Флюс (металлургия) - Flux (metallurgy)

Канифоль используется как флюс для пайка
Ручка для флюса, используемая для переделка электроники
Многожильный припой, содержащий флюс
Проволока, только что покрытая припоем, все еще погруженная во флюс расплавленной канифоли

В металлургия, а поток (происходит от латинского флюксус означает «поток») представляет собой химическое чистящее средство, текучее средство или очищающее средство. Флюсы могут одновременно выполнять более одной функции. Они используются как в добывающей металлургии, так и в соединении металлов.

Некоторые из самых ранних известных потоков были карбонат натрия, поташ, уголь, кокс, бура,[1] Лайм,[2] сульфид свинца[3] и некоторые минералы, содержащие фосфор. Железная руда также использовалась в качестве флюса при выплавке меди. Эти агенты выполняли различные функции, простейшим из которых был восстановитель, который предотвращал образование оксидов на поверхности расплавленного металла, в то время как другие абсорбировали примеси в шлак, которые можно было соскабливать с расплавленного металла. пайка, пайка, и сварка путем удаления окисление из соединяемых металлов. Общие потоки: хлорид аммония или же смоляные кислоты (содержалась в канифоль ) для пайки медь и банка; соляная кислота и хлорид цинка для пайки оцинкованный утюг (и другие цинк поверхности); и бура за пайка, пайка-сварка железо металлы и кузнечная сварка.

В процессе плавка, неорганические хлориды, фториды (см. флюорит ), известняк и другие материалы обозначаются как «флюсы» при добавлении к содержимому плавки. печь или купол с целью очистки металла от химических примесей, таких как фосфор, и удаления шлак больше жидкости при температуре плавления. Шлак представляет собой жидкую смесь пепел, флюс и другие примеси. Это уменьшение вязкости шлака с температурой, увеличивающее поток шлака при плавке, является первоначальным происхождением слова поток в металлургии. Флюсы также используются в литейном производстве для удаления примесей из расплавленных цветных металлов, таких как алюминий, или для добавления желательных микроэлементов, таких как титан.

В процессах высокотемпературного соединения металлов (сварка, пайка и пайка) флюс представляет собой вещество, которое почти инертно при комнатной температуре, но становится прочным. сокращение при повышенных температурах, предотвращая окисление основных и присадочных материалов. Роль флюса, как правило, двойная: растворение оксидов, уже присутствующих на поверхности металла, что облегчает смачивание расплавленным металлом и действует как кислородный барьер, покрывая горячую поверхность, предотвращая ее окисление.

Например, оловянно-свинцовый припой очень хорошо прикрепляется к меди, но плохо к различным оксидам меди, которые быстро образуются при температурах пайки. Предотвращая образование оксидов металлов, флюс позволяет припою прилипать к чистой металлической поверхности, а не образовывать валики, как на окисленной поверхности.

В некоторых случаях расплавленный флюс также служит теплоносителем, облегчая нагрев соединения паяльным инструментом или расплавленным припоем.

Флюсы для пайки мягким припоем обычно имеют органическую природу, хотя неорганические флюсы, обычно на основе галогенидов и / или кислот, также используются в неэлектронных приложениях. Флюсы для пайки работают при значительно более высоких температурах и поэтому в большинстве своем являются неорганическими; органические соединения, как правило, носят дополнительный характер, например чтобы флюс стал липким при низкой температуре, чтобы его можно было легко наносить.

Состав органических флюсов

Органические флюсы обычно состоят из четырех основных компонентов:[4]

Неорганические флюсы содержат компоненты, играющие ту же роль, что и органические флюсы. Их чаще используют при пайке и других высокотемпературных применениях, где органические флюсы обладают недостаточной термостойкостью. Используемые химические вещества часто одновременно действуют как носители и активаторы; типичные примеры бура, бораты, фторбораты, фториды и хлориды. Галогениды активны при более низких температурах, чем бораты, и поэтому используются для пайки алюминиевых и магниевых сплавов; однако они очень агрессивны.

Характеристики

Флюсы обладают несколькими важными свойствами:

  • Мероприятия - способность растворять существующие оксиды на поверхности металла и способствовать смачиванию припоем. Высокоактивные флюсы часто имеют кислотную и / или коррозионную природу.
  • Коррозионная активность - усиление коррозии флюсом и его остатками. Большинство активных флюсов имеют тенденцию к коррозии при комнатной температуре и требуют осторожного удаления. Поскольку активность и коррозионная активность связаны, подготовка соединяемых поверхностей должна позволять использовать более мягкие флюсы. Некоторые водорастворимые остатки флюса гигроскопичный, что вызывает проблемы с электрическим сопротивлением и способствует коррозии. Флюсы, содержащие галогениды и минеральные кислоты, очень агрессивны и требуют тщательного удаления. Некоторые флюсы, особенно припои на основе буры, образуют очень твердые стекловидные покрытия, которые трудно удалить.
  • Возможность очистки - сложность удаления флюса и его остатков после операции пайки. Флюсы с более высоким содержанием твердых частиц, как правило, оставляют большее количество остатков; термическое разложение некоторых транспортных средств также приводит к образованию трудноочищаемых, полимеризованных и, возможно, даже обугленных отложений (проблема, особенно при ручной пайке). Некоторые остатки флюса растворимы в органические растворители, другие в воде, некоторые в обоих. Некоторые флюсы не подлежат очистке, поскольку они достаточно летучие или подвергаются термическому разложению до летучих продуктов, поэтому они не требуют стадии очистки. Другие флюсы оставляют некоррозионные остатки, которые можно оставить на месте. Однако остатки флюса могут помешать дальнейшим операциям; они могут ухудшить адгезию конформные покрытия, или действовать как нежелательная изоляция на разъемах и контактные площадки для испытательного оборудования.
  • Остаточная липкость - липкость поверхности остатков флюса. Если не удалять остатки флюса, они должны иметь гладкую твердую поверхность. На липких поверхностях обычно накапливается пыль и твердые частицы, что вызывает проблемы с электрическим сопротивлением; сами частицы могут быть проводящими, гигроскопичными или коррозионными.
  • Волатильность - это свойство необходимо сбалансировать, чтобы облегчить удаление растворителей на этапе предварительного нагрева, но не требовать слишком частого добавления растворителя в технологическое оборудование.
  • Вязкость - особенно важно для паяльные пасты, которые должны быть легкими в нанесении, но при этом достаточно толстыми, чтобы оставаться на месте и не распространяться в нежелательных местах. Паяльные пасты также могут действовать как временный клей для удержания электронных деталей на месте до и во время пайки. Флюсы, применяемые, например, пена требует низкой вязкости.
  • Воспламеняемость - особенно актуально для транспортных средств на основе гликоля и органических растворителей. Пары флюса имеют низкую температура самовоспламенения и представляют опасность вспышка огня когда флюс контактирует с горячей поверхностью.
  • Твердые тела - процентное содержание твердого материала во флюсе. Флюсы с низким содержанием твердых частиц, иногда всего 1-2%, называются поток с низким содержанием твердых частиц, флюс с низким содержанием остатков, или же нет чистого флюса. Они часто состоят из слабых органических кислот с добавлением небольшого количества канифоли или других смол.
  • Проводимость - некоторые флюсы остаются токопроводящими после пайки, если их не очистить должным образом, что приводит к случайным сбоям в цепях с высоким импедансом. Различные типы флюсов по-разному могут вызывать эти проблемы.

Поверхность припоя на основе олова покрыта преимущественно оксидами олова; даже в сплавах поверхностный слой имеет тенденцию становиться относительно обогащенным оловом. Флюсы для припоев на основе индия и цинка имеют другой состав, чем флюсы для обычных припоев на основе олова, свинца и олова, из-за разной температуры пайки и различного химического состава задействованных оксидов.

Состав флюсов разработан с учетом требуемых свойств - основных металлов и подготовки их поверхности (которые определяют состав и толщину поверхностных оксидов), припоя (который определяет смачиваемость и температуру пайки), коррозионной стойкости и простоты нанесения. удаление и другие.

Органические флюсы не подходят для пайки пламенем и пайки пламенем, поскольку они имеют тенденцию обугливаться и ухудшать текучесть припоя.

Некоторые металлы классифицируются как «непаяемые» на воздухе, и их необходимо либо покрыть другим металлом перед пайкой, либо использовать специальные флюсы и / или защитную атмосферу. Такие металлы бериллий, хром, магний, титан, и немного алюминиевые сплавы.

Флюсы для высокотемпературной пайки отличаются от флюсов для использования при более низких температурах. При более высоких температурах даже относительно мягкие химические вещества обладают достаточной активностью по разрушению оксидов, но скорость окисления металлов становится довольно высокой; поэтому барьерная функция транспортного средства становится более важной, чем активность потока. Для этого часто используются высокомолекулярные углеводороды; разбавитель с более низкой молекулярной массой, выкипающий во время фазы предварительного нагрева, обычно используется для облегчения нанесения.[5]

Поведение активаторов

Роль активаторов заключается, прежде всего, в разрушении и удалении оксидного слоя на поверхности металла (а также расплавленного припоя) для облегчения прямого контакта между расплавленным припоем и металлом. Продукт реакции обычно растворим или, по крайней мере, диспергирован в расплавленном носителе. Активаторами обычно являются кислоты или соединения, выделяющие кислоты при повышенной температуре.

Общая реакция удаления оксида:

Оксид металла + кислота → соль + вода

Соли имеют ионную природу и могут вызывать проблемы из-за выщелачивания металлов или дендрит рост с возможным отказом продукта. В некоторых случаях, особенно внадежность применения, остатки флюса необходимо удалить.

Активность активатора обычно увеличивается с температурой до определенного значения, при котором активность прекращается либо из-за термического разложения, либо из-за чрезмерного улетучивания. Однако скорость окисления металлов также увеличивается с температурой.

При высоких температурах оксид меди реагирует с хлористым водородом с образованием водорастворимого и механически слабого хлорида меди, а с канифолью - с солями меди и абиетиновой кислоты, которые растворимы в расплавленной канифоли.

Некоторые активаторы могут также содержать ионы металлов, способные к обменной реакции с основным металлом; такие флюсы способствуют пайке за счет химического осаждения тонкого слоя более легкого для пайки металла на обнаженном основном металле. Примером может служить группа флюсов, содержащих цинк, соединения олова или кадмия, обычно хлориды, иногда фториды или фторбораты.

Распространенными активаторами высокой активности являются: минеральные кислоты, часто вместе с галогенидами, аминами, водой и / или спиртами:

Неорганические кислоты вызывают сильную коррозию металлов даже при комнатной температуре, что вызывает проблемы при хранении, обращении и применении. Поскольку пайка связана с высокими температурами, часто используются соединения, которые в виде продуктов разлагаются или реагируют с кислотами:

Канифольные флюсы

Электрический припой с канифольным сердечником, видимым как темное пятно на обрезанном конце припоя.

Условия смоляной флюс и канифольный флюс неоднозначны и в некоторой степени взаимозаменяемы, разные поставщики используют разные назначения. Как правило, флюсы обозначаются как канифоль, если средство, на котором они созданы, в основном натуральное. канифоль. Некоторые производители используют обозначение «канифоль» для военных флюсов на основе канифоли (составы R, RMA и RA), а другие маркируют «смолой».

Канифоль обладает хорошими флюсовыми свойствами. Смесь органических кислот (смоляные кислоты, преимущественно абиетиновая кислота, с пимаровая кислота, изопимаровая кислота, неоабиетиновая кислота, дигидроабиетиновая кислота, и дегидроабиетиновая кислота ) канифоль представляет собой стеклообразное твердое вещество, практически неактивное и не вызывающее коррозии при нормальной температуре, но жидкое, ионное и слабо реактивное по отношению к оксидам металлов в расплавленном состоянии. Канифоль имеет тенденцию размягчаться при температуре 60–70 ° C и становится полностью жидкой при температуре около 120 ° C; Расплавленная канифоль имеет слабую кислотность и способна растворять более тонкие слои поверхностных оксидов меди без дополнительных добавок. Для более сильного загрязнения поверхности или увеличения скорости процесса можно добавить дополнительные активаторы.

Канифоль бывает трех видов: канифоль жевательная (из сосны олеорезин ), древесной канифоли (полученной экстракцией пней) и талловой канифоли (полученной из талловое масло, побочный продукт картон процесс). Канифоль из жевательной резинки имеет более мягкий запах и более низкую тенденцию к кристаллизации из растворов, чем древесная канифоль, и поэтому предпочтительна для применения с флюсом. Талловая канифоль находит все более широкое применение из-за ее более высокой термической стабильности и, следовательно, меньшей склонности к образованию нерастворимых остатков термического разложения. Состав и качество канифоли различаются по типу дерева, а также по местоположению и даже по году. В Европе канифоль для флюсов обычно получают из определенного вида португальской сосны, в Америке используется вариант Северной Каролины.[6]

Натуральная канифоль может использоваться как есть или может быть химически модифицирована, например, этерификация, полимеризация, или же гидрирование. Изменяемые свойства: повышенная термическая стабильность, улучшенная очищаемость, измененный раствор. вязкость и более твердый остаток (или, наоборот, более мягкий и липкий остаток). Канифоль также может быть преобразована в водорастворимый канифольный флюс путем образования этоксилированный канифоль амин, аддукт с полигликолем и амином.

Один из первых флюсов представлял собой смесь равных количеств канифоли и вазелин. Более агрессивный ранний состав представлял собой смесь насыщенного раствора хлорида цинка, спирта и глицерин.[7]

Флюсы также могут быть получены из синтетических смол, часто на основе сложных эфиров полиолы и жирные кислоты. Такие смолы обладают улучшенным запахом дыма и меньшей липкостью к остаткам, но их флюсирующая активность и растворимость, как правило, ниже, чем у натуральных смол.

Канифольные флюсы классифицируются по степени активности: L для низкого, M для умеренных и ЧАС для высоких. Существуют также другие сокращения для различных марок канифольного флюса:[6][8]

  • р (Канифоль) - чистая канифоль, без активаторов, низкая активность, самая мягкая
  • WW (Water-White) - чистейшая канифоль, без активаторов, с низкой активностью, иногда является синонимом R
  • RMA (Канифоль умеренно активированная) - содержит мягкие активаторы, обычно без галогенидов
  • РА (Канифоль активированная) - канифоль с сильными активаторами, высокая активность, содержит галогениды
  • OA (Органическая кислота) - канифоль, активированная органическими кислотами, высокая активность, сильная коррозия, водная очистка
  • SA (Synthetically Activated) - канифоль с сильными синтетическими активаторами, высокая активность; формула легко растворяется в органических растворителях (хлорфторуглероды, спирты) для облегчения очистки
  • WS (Водорастворимый) - обычно на основе неорганических или органических галогенидов; высококоррозионные остатки
  • SRA (Суперактивированная канифоль) - канифоль с очень сильными активаторами, очень высокой активностью
  • Я (Неорганическая кислота) - канифоль, активированная неорганическими кислотами (обычно соляной кислотой или фосфорной кислотой), наивысшей активности, очень коррозийной

Марки R, WW и RMA используются для соединений, которые нелегко очистить или где существует слишком высокий риск коррозии. Более активные марки требуют тщательной очистки от остатков. Неправильная очистка может фактически усугубить коррозию, высвобождая захваченные активаторы из остатков флюса.

Существует несколько возможных групп активаторов канифоли:

Характеристики

Флюсы для припоя указаны в соответствии с несколькими стандартами.

Наиболее распространенным в Европе является ISO 9454-1 (также известный как DIN EN 29454-1).[9]

Классы флюса согласно ISO 9454-1 определяются четырехзначным кодом, типом флюса, основанием, активатором и типом. Код формы часто опускается.

Тип флюсаОснованиеАктиваторФорма
1 Смола
  • 1 Без активатора
  • 2 Галогенид активатор
  • 3 Негалогенидный активатор
  • А Жидкость
  • B Твердый
  • C Вставить
2 Органический
  • 1 Вода
  • 2 Не растворим в воде
3 Неорганический
  • 1 Соли
  • 2 Кислоты
  • 3 Щелочной

Следовательно, 1.1.2 означает канифольный флюс с галогенидами.

Более старая спецификация, которая до сих пор часто используется для определения флюсов в магазинах, - это старый немецкий DIN 8511; Однако соединение не всегда однозначно (обратите внимание на соотношение между несколькими и одним старым стандартом и новым стандартом в таблице ниже)

ОстаткиСтарыйНовыйОписание
Сильная коррозияF-SW-113.2.2Кислота неорганическая, кроме фосфорной
Сильная коррозияF-SW-123.1.1Хлорид аммония
Сильная коррозияF-SW-133.2.1Фосфорная кислота
СлабокоррозийныйF-SW-213.1.1Хлорид аммония
СлабокоррозийныйF-SW-223.1.2Неорганические соли без хлорида аммония
СлабокоррозийныйF-SW-232.1.3Органический водорастворимый без галогенидов
СлабокоррозийныйF-SW-232.2.1Органический водонерастворимый продукт без активаторов
СлабокоррозийныйF-SW-232.2.3Органические нерастворимые в воде без галогенидов
СлабокоррозийныйF-SW-242.1.1Органический водорастворимый без активаторов
СлабокоррозийныйF-SW-242.1.3Органический водорастворимый без галогенидов
СлабокоррозийныйF-SW-242.2.3Органические нерастворимые в воде без галогенидов
СлабокоррозийныйF-SW-252.1.2Органический водорастворимый с галогенидами
СлабокоррозийныйF-SW-252.2.2Органический водонерастворимый с галогенидами
СлабокоррозийныйF-SW-261.1.2Канифоль с галогенидами
СлабокоррозийныйF-SW-271.1.3Канифоль без галогенидов
СлабокоррозийныйF-SW-281.2.2Смола без канифоли с галогенидами
НекоррозийныйF-SW-311.1.1Канифоль без активаторов
НекоррозийныйF-SW-321.1.3Канифоль без галогенидов
НекоррозийныйF-SW-331.2.3Смола без канифоли без галогенидов
НекоррозийныйF-SW-342.2.3Органический водонерастворимый без галогенидов

Один используемый стандарт увеличения (США) - J-STD-004 (очень похож на DIN EN 61190-1-1). Четыре символа (две буквы, затем одна буква и последняя цифра) представляют состав флюса, активность флюса и включают ли активаторы галогениды:[10]

  • Первые две буквы: Основание
    • РО: канифоль
    • RE: смола
    • ИЛИ ЖЕ: органический
    • В: неорганический
  • Третье письмо: Мероприятия
    • L: низкий
    • М: умеренный
    • ЧАС: высоко
  • Число: Содержание галогенидов
    • 0: менее 0,05% по весу («без галогенидов»)
    • 1: Содержание галогенидов зависит от активности:
      • менее 0,5% при низкой активности
      • От 0,5% до 2,0% для умеренной активности
      • более 2,0% для высокой активности

Возможна любая комбинация, например ROL0, REM1 или ORH0.

Примеры специальных флюсов

Некоторые материалы очень сложно паять. В некоторых случаях необходимо использовать специальные флюсы.

  • Алюминий и его сплавы трудно паять из-за образования пассивирующего слоя оксида алюминия. Флюс должен разрушать этот слой и облегчать смачивание припоем. Могут использоваться соли или органические комплексы некоторых металлов; соль должна проникать в трещины оксидного слоя. Ионы металлов, более благородные, чем алюминий, затем подвергаются окислительно-восстановительной реакции, растворяют поверхностный слой алюминия и образуют на нем отложения. Затем этот промежуточный слой из другого металла можно смочить припоем. Одним из примеров такого флюса является композиция триэтаноламин, фторборная кислота, и фторборат кадмия. Однако более 1% магния в сплаве ухудшает действие флюса, поскольку слой оксида магния более тугоплавкий. Другая возможность - неорганический флюс, состоящий из хлорид цинка или же хлорид олова (II),[11] хлорид аммония, а фторид (например. фторид натрия ). Присутствие кремний в сплаве ухудшает эффективность флюса, так как кремний не подвергается обменной реакции алюминия.
  • Магниевые сплавы. Предполагаемый флюс для пайки этих сплавов при низкой температуре расплавлен. ацетамид. Ацетамид растворяет поверхностные оксиды алюминия и магния; многообещающие эксперименты выполнены с его использованием в качестве флюса для оловянно-индийского припоя на магнии.
  • Нержавеющая сталь это материал, который трудно паять из-за его стабильного, самовосстанавливающегося поверхностного оксидного слоя и низкой теплопроводности. Раствор хлорида цинка в соляной кислоте - обычный флюс для нержавеющих сталей; однако впоследствии его необходимо полностью удалить, поскольку это может вызвать точечная коррозия. Другой высокоэффективный флюс - фосфорная кислота; его склонность к полимеризации при более высоких температурах, однако, ограничивает возможности его применения.

Недостатки

У флюсов есть несколько серьезных недостатков:

  • Коррозионная активность, которая в основном связана с агрессивными соединениями активаторов; гигроскопичный свойства остатков флюса могут усугубить последствия
  • Помехи в работе испытательного оборудования из-за остатков изоляции на испытательных контактах электронных плат.
  • Вмешательство в машинное зрение системы, когда слой флюса или его остатки слишком толстый или неправильно расположен
  • Загрязнение чувствительных частей, например грани лазерных диодов, контакты разъемов и механических переключателей, а также МЭМС сборки
  • Ухудшение электрических свойств печатных плат из-за температуры пайки выше температура стеклования материалы платы и компоненты флюса (например, гликоли, хлорид- и бромид-ионы) могут диффундировать в ее матрицу; например водорастворимые флюсы, содержащие полиэтиленгликоль продемонстрировали такое влияние[12]
  • Ухудшение работы высокочастотной цепи из-за остатков флюса
  • Ухудшение сопротивление изоляции поверхности, что на три порядка ниже, чем объемное сопротивление материала.
  • Электромиграция и рост усы между соседними следами, чему способствуют ионные остатки, поверхностная влажность и напряжение смещения
  • Пары, выделяющиеся при пайке, оказывают вредное воздействие на здоровье и летучие органические соединения может выделяться во время обработки
  • Растворители, необходимые для очистки плат после пайки, дороги и могут иметь неблагоприятное воздействие на окружающую среду.

В особых случаях недостатки достаточно серьезны, чтобы оправдать использование безфлюсовых методов.

Опасности

Типы кислотных флюсов (не используемые в электронике) могут содержать соляная кислота, хлорид цинка или же хлорид аммония, которые вредны для человека. Поэтому с флюсом следует обращаться в перчатках и очках и использовать при соответствующей вентиляции.

Продолжительное воздействие паров канифоли, выделяемых во время пайки, может вызвать профессиональная астма (ранее назывался болезнь колофонии[13] в данном контексте) у чувствительных людей, хотя неизвестно, какой компонент дыма вызывает проблему.[14]

В то время как расплавленный припой имеет низкую тенденцию к прилипанию к органическим материалам, расплавленные флюсы, особенно типа смола / канифоль, хорошо прилипают к пальцам. Масса горячего липкого флюса может передавать больше тепла коже и вызывать более серьезные ожоги чем сопоставимая частица неприлипающего расплавленного металла, которую можно быстро стряхнуть. В этом отношении расплавленный флюс подобен расплавленному. горячий клей.

Бесфлюсовые методы

В некоторых случаях присутствие флюса нежелательно; следы потока мешают, например, прецизионная оптика или МЭМС сборки. Остатки флюса также склонны к выхлопные газы в вакууме и в космосе следы воды, ионов и органических соединений могут отрицательно повлиять на долгосрочную надежность негерметичных упаковок. Остатки флюса также являются причиной появления большинства пустот в стыках. Поэтому там желательны методы без использования потока.[15]

Для успешной пайки и пайки необходимо удалить оксидный слой как с поверхностей материалов, так и с поверхности заготовки присадочного металла; открытые поверхности также должны быть защищены от окисления при нагревании. Заготовки, покрытые флюсом, также можно использовать для полного удаления остатков флюса из процесса пайки.[16]

Защитить поверхности от дальнейшего окисления относительно просто с помощью вакуума или инертной атмосферы. Удаление слоя естественного оксида более хлопотно; должны использоваться физические или химические методы очистки, а поверхности могут быть защищены, например, позолота. Слой золота должен быть достаточно толстым и непористым, чтобы обеспечить защиту в течение разумного времени хранения. Толстая металлизация золота также ограничивает выбор припоев, поскольку припои на основе олова растворяют золото и образуют хрупкие припои. интерметаллиды, делая сустав хрупким. Более толстые золотые покрытия обычно ограничиваются использованием припоев на основе индия и припоев с высоким содержанием золота.

Удаление оксидов с заготовки припоя также затруднительно. К счастью, некоторые сплавы способны растворять поверхностные оксиды в своей массе при перегреве на несколько градусов выше их точки плавления; Sn-Cu1 и Sn-Ag4 требуют перегрева на 18-19 ° C, Sn-Sb5 требуется всего 10 ° C, но Sn-Pb37 Для растворения поверхностного оксида сплава требуется температура на 77 ° C выше его точки плавления. Однако саморастворяющийся оксид ухудшает свойства припоя и увеличивает его вязкость в расплавленном состоянии, поэтому такой подход не является оптимальным. Заготовки для припоя предпочтительно должны иметь высокое отношение объема к поверхности, так как это ограничивает количество образующегося оксида. Пасты должны содержать гладкие сферические частицы, в идеале преформы изготавливаются из круглой проволоки. Проблему с преформами можно также обойти, нанеся припой непосредственно на поверхности деталей и / или подложек, например, химические или электрохимические средства.

В некоторых случаях может быть полезной защитная атмосфера с химически восстанавливающими свойствами. Молекулярный водород может использоваться для восстановления поверхностных оксидов олова и индия при температурах выше 430 и 470 ° C; для цинка температура выше 500 ° C, где цинк уже улетучивается. (При более низких температурах скорость реакции слишком мала для практического применения.) Для протекания реакции необходимо достичь очень низкого парциального давления кислорода и водяного пара.

Также используются другие реактивные атмосферы. Пары муравьиная кислота и уксусная кислота являются наиболее часто используемыми. Монооксид углерода и галогенные газы (например, тетрафторид углерода, гексафторид серы, или же дихлордифторметан ) для достижения эффекта требуется довольно высокая температура в течение нескольких минут.

Атомарный водород гораздо более реактивен, чем молекулярный водород. При контакте с поверхностными оксидами он образует гидроксиды, воду или гидрогенизированные комплексы, летучие при температурах пайки. Вероятно, наиболее практичным методом диссоциации является электрический разряд. Можно использовать газообразные композиции аргон-водород с концентрацией водорода ниже нижнего предела воспламеняемости, что устраняет проблемы безопасности. Операция должна выполняться при низком давлении, так как стабильность атомарного водорода при атмосферном давлении недостаточна. Такая водородная плазма может быть использована для пайки оплавлением без флюса.

Активная атмосфера относительно обычна при пайке в печи; из-за высоких температур процесса реакции протекают достаточно быстро. Активными ингредиентами обычно являются окись углерода (возможно, в виде сгоревшего топливного газа) и водород. Термическая диссоциация аммиака дает недорогую смесь водорода и азота.

Бомбардировка пучками атомных частиц может удалить поверхностные слои со скоростью десятки нанометров в минуту. Добавление водорода в плазму увеличивает эффективность удаления за счет химических механизмов.

Механическое перемешивание - еще одна возможность разрушения оксидного слоя. Ультразвук может использоваться для облегчения лужения и пайки; ультразвуковой преобразователь может быть установлен на паяльнике, в ванне припоя или в волне для пайка волной. Разрушение и удаление оксидов включает кавитация эффекты между расплавленным припоем и поверхностью основного металла. Обычно ультразвуковое флюсование используется для лужения пассивных деталей (активные части плохо справляются с соответствующими механическими напряжениями); Таким способом можно лужить даже алюминий. Затем детали можно паять или паять обычным способом.

Для покрытия поверхности можно использовать механическое трение нагретой поверхности расплавленным припоем. Таким образом можно подготовить обе соединяемые поверхности, затем соединить их и снова нагреть. Ранее этот метод использовался для ремонта небольших повреждений алюминиевых обшивок самолетов.

Для соединения алюминиевых деталей можно использовать очень тонкий слой цинка. Детали должны быть идеально обработаны или сжаты вместе из-за небольшого объема присадочного металла. При высокой температуре, нанесенной в течение длительного времени, цинк диффундирует из стыка. Полученное соединение не имеет механических повреждений и устойчиво к коррозии. Этот метод известен как диффузионная пайка.

Бесплюсовую пайку медных сплавов можно производить с самофлюсующимися присадочными металлами. Такие металлы содержат элемент, способный реагировать с кислородом, обычно фосфор. Хорошим примером является семейство медно-фосфорных сплавов.

Использует

Пайка

При пайке металлов флюс служит трем целям: он удаляет любой окисленный металл с поверхностей, подлежащих пайке, изолирует воздух, предотвращая дальнейшее окисление и облегчая слияние улучшается смачивание характеристики жидкого припоя. Некоторые потоки разъедающий, поэтому детали необходимо очистить влажной губкой или другим абсорбирующим материалом после пайки, чтобы предотвратить повреждение. В электронике используются несколько типов флюсов.

Существует ряд стандартов, определяющих различные типы флюсов. Основной стандарт - J-STD-004.

J-STD-004 характеризует поток по типу (например, Канифоль (РО), Смола (RE), Органический (OR), Неорганический (IN)), его активность (сила флюсования) и надежность остатка от сопротивление изоляции поверхности (SIR) и электромиграция точки зрения, и содержит ли он галогенидные активаторы.

Это заменяет старый стандарт MIL QQS, который определял потоки как:

р(Канифоль)
RMA(Канифоль мягко активирована)
РА(Канифоль активирована)
WS(Вода)

Любая из этих категорий может быть не-чистый или нет, в зависимости от выбранного химического состава и стандарта, требуемого производителем.

Различные тесты, в том числе РОЗОВЫЙ тест, может использоваться после пайки для проверки наличия ионных или других загрязняющих веществ, которые могут вызвать короткое замыкание или другие проблемы.

J-STD-004 включает тесты для электромиграция и сопротивление изоляции поверхности (которое должно быть более 100 МОм через 168 часов работы при повышенной температуре и влажности с подачей напряжения постоянного тока).

Пайка и серебряная пайка

Пайка (иногда известный как серебряная пайка или же жесткая пайка ) требует гораздо более высокой температуры, чем мягкая пайка, иногда выше 850 ° C. Помимо удаления существующих оксидов, необходимо избегать быстрого окисления металла при повышенных температурах. Это означает, что флюсы должны быть более агрессивными и обеспечивать физический барьер.[17] Традиционно бура использовался в качестве флюса для пайки, но сейчас доступно много различных флюсов, часто с использованием активных химикатов, таких как фториды[18] а также смачивающие вещества. Многие из этих химикатов токсичны, и при их использовании следует соблюдать осторожность.

Плавка

Основная статья: Плавка § Флюсы

Связанное с этим использование флюса - обозначение материала, добавляемого к содержимому плавка печь или купол с целью очистки металла от примесей и удаления шлак больше жидкости. Флюс, наиболее часто используемый в железе и стали печи это известняк, который заряжен в правильных пропорциях с утюгом и топливо. Шлак представляет собой жидкую смесь пепел, флюс и другие примеси.

Восстановление флюса

Вовремя сварка под флюсом В процессе не весь флюс превращается в шлак. В зависимости от процесса сварки от 50% до 90% флюса можно использовать повторно.[19]

Соли металлов как флюс при горячей коррозии

Горячая коррозия может повлиять на газовые турбины работа в среде с высоким содержанием соли (например, около океана). Соли, в том числе хлориды и сульфаты, попадают в турбины и откладываются в горячих частях двигателя; другие элементы, присутствующие в топливе, также образуют соли, например ванадаты. Тепло от двигателя плавит эти соли, которые затем могут пассивирующий оксидные слои на металлических компонентах двигателя, что способствует ускоренному возникновению коррозии.

Список флюсов

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Использование ... буры ... восходит к древним египтянам, которые использовали ее в качестве металлургического флюса». Britannica.com. В архиве из оригинала от 14.01.2012. Получено 2011-08-19.
  2. ^ Бхардвадж, Хари К. (1979). Аспекты древнеиндийской технологии (использование извести в качестве флюса). Мотилал Банарсидасс. ISBN  81-208-3040-7. В архиве из оригинала от 03.11.2017. Получено 2011-08-19.
  3. ^ "Металлургия на юге Южной Америки, Выплавка, стр. 1659-60" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 10 октября 2010 г.. Получено 2011-08-19.
  4. ^ Справочник по электронным материалам: упаковка - Google Книги. Ноябрь 1989 г. ISBN  9780871702852. В архиве из оригинала 20.06.2013. Получено 2011-08-19.
  5. ^ Хэмпстон, Джайлз; Джейкобсон, Дэвид М. (2004). Принципы пайки - Google Книги. ISBN  9781615031702. В архиве из оригинала 20.06.2013. Получено 2011-08-19.
  6. ^ а б Лау, Джон Х. (31 мая 1991 г.). Надежность паяных соединений: теория и ... - Google Книги. ISBN  9780442002602. В архиве из оригинала 20.06.2013. Получено 2011-08-19.
  7. ^ Популярная механика - Google Книги. Журналы Hearst. Май 1926 г. В архиве из оригинала 20.06.2013. Получено 2011-08-19.
  8. ^ Бриндли, Кит (1999-03-31). Пайка в сборке электроники - Google Книги. ISBN  9780750635455. В архиве из оригинала 20.06.2013. Получено 2011-08-19. Отсутствует | author1 = (помощь)
  9. ^ «Архивная копия». В архиве из оригинала от 06.02.2016. Получено 2016-02-06.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  10. ^ «Архивная копия» (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 06.11.2013. Получено 2013-10-14.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  11. ^ Патент США 3988175, Паяльный флюс и способ В архиве 2016-04-10 в Wayback Machine. Бейкер, Джеймс С.; Бауэр, Роберт Э.
  12. ^ Шангуань, Дункай (2005). Межблочное соединение бессвинцовым припоем ... - Google Книги. ISBN  9781615030934. В архиве из оригинала 20.06.2013. Получено 2011-08-19.
  13. ^ ""болезнь колофонии », Список архаичных медицинских терминов, профессиональные, на Antiquus Morbus интернет сайт". Antiquusmorbus.com. 2011-07-29. В архиве из оригинала от 03.09.2011. Получено 2011-08-19.
  14. ^ Снижение рисков для здоровья от флюсов для припоя на основе канифоли, IND (G) 249L, Управление здравоохранения и безопасности Соединенного Королевства, 1997 г. (онлайн PDF) В архиве 2011-01-12 в Wayback Machine
  15. ^ Хэмпстон, Джайлз; Джейкобсон, Дэвид М. (2004). Принципы пайки - Google Книги. ISBN  9781615031702. В архиве из оригинала 20.06.2013. Получено 2011-08-19.
  16. ^ «Преформы припоя с флюсовым покрытием». Indium.com. 2011-08-15. В архиве из оригинала 2011-07-19. Получено 2011-08-19.
  17. ^ "Общество американских серебряных дел мастеров". Silversmithing.com. В архиве из оригинала от 01.12.2010. Получено 2010-03-02.
  18. ^ «FAQ по фторидам во флюсе». Fluoridefreeflux.com. Архивировано из оригинал на 2011-07-20. Получено 2011-08-19.
  19. ^ «Калькулятор восстановленных ресурсов». Weld Engineering Co. В архиве с оригинала 15 мая 2015 г.. Получено 5 марта 2015.
  20. ^ «Исследование химии лимонной кислоты в военных паяльных устройствах» (PDF). 1995-06-19.

внешняя ссылка

  • MetalShapers.Org Советы и хитрости от профессионалов: ''Сварка алюминия » (включая таблицу присадочного металла)
  • Припой и ты