Введение

Сплав, используемый для соединения металлических деталей.

Припой (/UK/'/s//ɒ//l//d//ə//, /'/s//ə//ʊ//l//d//ə/; NA: '/s//ɒ//d//ər/) — это сплав металла с низкой температурой плавления, используемый для создания прочного соединения между металлическими деталями. Припой расплавляется для смачивания поверхностей соединяемых деталей, где он прилипает к ним и обеспечивает соединение после охлаждения. Металлы или сплавы, пригодные для использования в качестве припоя, должны иметь температуру плавления ниже, чем у соединяемых деталей. Припой также должен быть устойчив к окислительному и коррозионному воздействию, которое может ухудшить качество соединения со временем. Припой, используемый для изготовления электрических соединений, также должен обладать благоприятными электрическими характеристиками. Мягкий припой обычно имеет диапазон температур плавления от , и широко используется в электронике, сантехнике и работе с листовым металлом. Наиболее часто используются сплавы, плавящиеся в диапазоне . Сварка, выполняемая с использованием сплавов с температурой плавления выше , называется «твердой сваркой», «серебряной сваркой» или пайкой. В определенных пропорциях некоторые сплавы являются эвтектическими — то есть температура плавления сплава является минимально возможной для данной смеси компонентов и совпадает с температурой замерзания. Неэвтектические сплавы могут иметь значительно отличающиеся температуры начала и конца затвердевания, поскольку имеют четкие переходы из жидкого в твердое состояние. Неэвтектические смеси часто существуют в виде пасты из твердых частиц в расплавленной матрице компонента с более низкой температурой плавления при достижении достаточно высоких температур. При выполнении электрических работ нарушение соединения в этом «пастообразном» состоянии до полного затвердевания может привести к плохому электрическому контакту; использование эвтектического припоя снижает эту проблему. Пастообразное состояние неэвтектического припоя может быть использовано в сантехнике, поскольку позволяет придавать форму припою во время охлаждения, например, для обеспечения герметичности соединения труб, что приводит к так называемому «зачищенному соединению». Для электромонтажных и электронных работ припой доступен в виде проволоки различной толщины для ручной пайки (ручная пайка выполняется с помощью паяльника или термофена) и с сердечником, содержащим флюс. Он также доступен в виде пасты комнатной температуры, в виде предварительно формованной фольги, соответствующей форме детали, что может быть более подходящим для механизированного массового производства, или в виде небольших «вкладок», которые можно обернуть вокруг соединения и расплавить пламенем, когда паяльник не подходит или недоступен, например, при полевом ремонте. Сплавы свинца и олова широко использовались в прошлом и до сих пор доступны; они особенно удобны для ручной пайки. Бессвинцовые припои все чаще используются из-за нормативных требований, а также преимуществ для здоровья и окружающей среды, связанных с исключением свинца из электронных компонентов. Сегодня они почти исключительно используются в бытовой электронике. Сантехники часто используют бруски припоя, значительно толще проволоки, используемой для электромонтажных работ, и наносят флюс отдельно; многие флюсы, подходящие для сантехнических работ, слишком коррозионны (или проводящи), чтобы использоваться в электромонтажных или электронных работах. Ювелиры часто используют припой в виде тонких листов, которые они разрезают на кусочки.

Этимология

Слово "припой" происходит от среднеанглийского слова soudur, через старофранцузские solduree и soulder, от латинского solidare, что означает "делать цельным" или "укреплять".

Без свинца

Директива Европейского Союза об отходах электрического и электронного оборудования и Директива об ограничении использования опасных веществ были приняты в начале 2003 года и вступили в силу 1 июля 2006 года, ограничивая содержание свинца в большинстве потребительской электроники, продаваемой в ЕС, и оказав значительное влияние на потребительскую электронику, продаваемую во всем мире. В США производители могут получить налоговые льготы за сокращение использования припоя на основе свинца. Бессвинцовые припои, используемые в промышленности, могут содержать олово, медь, серебро, висмут, индий, цинк, сурьму и следы других металлов. Большинство бессвинцовых заменителей традиционных припоев 60/40 и 63/37 SnPb имеют температуру плавления на 50–200 °C выше, хотя существуют и сплавы с гораздо более низкой температурой плавления. Бессвинцовый припой обычно требует около 2% флюса по массе для обеспечения достаточной смачиваемости. При использовании бессвинцового припоя в волновой пайке может быть целесообразно использовать слегка модифицированный ванночный узел (например, титановые вкладыши или мешалки) для снижения затрат на обслуживание, связанных с увеличенным увлечением олова из высокооловянного припоя. Бессвинцовый припой запрещен к применению в ответственных областях, таких как аэрокосмическая, военная и медицинская промышленность, поскольку соединения подвержены риску усталостного разрушения металла при нагрузке (например, при термическом расширении и сжатии). Хотя это свойство присуще и традиционному свинцовому припою (как и любому металлу), предел усталости свинцового припоя обычно значительно выше уровней напряжений, с которыми он сталкивается в обычных условиях. Припои на основе олова, серебра и меди (SnAgCu, или SAC) используются двумя третями японских производителей для оплавления и волновой пайки, и примерно 75% компаний – для ручной пайки. Широкое распространение этой популярной группы бессвинцовых сплавов обусловлено пониженной температурой плавления тройной эвтектической смеси SnAgCu (217 °C (423 °F)), которая ниже, чем у эвтектики SnAg 22/78 (мас.%) – 221 °C (430 °F) и эвтектики SnCu 99,3/0,7 – 227 °C (441 °F).

Твердая паяльница

Твердые припои используются для пайки и плавятся при более высоких температурах. Наиболее распространены сплавы меди с цинком или серебром. В серебряном деле и ювелирном искусстве используются специальные твердые припои, соответствующие требованиям пробы. Они содержат высокую долю металла, который паяется, и не содержат свинец. Эти припои различаются по твердости и обозначаются как "для эмали", "твердые", "средние" и "легкие". Припой для эмали имеет высокую температуру плавления, близкую к температуре самого материала, чтобы предотвратить отсоединение соединения при обжиге в процессе эмалирования. Остальные типы припоев используются в порядке убывания твердости в процессе изготовления изделия, чтобы предотвратить отсоединение ранее запаянного шва или соединения при пайке дополнительных участков. Легкий припой также часто используется для ремонта по той же причине. Флюс также используется для предотвращения отсоединения соединений. Серебряный припой также применяется в производстве для соединения металлических деталей, которые нельзя сварить. Сплавы, используемые для этих целей, содержат высокую долю серебра (до 40%) и могут также содержать кадмий.

Поток

Флюкс – это восстановитель, предназначенный для восстановления (возвращения окисленных металлов в металлическое состояние) оксидов металлов в точках контакта с целью улучшения электрического соединения и механической прочности. Два основных типа флюсов – это кислотный флюс (иногда называемый «активным флюсом»), содержащий сильные кислоты и используемый для ремонта металлов и сантехнических работ, и канифольный флюс (иногда называемый «пассивным флюсом»), применяемый в электронике. Канифольный флюс выпускается с различной «активностью», которая приблизительно соответствует скорости и эффективности органических кислот в канифоли при растворении оксидов металлической поверхности и, следовательно, коррозионной активности остатка флюса. В связи с опасениями по поводу загрязнения атмосферы и утилизации опасных отходов, электронная промышленность постепенно переходит от канифольного флюса к водорастворимым флюсам, которые можно удалять деионизированной водой и моющим средством вместо углеводородных растворителей. Водорастворимые флюсы, как правило, обладают большей электропроводностью, чем традиционно используемые электрические/электронные флюсы, и поэтому имеют больший потенциал для электрического взаимодействия с цепью; в целом, важно удалять их следы после пайки. Следы канифольного флюса также следует удалять по той же причине. В отличие от использования традиционных стержней или скрученной проволоки из припоя и ручного нанесения флюса на соединяемые детали, большая часть ручной пайки с середины 20-го века выполняется с использованием флюсосодержащего припоя. Он изготавливается в виде скрученной проволоки из припоя, внутри которой продольно расположены один или несколько непрерывных каналов, заполненных неорганической кислотой или канифолью. При расплавлении припоя на соединении он высвобождает флюс и распределяет его по поверхности.

Операция

Поведение при затвердевании зависит от состава сплава. Чистые металлы затвердевают при определенной температуре, образуя кристаллы одной фазы. Эвтектические сплавы также затвердевают при одной температуре, при этом все компоненты осаждаются одновременно в так называемом сопряженном росте. Неэвтектические составы при охлаждении начинают с осаждения неэвтектической фазы; в виде дендритов, если это металл, или крупных кристаллов, если это интерметаллид. Такая смесь твердых частиц в жидком эвтектике называется кашеобразным состоянием. Даже относительно небольшое количество твердых частиц в жидкости может значительно снизить ее текучесть. Температура полного затвердевания – это температура солидуса сплава, а температура, при которой все компоненты находятся в жидком состоянии, – это температура ликвидуса. Кашеобразное состояние желательно, когда определенная пластичность полезна для формирования соединения, позволяя заполнять большие зазоры или обмазываться по соединению (например, при пайке труб). При ручной пайке электроники это может быть нежелательно, так как соединение может казаться затвердевшим, хотя на самом деле это еще не так. Преждевременное воздействие на такое соединение нарушает его внутреннюю структуру и приводит к снижению механической прочности.