Флюс для пайки и лужения легкоплавким припоем

 

Изобретение относится к области пайки, в частности к флюсам для пайки и лужения оловянно-свинцовыми припоями стали, меди и мерных сплавов. Задача изобретения состоит в том, чтобы разработать такой состав паяльного флюса, который наряду с простотой приготовления и дешевизной компонентов, соответственно, имел бы универсальность для ручных и автоматизированных способов нагрева при пайке паяльщиком, газопламенной горелкой, окунанием в расплавленный припой и т. д. Заявленный флюс имеет состав при следующем соотношении компонентов, вес. %: карбамид 0,1-10,0, хлористый цинк 3,5-50,0, вода остальное. Техническим результатом изобретения является то, что выбранное количественное соотношение компонентов обеспечивает предлагаемому универсальному по способу нагрева и назначению паяльному флюсу способность без разбрызгивания и задымления атмосферы замещать его жидким припоем при температуре пайки в процессе лужения и пайки стали, меди и медных сплавов. 1 табл.

Изобретение относится к области пайки, в частности к флюсам для пайки и лужения оловянно-свинцовыми припоями стали, меди и медных сплавов.

Известен флюс для пайки легкоплавкими припоями, содержащий следующие компоненты, мас.%: Хлористый аммоний - 5 - 7 Углекислый аммоний - 5 - 8 Виннокислый аммоний - 8 - 12 Фтористый аммоний - 2 - 5 Хлористый цинк - 28 - 32 (см. a.c. 1250430, МКИ В 23 К 35/363).

Флюс активно и интенсивно растекается по паяемой поверхности, однако не технологичен с точки зрения нанесения его на паяные соединения (трудна дозировка концентрированного флюса и требуется тщательная промывка изделия от остатков, не прореагировавших в процессе пайки), он также многокомпонентен, при пайке сильно дымит, что ухудшает условия труда рабочих.

Имеется флюс для пайки легкоплавкими припоями следующего состава при соотношении компонентов, мас.%: Хлористый цинк - 40 Вода - 60 (см. Справочник по пайке под ред. Петрушина И.Е. - М.: Машиностроение, 1984, с. 116).

Данный флюс обладает высокой коррозионной активностью, обусловленной реакцией гидролиза хлористого цинка, то есть при тщательном смывании остатков флюса водой или спиртом наблюдается сильная коррозия паяных соединений. Флюс также не обладает высокими травильными свойствами, так как содержит только один компонент - хлористый цинк, а в условиях пайки его активность недостаточна. Обычно активизация основы флюса для пайки (водного раствора хлористого цинка) достигается путем добавления одного или нескольких компонентов, улучшающих такие свойства флюса, как флюсоактивность, коррозиестойкость паяных соединений и др.

Наиболее близким по составу и назначению является паяльный флюс (см. авторское свидетельство 761206 следующего состава, вес.%:
Мочевина - 0,4 - 3,0
Хлористый цинк - 5,0 - 30,0
Хлористый аммоний - 0,4 - 3,0
Вода - 62,0 - 94,0
Уксуснокислый тетраэтиламмоний - 0,2 - 3,0
Растворитель - Остальное
По составу это техническое решение наиболее близкое к заявленному изобретению, но по сравнению с предыдущим составом флюса здесь в несколько раз уменьшено содержание хлористого аммония и мочевины, значит в меньшей степени флюс дымит при пайке. Введение в состав флюса уксуснокислого тетраэтиламмония снижает коррозионную активность флюса, упрощается операция отмывки остатков флюса после пайки. Флюс многокомпонентен, содержит пахнущий неприятно уксуснокислый тетраэтиламмоний, содержит спирт, глицерин, который оставляет на паяном месте черноту. Флюс может применяться только в производстве радиоэлектронной аппаратуры, пайка паяльником.

Поставлена задача - разработать такой состав паяльного флюса, который наряду с простотой приготовления и дешевизной компонентов соответственно имел бы универсальность для ручных и автоматизированных способов нагрева при пайке паяльником, газопламенной горелкой, окунанием в расплавленный припой и т. д. Назначение флюса - пайка и лужение сталей и сплавов из цветных металлов. То есть создание такого флюса, в котором упрощена технология изготовления, обеспечена возможность получения соединений с заданной структурой (комплексы), которые подвергаются дегазации при нагревании, в расплавленном состоянии флюс не должен содержать твердых частиц и образовывать их в процессе флюсования, усилено химическое взаимодействие комплексов с оксидами и металлом взамен многокомпонентного состава, не должны ухудшаться свойства паяемого металла и паяных соединений в результате развития межзеренной и химической эрозии, однородность, адгезия расплавленного флюса к основному металлу должна быть меньшей, чем расплавленного припоя, что достигается соответствующей композицией предлагаемого флюса, универсальность по способу нагрева под пайку.

Для достижения указанного результата оптимальный состав флюса взят в следующем соотношении, вес.%:
Карбамид - 0,1 - 10,0
Хлористый цинк - 3,5 - 50,0
Вода - Остальное
Флюс очень технологичен, имеется сочетание высокой коррозионной стойкости паяных соединений и травильных свойств с одновременным улучшением экологических условий рабочего места паяльщика.

В этом составе хлористый цинк - основа флюса - хорошо растворимый в воде. Широкий диапазон содержания хлористого цинка (до 50%) даст возможность достичь оптимальных травильных свойств флюса за счет медленного гидролиза хлористого цинка по реакции
ZnCl₂+H₂O = Zn(OH)Cl+НСl
Медленный гидролиз также происходит за счет введения в раствор карбамида, негигроскопичного и растворимого в воде компонента. Карбамид в данном случае является комплексообразователем. Он также добавлен для подавления коррозионных явлений в паяных соединениях, при нагревании разлагается на СО₂ и NH₃, создавая оболочку над паяной поверхностью в виде паров углекислого газа и аммиака, тем самым достигается защита от окисления как самой паяемой поверхности, так и припоя, паяного шва, а главное, пары ядовитого свинца, выделяющиеся в процессе пайки оловянно-свинцового припоя, частично связываются в соединение с СO₂, чем улучшаются экологические условия рабочего места паяльщика и в целом атмосферы цеха. Паяльный флюс длительное время стабильно сохраняет свои технологические свойства. Время контакта детали с флюсом - минимальное, достаточное для полного травления. Кроме того, карбамид, как и компонент паяльного флюса, улучшает смачиваемость деталей флюсом и адгезию припоя.

Хорошее вытеснение флюса с хлористым цинком расплавленными припоями при пайке сталей объясняется влиянием карбамида, который сильно снижает адгезию расплава при смачивании поверхности стали.

После смачивания основного металла соответствующей композицией предлагаемого флюса и удаления с него окисной пленки образуется активная межфазная граница твердый металл - жидкий флюс, которая замещается расплавленным припоем в условиях, практически исключающих возможность взаимодействия с атмосферой воздуха, что обеспечивает высокое качество спая.

Технология изготовления предлагаемого флюса проста. Флюс не содержит дорогостоящих компонентов. Универсальный флюс для пайки и лужения оловянно-свинцовыми припоями стали, меди и медных сплавов приготавливается простым смешиванием компонентов в любой последовательности и растворением их в воде до полного растворения при цеховой температуре. Срок использования флюса неограничен, в случае длительного хранения флюса в цеховых условиях паяльные свойства флюса стабильно сохраняются.

Предложенный состав паяльных флюсов работает в режимах пайки при температуре от 200 до 450^oС.

Флюс пожаробезопасен, и, поскольку современное паяльное производство характеризуется многообразием применяемого нагревательного оборудования с локальным нагревом (паяльники, газопламенные горелки, паяльные лампы и т.д. ), предлагаемый флюс обеспечивает возможность реализации любого выбранного термического цикла пайки изделий, особенно для массивных деталей с глубокими зазорами сопряжения, когда для обеспечения качества пайки требуется газопламенный нагрев вместо паяльника.

Примеры различных составов паяльных флюсов и характеристики свойств и флюсующей активности приведены в таблице.

Составы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 имеют хорошую флюсующую активность, остатки после пайки некоррозионны.

Отдельно взятые исходные компоненты, растворенные в воде, не могут быть применены в качестве паяльного флюса по причине нестабильности из-за гидролиза (см. контрольный состав 11) и тем более меньшей флюсующей активности (см. контрольные составы 10, 11, 12), коррозия имеет место при применении составов 9 и 10.

Таким образом, разработанный состав универсального по способу нагрева и назначению паяльного флюса обеспечивает качественное лужение стальных деталей и пайку деталей при ручной пайке и на автоматических линиях, может быть использован для пайки оловянно-свинцовыми припоями марки ПОССу 25-0,5, ПОССу 25-2, ПОССу 30-0,5 и др.

Выбранное количественное соотношение компонентов обеспечивает предлагаемому универсальному по способу нагрева и назначению паяльному флюсу способность без разбрызгивания и задымления атмосферы замещать его жидким припоем при температуре пайки в процессе лужения и пайки стали, меди и медных сплавов.

Формула изобретения

Флюс для пайки и лужения легкоплавким припоем, содержащий хлористый цинк, карбамид и воду, отличающийся тем, что указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Хлористый цинк - 3,5-50
Карбамид - 0,1-1,0
Вода - Остальноем

РИСУНКИ

Рисунок 1