Температура плавления припоя. Свойства припоев и подшипниковых материалов

Приветствую дорогих сердцу читателей! В этом материале я постарался собрать все данные про припой ПОС. Этот Припой Оловянно-Свинцовый является самым популярным припоем для монтажа радиодеталей и чаще остальных применяется в радиотехнике. Постараюсь объяснить почему это так и расскажу про разновидности и технические характеристики припоев серии ПОС. А еще открою страшную тайну по поводу припоев ПОС-60 и ПОС-62. Поехали!

Виды припоев ПОС

Для начала вспомним, какие бывают припои из сплавов оловянно-свинцовой группы. Самые популярные — это бессурьмянистые припои ПОС-10, ПОС-40, ПОС-61 и ПОС-90. Припой ПОС с содержанием сурьмы называется ПОССУ. Сурьма в составе припоя добавляет ему несколько процентов по прочности.

Когда мы говорим про плавление смеси олова и свинца, нужно помнить про определения солидуса и ликвидуса. При нагревании любой смеси двух и более металлов происходит сначала расплавление (преобразование из твердой в жидкую фазу) самых легкоплавных частиц. Эта температурная отметка называется солидусом сплава.

При дальнейшем росте температуры начинают плавиться более тугоплавкие компоненты. Как только они расплавятся, наступает точка ликвидуса. Теперь припой ПОС полностью расплавлен. Подробнее этот процесс поясняет картинка, выдранная из презентации на тему сплавов.

Между этими двумя точками находится состояние повышенной пластичности припоя. В этом состоянии припой можно тянуть и деформировать без потери целостности.

Существуют эвтектические сплавы — припои, у которых точка солидуса и ликвидуса совпадает. Это очень удобно при пайке и говорит о высоком качестве припоя.

Описание припоя

Основное требование к применяемому припою является более низкая температура плавления, чем температура плавления заготовки. Сфера применения обширна — от радиомонтажной пайки и соединения электропроводки до сварки между собой разных металлов. В связи с этим существуют различные виды материалов, отличающихся между собой по физическим и химическим свойствам и входящим в состав сплава компонентов.

Так, существует две группы припоев: мягкие и твердые. Мягкими являются те, чья температура плавления ниже 300 градусов, следовательно, плавление твердых припоев будет выше этого значения.

Одним из самых распространенных присадочных материалов является ПОС — оловянно-свинцовый. Материалов данной категории существует несколько, в зависимости от процентного состава олова в сплаве, который обозначается цифрой. Они отличаются относительно небольшой температурой плавления и слабой прочностью.

Это несколько ограничивает сферу их применения. Например, эти припои удобно применять в радиомонтаже и нежелательно применение в деталях, которые испытывают большую физическую нагрузку.

Про состав припоя

Название припоя оловянно-свинцовой группы говорит о содержании в нем олова. Например ПОС-40 содержит 40 % олова, а ПОС-61 — почти 61 % олова. Остальная часть состоит из свинца и дополнительных примесей. По внешнему виду можно на глаз прикинуть состав . Если припой ПОС более матовый и темный, то он больше содержит свинца. Если более светлый и блестящий — то больше олова. Лучше всего это познается в сравнении. Как выглядит лист олова и лист свинца смотрите на фото.

Прочность припоя зависит не только от легирования сплава, но и от паяемого металла. Например, для пайки меди или цинка в припой ПОС добавляют несколько процентов меди или цинка соответственно. Это снижает химическую эрозию металла и увеличивает поверхностную прочность соединения.

Легирование припоя

Для улучшения эксплуатационных характеристик применяют легирование припоя следующими веществами:

• Адгезию припоя улучшает добавка из меди, кадмия, сурьмы, алюминия, серебра и цинка;
• Пластичность припоя и стойкость к термоциклированию улучшается добавкой индия, серебра, марганца, висмута, лития;
• Прочность припоям добавляют никель, кобальт, цинк, кремний, бор, железо;
• Коррозионную стойкость припоя увеличивает никель и медь;
• Жаропрочность повышает кремний, цирконий, вольфрам, ванадий, кобальт, ниобий, гафний.

Состав и теплопроводность припоев и баббитов при различных температурах

В таблице представлен состав и значение коэффициента теплопроводности алюминиевых антифрикционных сплавов, баббитов и припоев при температуре от 4 до 300 К (от -269 до 27°С).

Рассмотрены следующие припои и подшипниковые материалы: АН2,5, АО6-1, БКА, Б16, Б83, Б88, ПОС61, ПОС18, ПОССу18-2, ПОССу40-2, сплав Вуда, сплав Розе, ПСр25, ПСр44, ПСр70.

Наиболее теплопроводным антифрикционным сплавом, по данным таблицы, является сплав АО6-1 — его теплопроводность равна 180 Вт/(м·град). Наибольшую теплопроводность среди рассмотренных припоев имеет серебряный припой ПСр70 (на основе серебра и меди) — теплопроводность этого припоя равна 170 Вт/(м·град).

Источники:

1. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.
3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
4. Цветные металлы. Справочник. — Нижний Новгород: «Вента-2», 2001. — 279 с.

Технические характеристики припоев ПОС и ПОССу

Чтобы не расписывать все технические характеристики припоев оловянно-свинцовой группы, просто приведу таблицу параметров. По ней можно определить температуру плавления, плотность, удельное электросопротивление, теплопроводность, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударную вязкость и твердость по Бринеллю припоев.

Анализ таблицы показывает, что самым легкоплавким среди списка является кадмиевый с характеристикой по температуре плавления 145 градусов Цельсия. Самым прочным является припой для пайки ПОССу 4-6 с временным сопротивлением разрыву 6,5 кгс/кв. мм.

Технические характеристики припоя ПОС-10

Припой ПОС 10 имеет отличительный химический состав. Он содержит 9-10 % олова, около 89 % свинца, 0,2 % висмута, 0,1 % сурьмы и остальные примеси в незначительных количествах. Припой ПОС-10 применяется для пайки и лужения контактных поверхностей электроники. Например им паяют реле и заливают контрольные пробки в корпусах радиоэлектроники.

Температура пайки ПОС-10 составляет 299 градусов Цельсия. Точка солидуса равна 268 градусов.

Достоинства припоя ПОС-10:

• высокая температура плавления полезна при пайке корпусов аппаратуры.

Недостатки припоя ПОС-10:

• низкая прочность и сопротивление разрыву около 3,2 кгс/кв.мм.;
• высокое удельное сопротивление — 0,2 Ом х кв.мм./м;
• высокое содержание свинца, опасного для здоровья.

Химические препараты для работы

В связи с тем, что жало паяльника чистое и сухое, а технология паяния предусматривает флюсы, необходим набор химических препаратов. Для качественной работы рекомендуется следующий перечень флюсов:

• Канифоль — универсальное и популярное вещество, без которого ни один паяльщик не приступит к работе. Применение обязательное. Продаётся в сухом виде.
• Флюс ЛТИ-120 химически активное вещество, в состав которого входит ортофосфорная кислота для снятия окислов с металла. Принцип действия как у обычной канифоли. Применяется для работы с окислившимся металлом. Смывать после завершения процесса не требуется.
• Флюс Ф-38М — это активное кислотное вещество, которое необходимо смывать после работы. Применяется для пайки нихрома, алюминия, нержавеющей стали. Отмывается обезжиренным бензином.
• Паяльная кислота, более дешёвый вариант флюса Ф-38М. Применяется в исключительных случаях, так как имеет свойство разъедать металл. Помогает при пайке нержавейки, бронзы, никеля, нихрома.
• Глицерин — маслянистая жидкость, окислительными свойствами не обладает, безопасна, не приносит вреда изделиям. Смывается обычной водой.
• Самодельный флюс — на 200 грамм изобутилового спирта добавляется 200 грамм этилового, водка не подходит, так как содержит воду. В смесь спиртов добавляется 50 грамм глицерина и 100 грамм канифоли. Получается концентрированный раствор, обладающий неактивными свойствами, смывается водой.
• Флюс индикаторный ТТ. Плотность геля. Имеет пастообразную структуру, не течёт, не требует отмывки. На маркировке рекомендация производителя: не смывать, предохраняет контакты от окисления.

Технические характеристики припоя ПОС-30

Припой для пайки марки ПОС 30 является промежуточным звеном между ПОС 10 и ПОС 40. Состав припоя ПОС 30 следующий: 30 % олова и 69,5 % свинца. Остальное — это примеси и легирование. Припой ПОС 30 может быть легко заменен на ПОС 40, о котором рассказано ниже. Температура плавления (ликвидус) равна 238 градусов, а температура пластичности (солидус) равна 183 градуса Цельсия. Согласно техническим характеристикам, припой ПОС 30 чаще применяется для пайки и лужения листового цинка и радиаторов.

Достоинства припоя ПОС-30:

• хорошая адгезия;
• высокая прочность.

Недостатки припоя марки ПОС 30:

• высокое содержание свинца;
• чаще выпускается в прутках.

Плотность припоев и баббитов, их теплопроводность и КТлР

В таблицах даны теплофизические свойства некоторых припоев и баббитов (антифрикционных подшипниковых материалов) при комнатной температуре. Представлены такие свойства, как: плотность, коэффициент температурного расширения и теплопроводность.

Указаны свойства следующих припоев и баббитов: ПОС-30, ПОС-18, ПСр45, ПОЦ70, ПОЦ60, 34А, эвтектический силумин; баббиты, Б83, Б16, БКА, Б88, Б89, Б6.

Следует отметить, что плотность припоев, коэффициент температурного расширения (КТлР) и теплопроводность припоев и баббитов имеют близкие значения, за исключением припоя 34А и эвтектического силумина, которые в 2-4 раза легче.

Технические характеристики припоя ПОС-40

По химическому составу состоит на 39-41 % из олова, на 59 % из свинца. Остальные примеси в таком же соотношении, как и у ПОС-10. Припой для пайки ПОС-40 часто применяется для пайки и лужения корпусов радиоаппаратуры из оцинкованного железа с оцинкованными швами.

Температура пайки припоя равна 238 градусов Цельсия, а солидус — 183 градуса.

Достоинства припоя ПОС-40:

• хорошее соотношение пластичности и температуры плавления;
• из-за этого лучше переносит термоцикличность, чем ПОС-61.

Недостатки припоя ПОС-40:

• высокое содержание свинца, что вредно для здоровья;
• завышенная температура ликвидуса.

Страшная тайна припоя ПОС-60

Вот и настало время страшной тайны припоя ПОС 60. Согласно ГОСТ 21930-76 под названием «Припои оловянно-свинцовые в чушках. Технические условия» и ГОСТ 21930-76 «Припои оловянно-свинцовые в изделиях. Технические условия», такого припоя, как ПОС-60 просто не существует. Сам ГОСТ 21930-76 можете . Вот полная таблица из этого ГОСТа.

Так что «ПОС-60» — это жаргонизм или народное обозначение «припоя, которым все паяют». Мне кажется, что это связано с путаницей в обозначении ПОС-61. Потому что при содержании олова в припое по ГОСТу от 59 до 61 % логичнее его называть ПОС-60, а не ПОС-61.

Среди припоев, произведенных по международным стандартам существует припой Sn60Pb40. Это припой для пайки с содержанием олова 60 % и свинца 40 %. Его можно было бы назвать ПОС-60, если разработать хотя бы ТУ под него. Согласно международным данным, в которых описаны характеристики, температура плавления припой 60/40 равна 191 градус Цельсия.

Та же история с припоем типа ПОС-62. Такого свинцового припоя по ГОСТу пока не придумали. Так что, если у меня спросят «а какая температура плавления припоя ПОС-62», я знаю, что ответ c цифрой 184 градуса Цельсия нужно искать с импортном каталоге припоев. Вот например, можно воспользоваться каталогом припоев компании Kester.

Общие сведения о пайке

Что главнее в работе паяльщика: инструмент или материал? Важным является все: и паяльник, и припой, и флюс. Многообразие паяльников связано с объектом пайки. Массивные детали прогревают мощными паяльниками, а микроскопические схемы чипов — маломощными. Профессиональные паяльщики применяют несколько видов этих нагревательных инструментов.

Классификация паяльников по мощности:

• Паяльник с нихромовой вставкой мощностью 25 ватт — это обычный хозяйственный инструмент, которым пользовались умельцы, радиолюбители, электронщики. Популярны они и по сей день, довольно дешёвые, служат до 10 лет. Металлическая вставка в виде медного прута, кончик которого срезан под 60 градусов. Применяется в 90% случаях, которые возникают в хозяйственных ситуациях, даже многие ремонтные мастерские ими пользуются.
• Второй вид — это более мощный с нагревателем в 40 ватт и нихромовой вставкой, в два раза тяжелее и больше своего собрата в 25 ватт. Применяется для более сложных работ. Жало заточено под клин, похоже на отвёртку, но применять его для завинчивания шурупов нельзя. Такая заточка сделана для удобства пайки массивных деталей, для прогрева до 190 С. Используют их профессионалы, для домашнего использования не рекомендуется.
• Третий вид — это газовый паяльник, три в одном. Сам паяльник с медным сердечником, заточенным под иглу. Вторая функция — фен, способный прогреть объект до 600 градусов. Газовая горелка- в этом случае меняется насадка, инструмент выполняет функции горелки на газу, прогревает детали до температуры 1300 градусов.
• Четвёртый тип — это современный керамический паяльник. Чемпион по сравнению со всеми представленными инструментами. Имеет очень тонкое жало, способное паять миллиметровые точки, применяется для выполнения очень точных работ. Мощность — 100 ватт. Комплектуется паяльной станцией с диапазоном температур от 200 до 480 градусов. Среди специалистов используется как универсальный инструмент.

Технические характеристики припоя ПОС-61

Обозначение припоя , как мы выяснили, довольно спорное, но против ГОСТа не попрешь. ПОС-61 применяют для пайки и лужения электронных компонентов и печатных плат точных приборов с высокогерметичными швами, для которых не допускается перегрев.

Состав припоя ПОС-61

Химический состав припоя ПОС-61 следующий:

• Олово 59 — 61 %;
• Сурьма — не более 0,1 %;
• Медь — не более 0,05 %;
• Висмут — не более 0,02 %;
• Мышьяк — не более 0,02 %;
• Железо — не более 0,02 %;
• Никель — не более 0,02 %;
• Сера — не более 0,02 %;
• Цинк — не более 0,002 %;
• Алюминий — не более 0,002 %;
• Свинец — все остальное — около 38,7 — 40,7 %.

Температура пайки припоя ПОС-61 составляет 220 градусов Цельсия. Солидус равен 183 градуса. Я даже снял видеоролик о плавлении этого припоя в замедленной съемке на свой Olympus Tough TG-860 с частотой 240 кадров в секунду.

Припой ПОС 61 ГОСТ 21931-76 имеет следующие технические характеристики:

• Плотность определяет вес и равна 8,5 г/куб. см.;
• Удельное электрическое сопротивление равно 0,139 Ом х кв.мм./м;
• Теплопроводность равна 0,12 ккал/см х с х град;
• Временное сопротивление разрыву составляет 4,3 кгс/кв.мм.;
• Относительное удлинение равно 46 %.

Достоинства припоя марки ПОС-61:

• наилучшее соотношение температуры плавления и прочности;
• хорошая адгезия к поверхности металлов;
• универсальный припой для пайки и большинства радиомонтажных работ;
• доступность и распространенность;
• низкая стоимость;
• часто выпускается в виде проволоки, например припой ПОС 61 Т2А.

Недостатки припоя типа ПОС-61:

• универсальность снижает характеристики в частных случаях, например при пайке цинка;
• температура плавления подходит не для всех устройств;
• пары припоя (свинца в нем) вредны для здоровья.

Разновидности

Припой ПОС 61 выпускается в нескольких разновидностях, которые отличаются преимущественно по внешнему виду, но не по составу. Следует выделить основные разновидности:

• В виде проволоки. Толщина материала составляет от 1 до 7 мм, с шагом в 0,5 мм. Это один из самых удобных и распространенных вариантов, которые наиболее часто используются. Проволока выпускается в бухтах и отлично плавится при помощи горелки или паяльника.

Припой ПОС 61 в виде проволоки

• Припой ПОС 61 с канифолью в виде трубок. Стоит отметить, что это единственный вариант, где припой ПОС 61 с канифолью 1 мм сразу идет. Здесь присутствует канифоль еловая, которая отлично сочетается с данным материалом.

Припой ПОС 61 с канифолью

• Припой ПОС 61 пруток 8 мм, или другого диаметра. Это небольшие длинные части металла, которые удобно использовать в домашних условиях.

Припой ПОС 61 пруток 8 мм

• Припои оловянно свинцовые бессурмянистые марки ПОС61 в виде ленты. Это относительно тонкие изделия, которые выпускаются длинными продолговатыми лентами и не имеют ни каких добавок.

Припой оловянно свинцовый бессурмянистый марки ПОС61 в виде ленты

Технические характеристики припоя ПОС-63

Припой ПОС 63 описан в ГОСТе и в отраслевом стандарте OCT 4Г 0.033.200. Под припоем ПОС-63 понимают такой сплав, который состоит на 63 % из олова и на 37 % из свинца. Это некая модернизация припоя ПОС-61, подогнанная под международный стандарт J-STD 006В. Большинство также имеют маркировку Sn63Pb37. Это эвтектические сплавы с температурой плавления 183 градуса Цельсия.

Применяется ПОС-63 для пайки и лужения выводов микросхем и корпусированных радиокомпонентов, печатных плат, проводов и кабелей. В общем, из современных припоев — этот самый распространенный. Технические характеристики припоя ПОС 63 примерное такие же, как у ПОС-61. Но точных значений я пока не нашел.

Достоинства припоя ПОС-63:

• самый распространенный припой ПОС серии;
• сравнительно низкая температура плавления;
• совпадение точек солидуса и ликвидуса;
• низкая стоимость;
• поставляется в виде проволоки с заполнением флюсом.

Недостатки припоя ПОС-63:

• часто подделывают, особенно китайцы;
• содержит свинец, что увеличивает стоимость утилизации электронной техники согласно современных норм безопасности.

Применение в быту и на производстве

Помимо уникальных технических характеристик в высоких эксплуатационных качеств, припой ПОС 61 обладает еще одним достоинством – доступной ценой. Эти факторы послужили причиной распространения данного материала, которому нашлось множество применений, как в быту, так и в промышленности.
Среди радиолюбителей припой давно зарекомендовал себя надежным помощником. Низкая температура плавления позволяет исключить вероятность перегрева радиокомпонентов и элементов микросхем, что является решающим фактором при выборе подходящего расходного материала.

На различных предприятиях ПОС 61 используют для пайки скруток медных проводов. В состав припоя сходит медь, что благотворно влияет на интенсивность растворения проводов.

При запаивании трещин металлических сосудов, в качестве рабочего инструмента используют газовую горелку. Расплавленный состав легко проникает во все щели, надежно герметизируя отверстия.

Низкая температура плавления накладывает свой отпечаток на фронт работ. Припой нельзя использовать для ремонта изделий, эксплуатация которых связана с высокотемпературными воздействиями. Это приведет к быстрому износу соединения.

Технические характеристики припоя ПОССу-61-0,5

Маркировка припоя ПОССу-61-0,5 обозначает тип сурьмянистого припоя с содержанием олова 61 %, сурьмы до 0,5 % и свинца около 38 %. Такой припой применяется для пайки и лужения печатных плат и оцинкованных радиодеталей при повышенных требованиях по температуре эксплуатации. А вот его температура плавления равна 189 градусов.

Достоинства припоя ПОССу-61-0,5:

• повышенна адгезия к поверхности металла за счет содержания сурьмы;
• технические характеристики практически совпадают с ПОС-61.

Недостатки припоя марки ПОССу-61-0,5:

• трудно найти в продаже;
• повышенная стоимость.

Технические характеристики припоя ПОС-90

Припой марки ПОС-90 на 90 % состоит из олова и на 10 % из свинца. Еще в нем около 0,1 % сурьмы и 0,05 % меди. Применяется он в основном для пайки и лужения внутренних швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры. Да, 10 % свинца и уже можно пихать в пищевые продукты — удивительно, но все по ГОСТу 1976 года. Согласно техническим характеристикам температура плавления припоя типа ПОС 90 равна 220 градусов.

Достоинства припоя ПОС-90:

• низкое содержание свинца;
• редко подделывают;
• низкое сопротивление;
• высокая прочность.

Недостатки припоя марки ПОС-90:

• высокая стоимость (выше, чем пос-61);
• низкая пластичность.