Температура плавления серебряного припоя

Припо́й — материал [1] , применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы. Применяют сплавы на основе олова, свинца, кадмия, меди, никеля, серебра и другие.

Существуют неметаллические припои [2] .

Срок службы паяного соединения зависит от правильности технологии пайки и параметров окружающей среды в эксплуатации.

Содержание

Описание [ править | править код ]

Припои выпускаются в виде гранул, прутков, проволоки, порошка, фольги, паст и закладных деталей.

Пайку осуществляют или с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва, или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке мест соединения припой нагревают свыше температуры его плавления. Так как припой имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления соединяемого металла (или металлов), из которых изготовлены соединяемые детали, то он плавится, в то время как металл деталей остаётся твёрдым. На границе соприкосновения расплавленного припоя и твёрдого металла происходят различные физико-химические процессы. Припой смачивает металл, растекается по нему и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом компоненты припоя диффундируют в основной металл, основной металл растворяется в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.

Выбирают припой с учётом физико-химических свойств соединяемых металлов (например, по температуре плавления), требуемой механической прочности спая, его коррозионной устойчивости и стоимости. При пайке токоведущих частей необходимо учитывать удельную проводимость припоя.

Жидкотекучесть низкотемпературных припоев даёт возможность паять изделия сложной формы.

Классификация припоев [ править | править код ]

Припои принято делить на две группы:

К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 °C, к твёрдым — свыше 300 °C. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16—100 МПа, а твёрдые — 100—500 МПа.

К мягким припоям относятся оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 (ПОС-10) до 90 % (ПОС-90), остальное — свинец. Электропроводность этих припоев составляет 9—15 % электропроводности чистой меди. Плавление этих припоев начинается при температуре 183 °C (температура плавления эвтектики системы олово-свинец) и заканчивается при следующих температурах плавления ликвидуса:

Припои ПОС-61 и ПОС-63 плавятся при постоянной температуре 183 °C, так как их состав практически совпадает с составом эвтектики олово-свинец.

Кроме этих составов в качестве мягких припоев используются также:

• сурьмянистые припои (ПОССу), применяемые при пайке оцинкованных и цинковых изделий и повышенных требованиях к прочности паяного соединения,
• оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК) для пайки деталей, чувствительных к перегреву и пайки выводов к конденсаторам и пьезокерамике,
• оловянно-цинковые (ОЦ) для пайки алюминия,
• бессвинцовые припои, содержащие наряду с оловом медь, серебро, висмут и др. металлы.

Твёрдые припои [ править | править код ]

Наиболее распространёнными твёрдыми припоями являются медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр) с различными добавками:

Температуры плавления припоев марок ПСр и ПМЦ:

ПСр-10 — 830 °С.
ПСр-12 — 785 °С.
ПСр-25 — 765 °С.
ПСр-45 — 720 °С.
ПСр-65 — 740 °С.
ПСр-70 — 780 °С.
ПМЦ-36 — 825 °С.
ПМЦ-42 — 833 °С.
ПМЦ-51 — 870 °С

Широко применяются медно-фосфористые припои. К медно-фосфористым припоям относятся сплавы меди, олова с добавками фосфора. Такие припои применяются при пайке меди, медных сплавов, серебра, чугуна, твердых сплавов.

Температуры плавления медно-фосфористых припоев:

П81 — 660 °С
П14 — 680 °С
МФ7 — 820 °С
П47 — 810 °С

Серебряные припои [ править | править код ]

Серебряные припои имеют температуру плавления от 183 до 1133 °С и представляют собой сплавы серебро-свинец-олово; серебро-свинец; серебро-медь; серебро-медь-цинк; серебро-медь-цинк-кадмий; и т. д.

Серебряные припои имеют достаточно широкую область применения:

• лужение и пайка меди, медно-никелевых сплавов, никеля, ковара, нейзильбера, латуней и бронз;
• пайка железоникелевых сплавов с посеребренными деталями из стали;
• пайка стали с медью, никелем, медными и медно-никелевыми сплавами;
• пайка меди с никелированным вольфрамом;
• пайка титана и титановых сплавов с нержавеющей сталью;
• пайка меди и медных сплавов с жаропрочными сплавами и нержавеющими сталями;
• пайка меди и латуни с коваром, никелем, с нержавеющими сталями и жаропрочными сплавами, пайка свинцово-оловянистых бронз;
• пайка и лужение меди, никеля, медных и медно-никелевых сплавов с посеребренной керамикой, пайка посеребренных деталей;
• пайка меди и никеля со стеклоэмалью и керамикой;
• пайка и лужение ювелирных изделий;
• пайка меди с бронзой, меди с медью, бронзы с бронзой;
• пайка меди, медных сплавов и сталей по свежеосаждённому медному гальваническому покрытию толщиной не менее 10 мкм;
• пайка и лужение цветных металлов и сталей;
• пайка и лужение серебряных деталей.

Бессвинцовые припои [ править | править код ]

В связи с повышением внимания общества к вопросам экологии теперь при выборе припоев более серьёзно учитывают токсичность его компонентов. В электротехнике и электронике (особенно в бытовой) всё чаще используют бессвинцовые припои.

Уход от свинцовосодержащих припоев также обусловлен негативным влиянием свинца на прочность соединения с контактами, покрытыми золотом. [4]

Паяльные пасты [ править | править код ]

Развитие автоматизированной технологии для изготовления электронных плат обусловило появление нового типа припоев: так называемых паяльных паст, пригодных как для обычной, так и трафаретной пайки элементов электронных схем. Паяльные пасты представляют собою дисперсную смесь, в которой дисперсной фазой являются микро- и наноразмерные частицы припоя, иногда твёрдых компонентов флюса, а диспергирующей средой являются жидкие компоненты флюса и летучие органические растворители.

Прочие [ править | править код ]

Не относящиеся к собственно припоям особые виды металлических сплавов применяются в электровакуумной технике для электрических вводов, вплавляемых в стекло и работающих при сравнительно низких температурах, когда использование здесь тугоплавких, но относительно дорогих металлов (вольфрам, молибден, платина) не требуется. Для этих материалов особую важность имеет температурный коэффициент линейного расширения ( α l <displaystyle alpha _> ), который для получения вакуум-плотного ввода должен как можно точнее согласовываться с α l <displaystyle alpha _> стекла. Например, ковар (марка сплава 29НК), применяемый для изготовления электрических выводов через стеклянные колбы различных газонаполненных и электровакуумных электронных приборов и осветительных ламп имеет примерный состав: Ni — 29 %, Со — 18 %, Fе — остальное; его удельное сопротивление около 0,49 мкОм·м, а α l <displaystyle alpha _> около 4…5·10 −6 К −1 .

Припоем называют материал, имеющий металлическую основу, который применяется при пайке. С его помощью соединяются поверхности деталей. Температура, при которой происходит плавление припоя, ниже чем у соединяемого материала. В промышленности его выпускают в гранулированном виде, в прутках, проволокой, порошком, фольгой. Сплавы делятся на мягкую группу, с температурой плавления до 300С, и твердую, у которой температура плавления выше 300С.

Серебряный сплав как материал для пайки
Относится к группе твердых. Температура плавления от 1830С до 11330С. Такой большой температурный разбег объясняется неоднородностью состава. Само серебро – достаточно дорогой металл, по структуре мягкий и использовать его в чистом виде не технологично и недешево. Поэтому мастера всегда используют сплавы, где в составе, порядка трети, занимает серебро. Состав припоя устанавливается ГОСТ 19746 – 74. Этот же ГОСТ регламентирует его применение. В обиходе используются различные формы припоев, выпускают в виде отдельных прутков, похожих на электроды, накручивают на катушки или в виде полос толщиной в 2 мм.
Состав и применение
Кроме самого серебра, компонентами обязательно являются – около 20% меди, прядка 16% цинка и 33% кадмия. Это примерный обязательный состав серебряного сплава. В отдельных случаях, количество серебра может достигать 52%. При этом сплав, будучи очень текучей субстанцией, обладает большой прочностью при многоступенчатой пайке поверхностей. Кадмий и олово добавляют в тиноль в качестве легирующих элементов. Эти элементы или повышают температуру плавления, или наоборот, понижают ее. В итоге пайка получается замечательной. Легирующие элементы упрочняют соединение и немало экономят на серебре.
И каждый состав предназначается для определенных задач в пайке. Очень обширная география применения серебра как в промышленности, так и в быту. Применяется для работы практически с любыми стальными сплавами.
Используется для лужения и пайки меди, медь спаивают с бронзой, бронзу с латунью, латунь спаивают с нержавейкой.
Кроме всего прочего, серебро — это хороший проводник.

Некоторые примеры применения тиноли

Как паяют медь серебряным сплавом
Серебро вместе с цинком и медью обладает сильной текучестью, это способствует установлению прочной связью для поверхностей. Соединение получается очень прочным. Металл шва при минимуме серебра хорошо поддается обработке на наковальне.

Припой с серебром
Представляет собой листы, которые просто режутся на полосы и используются. Может выпускаться проволокой на катушках или просто в виде прутков. Такой материал отлично применяется для заполнения зазоров между кромками детали. Соединение устойчиво к вибрациям, ударам и деформационным нагрузкам.

Серебряный припой с флюсом
В пайке часто применяется ступенчатый способ. Как раз для этого хорошо подходит данный вид сплава. Швы с применением этого припоя могут держать температуру до 6000С. Это позволяет качественно провести ступенчатый процесс.

Распространенные марки припоев

ПСр72
Представляет собой проволоку диаметром 1 мм. В состав входит около 72% серебра и примерно 28% меди. Плавится при 7790C. Отлично справляется с лужением и хорош в ювелирной работе.

ПСР70
Так же производится в виде проволоки диаметром 3 мм. Состоит из 70% серебра, 27% меди и совсем небольшого количества цинка. Плавится при температуре около 7350С. Работает с титаном и его сплавами.

ПСР 2
Это проволока до 2-х мм в диаметре. Припой имеет всего лишь 2% серебра, олова — 30%, кадмия – 5%, а все остальное занимает свинец. Температура плавления всего лишь 2360С. Используется для спаивания никеля с медью. Очень хорош для работы с ювелирными изделиями.
ПСр 15
Так же выпускается проволокой. Состоит из серебра – 15%, меди – 5%, фосфора – 80%. Начинает плавиться при температуре 720С.
Свойства и особенности
Как видим, серебро не всегда составляет основу припоя. Тем не менее, название остается «серебряным». В тиноле может не быть каких-то других составляющих, но серебро в той или иной степени присутствует всегда. Чем больше в составе соединения присутствует серебра, тем крепче оно получается. Очень хорошо паять «серебром» нержавейку.
Правильный выбор
Выбрать правильный тиноль не так-то просто, потому что имеется очень много марок. Необходимо ясно представлять для каких задач нужен сплав. Для выдерживания сильных вибраций полезен большой процент серебра в составе. Для соединений слабее допускается содержание меди, никеля и свинца.

Порядок пайки серебра

Процесс пайки лучше проводить газовой горелкой. Обычный паяльник не выдаст нужную температуру плавления. Порядок следующий:
• с помощью кисточки наносится на место пайки флюс;
• изделие укладывается на термостойкую поверхность;
• конец припоя держится возле стыка или крошится мелко на него;
• пламенем минимальной мощности стык «разглаживается» ровными и быстрыми движениями.
Изделие готово тогда, когда припой полностью расплавится и растечется.

Расплавить серебро дома
Форма для изделия готовится заранее. В примерной пропорции 7:1 перемешивается кварц и гипс. Далее эта смесь заливается водой и доводится до состояния жидкой глины. Из этой глины изготавливается нужный макет.
Когда форма будет готова, начинается процесс плавки. Одинаково ломаные кусочки серебра укладываются в тигель. Там сырье будет ровнее и быстрее прогреваться. Для подогрева использовать можно горелку или газовую плиту. Когда расплавленный металл дойдет до «состояния ртути», можно его заливать в форму. Залитый продукт необходимо быстро захлопнуть. Для верности заливки, можно под крышкой поместить немного быстро сгорающего материала, например, ваты. При сгорании от высокой температуры она создаст давление и металл заполнит все неровности и щели.

Чтобы уметь вести пайку серебром, требуется хороший опыт, реакция и отличный глазомер. Специалист должен владеть специальными навыками. Желаемый результат возможен только в том случае, если правильно выбран флюс, серебряный припой.
Важно помнить, если требуется соединение, способное выдержать высокую температуру, в припое не должно быть свинца. Потому что свинец быстро плавится! Медь вполне приемлема и имеет более высокую точку плавления, чем серебро.

1. Немного теории

Начну с цитаты из Бреполя: «При изготовлении припоя базой его следует брать эвтектический состав сплава Ag-Cu и добавками цинка понижать температуру плавления. Разность температур плавления основного металла и припоя должна быть не менее 50 °С.»

Что такое «эвтектический состав сплава»? Я уже упоминал в статье «Температура плавления сплавов Ag-Cu-Zn» термины «ликвидус» и «солидус». Повторю: ликвидус — это температура полного расплавления сплава при его нагревании, а солидус — температура полного затвердевания сплава при его охлаждении. У чистых металлов эти температуры совпадают, и при достижении точки плавления температура металла остается постоянной, пока он полностью не перейдет в жидкое состояние. У сплавов в общем случае существует промежуток температур, в котором он уже не твердый, но еще не жидкий. Нижняя граница этого промежутка — солидус, верхняя — ликвидус (от слов «твердый» и «жидкий»). Однако, при определенном сочетании компонентов сплав ведет себя, как единый металл: точки солидуса и ликвидуса совпадают. Это сочетание и называется эвтектическим.

Из приведенной диаграммы (кликните, чтобы увеличить) видно, что все сплавы с содержанием серебра ниже 91% начинают плавиться при одной и той же температуре — 779 °С, а полностью расплавляются — по-разному. И есть одна точка (72% серебра), где ликвидус совпадает с солидусом. Это и есть эвтектика для сплавов Ag-Cu. В этой точке — самая низкая температура плавления для всех этих сплавов («эвтектика» — по-гречески «легко плавящийся»).
Для тройных сплавов Ag-Cu-Zn эта интересная для нас точка превращается в линию, которая жирно и красно выделена на уже знакомой вам диаграмме изотерм ликвидуса. Вдоль этой линии как раз и располагаются наиболее подходящие для припоев сплавы. Подходящие — сразу в нескольких смыслах:

• они содержат минимальное количество цинка, необходимое для данной температуры плавления;
• они плавятся без промежуточного кашеобразного состояния, что обеспечивает чистоту и однородность шва;
• они имеют равномерную мелкозернистую структуру, которая гарантирует прочность и пластичность соединения.

Вот почему Бреполь и советует брать за базу эвтектический сплав, ничего, правда, при этом не объясняя. Мол, если не лаптем щи хлебаете, разберетесь сами.

2. Выбираем припои из таблиц

Я имею в виду припои, рецепты которых приведены в многочисленных таблицах. Я выписал те из них, где нет явных опечаток, и столько, на сколько у меня хватило терпения. А затем обработал каждый программой Ag-Cu-Zn и получил таблицу, показанную на соседней картинке (кликните, чтобы увеличить).

Тут как раз самое время раскрыть тайну параметра, срытого под греческой буквой «эпсилон». Следуя завету Бреполя, что хороший состав припоя — это эвтектический состав, я решил ввести в программу алгоритм вычисления некоего параметра, который характеризовал бы «эвтектичность» сплава. Параметр ε показывает относительное отклонение выбранного состава сплава от эвтектического. В идеальном случае он равен единице, а наиболее отдаленные его значения — от 0,7 до 1,4. Близкими к эвтектике значениями следует считать примерно от 0,95 до 1,05.

Кроме температуры плавления и параметра «эвтектичности» на выбор припоя влияет еще один немаловажный критерий — его проба. Здесь нет такого жесткого требования, как для золота, чтобы проба припоя совпадала с пробой сплава, однако, есть нижний порог, за которым могут возникнуть конфликты с инспекцией пробирного надзора. Этот порог — 60% серебра, т.е., проба должна быть не ниже 600. Кроме того, от пробы припоя зависит его цвет и стойкость к химическим воздействиям. Исходя из этого, хотелось бы выбрать припои как можно более высокой пробы.

И, наконец, самое важное: что мы собираемся паять? В данном случае речь идет о ювелирных сплавах серебра. О пайке меди, стали и прочих металлов поговорим в другой раз. Вспоминаем второй завет Бреполя: температура плавления припоя должна быть как минимум на 50 градусов ниже температуры плавления основного сплава (здесь имеется в виду солидус, т.е., начальная точка его плавления). Для всех ювелирных сплавов ниже 910 пробы солидус равен 779 градусам. Для 925 пробы — 808 градусов, для 916 — 789.

Смотрим в таблицу: первые четыре отпадают из-за слишком высокой температуры, последние четыре — из-за низкой пробы. Начнем с выбора твердого припоя. Для пайки 925 пробы серебра мы можем позволить себе припой с температурой плавления 760 градусов. По таблице выбираем составы 5 и 10: первый — за пробу, второй — за «эвтектичность». Затем выбираем мягкий припой — просто берем самый низкоплавкий, это состав 23. Средний припой должен иметь температуру около 730 градусов. Из таблицы лучший вариант, пожалуй, — номер 15.

3. Сочиняем свои рецепты

Однако, нет никакой необходимости выбирать припои именно из этой или какой-либо другой таблицы. У нас же есть программа Ag-Cu-Zn ! Вводим в правой ее части требуемые пробу и температуру и добиваемся такого их сочетания, при котором есть решение. Затем в левой части программы уточняем параметры полученного сплава и подгоняем до требуемых.

Мне пришлись по вкусу четыре припоя, показанные на последней картинке. У них температуры отличаются примерно на 20 градусов, и они удовлетворяют практически все потребности при пайке серебра.