В каком температурном диапазоне плавится припой

Припой – материал твердый, потому что собой представляет металлический сплав. В процессе пайки двух металлических элементов или частей одного целого его переводят в жидкое состояние путем нагрева. Так вот температура плавления припоя для пайки называют той, при которой происходит переход из твердого в жидкое. И это важный показатель, потому что слишком высокая температура может повредить электронное плато, снизить прочность соединения. Поэтому ниже расскажем о диапазоне температур, при которых плавится припой, о факторах, влияющих на процесс пайки.

Что влияет на плавление припоя

Есть четыре фактора, которые влияют на качество пайки.

• Температура. Суть влияния температуры на паечные процессы заключена в физическом состоянии сплава. При нормальном температурном режиме металлы с помощью сплава перемешиваются и создают в зоне плавки единую галтель. Она образуется за счет поверхностного натяжения расплавленного сплава, поэтому получается вогнутой и аккуратной. Если температура расплава не достигла требуемого значения, то есть припой расплавился не полностью, компоненты сплава перемешиваются плохо. Соединение получается некачественным. Его обычно называют холодной пайкой. Если, наоборот, температура значительно превысила нормативный показатель, припой получается пористым с пониженной прочностью.
• Флюс. Его задача – очистить соединяемые металлы от оксидной пленки, которая препятствует соединению. Вторая функция – защитная. Флюс при нагреве превращается в газ, который закрывает собой место пайки, чтобы внутрь не проникал кислород. Последний становится причиной окисления металлов. Оксиды – это не только снижение прочности, это снижение электропроводности. Поэтому важно правильно подбирать флюс.

• Внешняя среда. В основном это касается влажности и температуры воздуха. Чем они выше, тем меньше надо нагревать припой. И наоборот – чем ниже, тем больше. Контролировать внешний факторы сложно, в некоторых ситуациях просто невозможно.
• Размеры пайки. Чем больше расстояние между элементами, которые соединяются пайкой, тем больше припоя придется использовать. Значит, его нужно будет сильнее нагревать. То есть температура потребуется выше.

Температурный диапазон

Если исключить вышеобозначенные факторы, то температура будет зависеть от металлов, которые входят в сплав. Потому что одни из них менее плавкие, другие более. Отсюда классификация припоев.

• Легкоплавкие. Это или чисто оловянные припои, по-другому безсвинцовые, или оловянно-свинцовые с небольшими добавками в виде цинка или кадмия. Группа делится на две подгруппы: особо легкоплавкие с температурой плавление до +145°C, легкоплавкие – 145-300°C. Кадмий увеличивает коррозионностойкость материала, но сам металл очень токсичен. В подгруппе особо легкоплавких надо отметить припои, которые расплавляются ниже температуры кипения воды – то есть не выше +90°C. В них входит висмут, который занимает 50% состава. Используют такие припои при пайке латуни или меди, и чувствительных к высоким температурам электронных компонентов.
• Мягкие. Они плавятся при температуре +300°C. В эту группу входят припои, в составе которых есть свинец или олово. Сплав может быть только из двух этих металлов, или с различными добавками: цинк, кадмий.

• Твердые. В основе припоев этого типа лежит медь или серебро. В них могут добавляться фосфор, никель или цинк. В зависимости от процента добавленного дополнительного металла припои этой группы делятся на две подгруппы: среднеплавкие с температурой плавления до +1100°C, высокоплавкие – 1100-1850°C.

Внимание! Есть в классификации припоев тугоплавкая категория. Используют ее обычно в качестве присадок.

Отдельной группой стоят припои, которые могут расправляться при минусовых температурах. В их основе лежат щелочные металлы, ртуть или цезий. Все материалы с высокой химической активностью, поэтому в качестве припоев применяют редко. Обычно только для пайки высоко чувствительных электронных элементов.

Отличить чисто оловянный припой от оловянно-свинцовых просто: стержень первого при перегибе хрустит, при использовании второго место соединения темнеет.

Оба вида – материалы универсального типа, ими можно паять практически любые металлы. И чем больше олова в сплаве, тем качественнее соединение. Исключение составляет алюминий. То есть его паять можно, но прочность невысокая.

О температурном диапазоне. Например, температура плавления олова для пайки находится в пределах от +183°С до +280°C. И зависит этот показатель от того, сколько олова содержится в сплаве. Обычно от 10% до 90%. 

Для информации:

• припой с содержанием олова больше 60% – ярко блестящий пруток;
• темно-серого цвета материал – содержит много свинца, он очень пластичный;
• чисто оловянный, наоборот, жесткий и прочный, согнуть его – надо приложить серьезные усилия.

Перегрев припоя – что ожидать

Если паяльный состав перегрелся во время пайки, то последствия могут быть следующими.

• Произойдет выгорание флюса, что вызовет повторное окисление металлических поверхностей.
• Сам припой станет пористым, менее прочным.
• Все современные электронные детали, например, резисторы, транзисторы и сами платы, материалы очень чувствительные к высоким температурам. При их воздействии выходят из строя. Перегрев припоя приведет их именно к этому.
• Свинцово содержащие сплавы при перегреве выделяют значительное количество свинца. Это может привести к отравлению человека.

Внимание! Чтобы не произошло перегрева, нужно изучить характеристики припоя, которые производитель указывает в спецификации. В процессе пайки нужно отслеживать температурный режим. Для этого можно использовать инфракрасный термометр или термопару.

Критерии выбора припоя

Самый главный критерий, определяющий ответ на вопрос, какой припой лучше, температура плавления. О чем выше было подробно рассказано. Просто надо обозначить, что чаще используют материал с содержанием олова 60%, который относится к легкоплавкой категории с температурой плавления +183°С.

Но есть и другие критерии выбора. Один из них – форма выпуска. Здесь три позиции:

• стержни, они же прутки диаметром 5-10 мм;
• проволока в бухтах;
• порошки, которые чаще применяются на производстве;
• гранулы – тоже промышленное применение;
• паста – используется для пайки электронных элементов, материал безопасный и достаточно эффективный;
• фольга – если необходимо запаять тонкопленочные компоненты, то это лучший вариант.

Второй вариант применяется чаще, потому что его диаметр 0,3-3 мм, что очень удобно. Использовать можно для пайки электрической проводки и электронных компонентов. Продается проволока в бобинах или порезанной на небольшие отрезки. Реализуется припой в катушках или по весу. Популярный вариант – небольшими партиями весом от 50 до 500 г.

Относительно недавно на рынке появился припой, сердцевина которого заполнена флюсом. Удобный вариант, потому что нет необходимости подавать два материала в зону пайки по отдельности. Такой припой называют самофлюсующийся.

Но электронщики свое предпочтение отдают особо легкоплавким припоям, температура плавления которых +90-94°С. Их используют не только для пайки электронных компонентов, но и для лужения медных дорожек только что изготовленных печатных плат.

Выбирая форму, нужно учитывать особенности пайки, удобство применения, количество необходимого припоя. Практика показывает, что проще работать с проволокой и прутками. При хранении не занимают много места. Широкий диапазон диаметра позволяет применять точное необходимое количество материала.

Если отвечать на вопрос, какой припой лучше для пайки радиодеталей, то предпочтение лучше отдать пасте, которая собой представляет кашицу серого цвета. Состоит она из мельчайших шариков припоя и флюса, относящегося к категории безотмывочных. Пасту обычно хранят в закрытом состоянии, потому что флюс высыхает быстро.

И еще несколько критериев, на которые необходимо обратить внимание:

• характеристики соединяемых материалов: толщина, способ соединения – точечно или по периметру;
• какие инструменты используются: паяльник, фен, промышленные установки и прочее;
• в каких условиях эксплуатируются соединяемые детали, потому что некоторые припои хорошо выдерживают вибрацию, другие прекрасно работают внутри химически активной среды;
• уровень адгезии сплава, по-другому смачиваемость;
• степень деформации сплава после его застывания, по-другому пластичность материала;
• степень устойчивости к коррозийным процессам.

Многие из этих характеристик поддерживают, а в большинстве случаев ложатся в основу, добавки, вносимые в сплав.

• Серебро, сурьма, цинк, кадмий увеличивают растекаемость.
• Никель, кремний, железо увеличивают прочность.
• Никель, медь увеличивают коррозионостойкость.
• Цирконий, ванадий, кремний, вольфрам увеличивают жаропрочность.

Коротко о главном

Основной критерия выбора припоя – температура плавления. Потому что им производится соединение деталей или электронных компонентов, которые могут выдерживать определенное температурное значение. И если неправильно выбрать сплав по этому показателю, то велика вероятность, что вышеобозначенные элементы просто перегорят.

Есть и другие критерии выбора, которые нельзя сбрасывать со счетов. Например, прочность соединения, удобство пайки, стойкость к образованию коррозии металлов, адгезионные свойства и прочее. За все это отвечают добавки, которые вносятся в определенном количестве в состав паечного сплава.