Припои для пайки

Припои – это плавкие материалы, которые применяют для пайки (соединения) металлических деталей и электрических контактов, а также для лужения металлических поверхностей. Наибольшее распространение для пайки металлов получили припои на основе Sn, Pb, Cu, Cd, Sb, Ni, Ag и других металлов. Есть также неметаллические, которые используются для спаивания пластиков, и на основе оксидов для пайки керамики с металлами. 

Применение

Для пайки припой нагревают выше температуры его плавления и наносят на металлические поверхности, которые соединяют. Соединяемые металлы остаются в твердом состоянии, так как их температура плавления намного выше, чем у припоя.

При контакте твердого металла с расплавленным припоем происходит его смачивание, и он заполняет зазор между соединяемыми деталями. На границе расплавленного припоя и твердого металла происходит процесс диффузии, образуя прослойку из раствора основного металла в припое, которая создает монолитное соединение.

Припои применяют с целью получения:

• прочного соединения деталей, особенно мелких, где нельзя или нецелесообразно применять сварку или склеивание;
• герметичных швов и фитинговых соединений при изготовлении или ремонте емкостей, трубопроводов, радиаторов и др.;
• монолитного соединения контактов с целью минимизировать переходное сопротивление и исключить окисление контакта;
• токоведущих дорожек на электронных платах;
• луженой поверхности, в том числе пищевых емкостей, устойчивых к воздействию агрессивной среды.

Виды и классификация

В настоящее время существует множество видов припоев, отличаемых по свойствам и  материалам, которые ими можно паять. Но главным отличием стала температура плавления. Именно по этому признаку припои классифицируются на 2 вида: мягкие (низкотемпературные) и твердые (высокотемпературные).

Мягкие припои

Это низкотемпературные припои с температурой плавления до 300 °C. Они отличаются простотой в применении, хорошей смачиваемостью и диффузией с большинством металлов, химической устойчивостью и достаточной электропроводимостью для пайки контактов. При этом они уступают высокотемпературным припоям по прочности. Их предел прочности на растяжение составляет 16-100 Мпа, в зависимости от марки.

Низкотемпературные припои изготавливаются на основе олова с добавками других металлов в разной пропорции. Из чистого олова их не делают, так как этот металл подвержен «оловянной чуме». При охлаждении до + 13,2 °C белое олово переходит в α-модификацию – серое олово. При этом его объем увеличивается на 25,6%, оно превращается в порошок и рассыпается.

Наиболее распространенные из низкотемпературных являются припои оловянно-свинцовые (ПОС). Содержание в них олова может быть 10-90%, а остальное свинец. Например, ПОС-61 с содержанием олова 61% или ПОС-63, где олова 63%, считаются самыми низкотемпературными. Они плавятся при 183°C, поэтому с ними знакомы все, кто держал в руках паяльник.

Также в мягкие припои может входить третий компонент, который влияет на определенные его свойства, делая его более подходящим для определенной специализации, например:

• ПОССу (оловянно-свинцово-сурьмянистые) – для цинковых и оцинкованных металлов. Характеризуются повышенной прочностью;
• ПОСК (оловянно-свинцово-кадмиевые) – для выводов радиодеталей чувствительных к перегреву, например, конденсаторов. Характеризуется низкой температурой плавления 142-277 °C в зависимости от марки;

Бессвинцовые низкотемпературные припои

Не содержат свинца и специально разработаны с целью повышения безопасности труда и защиты окружающей среды. По этой причине под определение бессвинцовых не попадают припои, в составе которых есть кадмий, ртуть и другие вредные металлы, хоть и нет свинца.

Технологически и технически бессвинцовые имеют 3 недостатка по сравнению со свинцовосодержащими:

• температура плавления выше;
• хуже смачивают деталь при пайке, что вынуждает использовать специальные флюсы;
• паяный шов со временем теряет прочность.

Низкотемпературные бессвинцовые припои также изготавливаются на основе олова, а вторым, а иногда и третьим элементом в них становятся металлы, образующие с оловом твердые растворы. Это индий, медь, цинк, серебро, золото.

Наиболее востребованными припоями без свинца стали:

• оловянно-цинковые – их применяют для пайки алюминия;
• с содержанием индия, цинка и серебра – наиболее востребованы в электронике;
• с медью – для пайки труб;
• с золотом и серебром – в ювелирном деле и электронике.

При этом следует учитывать, что бессвинцовые припои не всегда могут заменить оловянно-свинцовые, поэтому не являются их полной заменой. В настоящее время разработки бессвинцовых вариантов продолжаются, а их виды и численность постоянно растут.

Твердые припои

Имеют температуру плавления от 300 и до 1133 °C и пределом прочности на растяжение 100-500 МПа. Их применяют для создания прочных паяных швов. В отличие от сварки, высокотемпературная пайка позволяет создавать аналогичные по прочности соединения без расплава основного металла и его термической деформации.

Твердые высокотемпературные припои изготавливают на основе меди или серебра, олово в их состав не входит. Другими компонентами могут быть: цинк, медь, железо, кремний, титан и др. Примером самых распространенных марок твердых припоев стали:

• ПМЦ – припой медно-цинковый, включает медь и цинк;
• ПСр – серебряный, включает серебро, медь, цинк;
• ПМТ – медно-титановый, включает медь, титан, железо и кремний.

Процентный состав элементов также может отличаться из-за чего температура плавления одной и той же марки, но с разным цифровым значением, тоже различается. Например, ПМЦ-36, что означает 36% содержания меди, остальное цинк, плавится при температуре 825 °C, а ПМЦ-51 имеет температуру плавления 870 °C.