Какие бывают бессвинцовые припои

Количество композиций металлов, не включающих свинец, постоянно увеличивается. Благодаря многолетнему применению на практике, известность получили несколько основных составов. Для многих из них характерно явление эвтектики.

Оно заключается в том, что температура плавления сплава с тщательно подобранным соотношением металлических компонентов ниже, чем у любой другой смеси выбранных металлов. Эвтектические качества бессвинцового припоя позволяют снижать температуру нагрева рабочей зоны, экономить количество потребляемой электроэнергии.

Существуют общее требования к припоям без свинца – отсутствие лишних примесей. Посторонние металлы негативно влияют на качества шва:

  • если в сплавах в небольших количествах находится никель, то шов может иметь полости;
  • примеси алюминия приведут к получению тусклого и зернистого соединения;
  • железо значительно увеличивает вероятность образования окалины;
  • медь в избыточном количестве склонна увеличивать смачиваемость;
  • сурьма может вызвать образование шва, хрупкого при невысоких показателях температуры.

Важно применять припои, сделанные авторитетными производителями. На предприятиях, профессионально занимающихся получением бессвинцовых припойных сплавов, много внимания уделяется контролю чистоты всех компонентов. Качеству такой продукции можно доверять.

  • У сплавов олова с другими металлами понижается смачиваемость, в сравнение со свинцовыми;
  • Нет возможности использовать в электронике, несмотря на высокую электропроводность, так как во время термоциклирования здесь образуется рост «усов» и появляется интерметаллическая поверхность, на которой потом возникают трещины;
  • Температура плавления бессвинцового припоя является относительно высокой, как для пайки, что не позволяет использовать его для тонких металлов и чувствительных к термообработке.

Разновидности

С содержанием меди. Эта разновидность была создана для того, чтобы спаивать печатные платы. Это осуществляется волной припоя. Но он имеет более низкие механические качества в наплавленном состоянии, если сравнивать с другими разновидностями. Также не всегда требуется столь высокая температура плавления.

Бессвинцовый припой с содержанием меди

С содержанием серебра. Припой оловянный бессвинцовый является одной из самых популярных разновидностей. Они обладают высокими качествами спаивания, а также хорошими механическими характеристиками в наплавленном состоянии. Температура плавления их достигает более 220 градусов Цельсия. Это один из немногих вариантов, надежность которого может конкурировать со свинцовыми припоями.

Бессвинцовый припой с содержанием серебра

Многосоставный сплав меди, серебра и олова. Трехкомпонентный состав применяется долгое время, так как он был изобретен еще до появления серебряных припоев. У него более низкая температура плавления. Большую часто состава занимает олово, которое достигает более 90%. Здесь наблюдается хорошее свойство спаивания, а также повышенная крепость соединения. Исходя из экономических соображений, он является наиболее выгодным.

Висмут, серебро и олово. В нем наиболее низкая температура плавления, что улучшает способности к спаиванию, но понижает температурный предел эксплуатации. Спаивание у него наиболее высокое среди бессвинцовых разновидностей, тогда как смачиваетесь не всегда себя хорошо проявляет.

Химический состав

Выделяется несколько примеров содержание элементов в сплаве относительно металла, который используется как добавка, хотя в каждой марке оно может быть свое.

Основной элемент (олово), %

Технические характеристики популярных марок

Максимальная температура плавления, градусы Цельсия

Arconium Specialty Alloy

Для бессвинцовых покрытий и печатных плат.

AIM Products U.S. Deptartament of Energy

AIM Products U.S. Deptartament of Energy

Особенности выбора

Выбор подходящей марки зависит от состава бессвинцового припоя.

Если нет подходящего варианта, то иногда применяют в качестве заменителя отечественную марку ПСР 45, которая содержит всего 0,5% свинца.»

В большинстве случаев олово занимают основное место в составе, так что его характеристики больше всего влияют на общие свойства. Чем его больше, тем мягче будет проходить спаивание, но будет ниже крепость соединения. Также у него ниже температура плавления. Материал в итоге получается очень мягким.

Повышение количества меди в составе увеличивает температуру плавления и твердость. Ее зачастую немного, но даже нескольких процентов вполне достаточно, чтобы изменить характеристики состава. Серебро также повышает температуру плавления и крепость, но делает это более мягко. Его наличие в составе позволяет повысить качество шва без особых негативных моментов, но он же влияет и на стоимость марки. Следует обратить внимание, что существуют также добавочные материалы, как висмут, сурьма и прочие. Они предназначаются для особых случаев спаивания, которые требуются в производстве и не всегда нужны в частной сфере. Как правило, они имеют более высокую стоимость.

Особенности пайки

У многих может возникнуть вопрос, как паять бессвинцовым припоем. Здесь нет больших отличий от стандартной процедуры. Требуется подготовить поверхность металла, расплавить припой и нанести его на спаиваемую часть. Затем нужно дать остыть и проверить качество соединения. Особенностью является температура пайки бессвинцовым припоем, так как она ниже и соответственно, подогрев должен производиться в другом режиме.

Популярные фирмы производители

Данная продукция производится следующими компаниями:

  • Castolin;
  • Chemet;
  • Asahi;
  • KingBo;
  • MasterTool.

Разновидности

Для бессвинцовой пайки на сегодняшний день применяют четыре основных вида припоев, которые состоят:

  • только из олова (Sn);
  • из олова и меди (SnCu);
  • из олова и серебра (SnAg);
  • из олова, серебра и меди (SnAgCu).

Последний состав наиболее широко применяют для пайки из-за сбалансированного соотношения «цена/качество». Основным компонентом в составе является, естественно, олово. Процентное содержание остальных ингредиентов варьируется в различных пределах и зависит от марки припоя и области его применения.

Оловянный припой (Sn-100) используют довольно редко, так как он имеет самую высокую температуру плавления (232 ⁰С). Однако известная японская фирма Nihon Superior позиционирует именно его как один из самых лучших припоев, не содержащих в своем составе свинец.

Есть еще специальные составы, содержащие висмут и индий. Однако они предназначены для узкоспециализированных целей и довольно редко встречаются в свободной продаже.

Популярные марки

Сегодня на рынке представлены десятки марок припоев, не имеющих в своем составе свинца или компонентов на его основе. Среди лидеров индустрии можно выделить нескольких производителей.

  • ELSOLD. Европейская компания, успешно работающая более 50 лет. Продукция поставляется потребителям с сопроводительным химическим анализом партии, ориентирована на производство электроники и другой высокоточной техники. Бессвинцовые припои марки сертифицированы для РФ и стран ЕС, используются в космической отрасли, имеют специальную маркировку.

  • Asahi. Японский бренд, один из крупнейших на рынке. Предлагает довольно ограниченный выбор продукции. Доверием покупателей пользуется состав SCS7, а также Sn-Cu0.7, легированный медью. Именно продукция Asahi считается эталонной, высоко ценится профессионалами и любителями.

  • Alpha Metals. Фирма выпускает популярный бессвинцовый припой Alloy H с температурой плавления +212 градусов. В его составе олово, висмут, медь и серебро. Не подходит припой для пайки сплавов с индием и свинцом. При соблюдении определенных условий может применяться для нанесения методом волны.

  • AT&T. Производитель, выпускающий припой Tin-Zinc Indium с 81% олова и 19% цинка в составе. Его отличает низкая температура плавления — всего +178 градусов. Не подходит для спаивания проводов и других компонентов со свинцом в составе.

  • ЗАО «Завод припоев». Новосибирское предприятие располагает собственной научно-исследовательской базой, уделяет большое внимание совершенствованию производственных процессов. Среди продукции компании можно выделить припои ПОВи 0,5, ПОМ 0,7, ПОСу 95-5, ПСрО 3-97. Все представленные составы соответствуют актуальным требованиям ГОСТ.
Читайте также  Лента для стяжки

Это основные марки, завоевавшие популярность. Большую часть составов в бюджетных ценовых категориях представляют оловянно-медные сплавы — недорогие и вполне эффективные при правильном применении.

Для радиолюбителей подойдет ПОС с флюсом (канифолью) в виде прутка от 0,2 мм до 1 мм. Такой припой легче всего брать на паяльник благодаря наличию канифоли. А небольшое сечение прутка позволяет точно дозировать нужное количество припоя. Если требуется на паяльник больше брать припоя, то достаточно скрутить несколько прутков вместе, и с 1 мм прутка получим 2 мм.

Также обращайте внимание на массу припоя. Она не должна отличаться от указанной на упаковке. Если масса отличается, то скорее всего катушку с припоем перематывали, и вам достался некачественный товар.

Если вы заказываете из интернет-магазинов, например Aliexpress, игнорируйте такие отзывы, как «получил, 5 баллов» и им подобные.

Читайте отзывы с обзорами и проверяете полученный товар.

Как удобно паять с прутками припоя

Еще один плюс в копилку припоев в виде прутков — это улучшение скорости пайки DIP контактов.

Достаточно установить деталь, закрепить плату, и приложить пруток припоя с небольшим запасом.

Нагреваем контакт, и припой расплавляется равномерно по контакту. Это можно сделать только с припоем, в составе которого есть флюс (канифоль).

Классификация припоев

Вид припоев Температура плавления Tпл., °C Предел прочности при растяжении, МПа Сплавы
Мягкие До 300 16—100 оловянно-свинцовые, оловянно-свинцово-кадмиевые, оловянно-цинковые, сурьмянистые, бессвинцовые (Sn+Cu+Ag+Bi+др.)
Твёрдые Свыше 300 100—500 медно-цинковые, медно-никелевые, медно-фосфористые, серебряные

Припои принято делить на две группы:

  • мягкие;
  • твёрдые.

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

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

Припой марка Состав Температура плавления, °С Плотность, г/см 3
Медно-цинковый ПМЦ-36 36 % Сu; 64 % Zn 825—950 7,7
Медно-цинковый ПМЦ-54 54 % Cu; 46 % Zn 860—970 8,3
Серебряный ПСр-15 15 % Ag; остальное Сu и Zn 635—810 8,3
Серебряный ПСр-45 45 % Ag; остальное Сu и Zn 665—725 9,1
Медно-титановый ПМТ-45 49—52 % Сu; 1—3 % Fе; 0,7—0,1 % Si; 45—49,3 % Ti 955 6,02

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

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.

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.

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.

Читайте также  Саморез в кирпич

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.

Критерии выбора

Выбирая какой-либо состав для лужения медных деталей или пайки проводов важно учитывать ряд факторов, который повлияет и на качество работы, и на полученный результат.

Среди таких критериев, в первую очередь, обращают внимание на:

  • типы соединяемых элементов, из какого материала изготовлены, их толщина и параметры соединяемых поверхностей;
  • способ пайки, для которого подбирается припой – медным жалом классического паяльника, феном, паяльной станцией и т.д.;
  • допустимый температурный режим – температура плавления припоя должна быть меньше температуры плавления соединяемых элементов;
  • наличие механического воздействия – определяется статическая или динамическая, возможно, вибрационная;
  • устойчивость к агрессивной среде – для преждевременного разрушения припоя его тип должен предусматривать устойчивость к влаге, температуре, газам, пыли и прочим факторам, воздействующим на него в процессе эксплуатации.

Самые используемые марки

Наиболее популярными видами являются припои ПОС, в их основе свинец и олово, маркирующиеся ПОС-40, 60, 80 и т.д., здесь числовое обозначение указывает на процентное содержание олова. Выпускаются, как правило, в форме паяльной проволоки, в зависимости от процентного соотношения основных компонентов могут относиться как к легкоплавким, так и к тугоплавким маркам.

Применяются для пайки меди, алюминия, латуни, бронз и других металлов:

  • ПОС-90 – хорошо подходит для пищевой индустрии;
  • ПОС-40 – используют для труб и деталей из латуни, железа и т.д.;
  • ПОС-30 – в кабельных соединениях;
  • ПОС-61 – для работы с радиодеталями.

Из серебросодержащих марок часто встречаются припои ПСр- 15, 25,45, 65, 70, число после буквенного обозначения указывает на процент серебра. Этот тип охватывает как пайку меди в высокоточных приборах, так и медицинскую сферу.

Сплав Розе также называемый ПОСВ-50, один из припоев с самой низкой температурой плавления – от 90 до 100°С. Применяется в ювелирном деле, в пайке печатных плат, для плавких вставок и т.д.