежат сразу в двухфазной области α+β. Кристаллы β-фазы обогащаются таким припоем, как сурьма. Они выступают в роли твердых хрупких веществ. Кристаллы α-фазы, в свою очередь, являются мягкой и пластичной основой. Для того чтобы избежать таких недостатков, как расплав твердых кристаллов и их всплытие, в смесь добавляют еще один компонент - медь. Таким образом, из куска сплава свинца и олова с добавлением некоторых других веществ удается создать подшипниковый материал баббит, который сочетает в себе два противоположных качества - твердость и мягкость. Классическим и самым распространенным изделием этой марки стал баббит Б83. Состав этого сплава следующий: 83 % Sn; 11 % Sb; 6 % Cu.

Альтернатива

Стоит сказать о том, что с точки зрения экономии баббиты на основе олова очень невыгодны, так как этот материал стоит довольно много. Кроме того, само по себе олово считается дефицитным веществом. По этим двум причинам были разработаны альтернативные подшипники, в основу которых лег свинец, сурьма и медь. В таком составе кристаллики сурьмы выступают в качестве твердой основы. Мягким же основанием выступает непосредственный сплав из свинца и сурьмы. Медь здесь используется таким же образом, как и свинец в предыдущем составе, то есть для препятствия всплывания кристаллов твердой основы.

Однако здесь же стоит сказать и о недостатках. Эвтектик из свинца и сурьмы не такой пластичный, как фаза с использованием олова. А потому детали, изготовленные таким образом, страдают от быстрого износа. Чтобы нивелировать данный недостаток, все же приходится добавлять некоторое количество олова. Использование тройных эвтектиков не слишком распространено.