Теплоноситель для низкотемпературной пайки погружением
Владельцы патента RU 2254217:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Исток" (RU)
Изобретение может быть использовано при низкотемпературной пайке погружением. Теплоноситель состоит из глицерина и активатора. В качестве активатора и одновременно стабилизатора использован гидроксид щелочного или щелочноземельного металла или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%: гидроксид щелочного или щелочноземельного металла или их смесь 10-25, глицерин остальное. Теплоноситель не токсичен, термически стабилен и сохраняет в течение длительного времени свои флюсующие свойства при температуре от 150 до 210°С. 2 табл.
Изобретение относится к низкотемпературной пайке, в частности к пайке погружением в жидкий теплоноситель.
В промышленности известны различные варианты низкотемпературной пайки погружением в теплоноситель, например, в солевые расплавы, в расплавленные припои, в масляные ванны.
Известен вариант низкотемпературной пайки погружением в теплоноситель, состоящий из глицерина, который проявляет свои флюсующие свойства во время пайки по серебру, золоту и оловосодержащим покрытиям при температуре от 210°С и выше (1).
Однако использование глицерина в качестве теплоносителя для пайки затруднено из-за низкой его термостабильности вследствие интенсивного испарения и дегидратации, а пайка в диапазоне 150-210°С практически не осуществима из-за недостаточной флюсующей активности.
Известен вариант низкотемпературной пайки погружением в теплоноситель (2-прототип), состоящий также из глицерина и диэтиламингидрохлорида, который является активатором, при следующем их соотношении, (мас.%):
| диэтиламингидрохлорид | 3-6 |
| глицерин | остальное |
Введение активатора позволило снизить температуру пайки до 150°С.
Однако при длительной эксплуатации ванны, из-за интенсивного испарения активатора совместно с глицерином, данный теплоноситель теряет свои флюсующие свойства при пайке.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение термической стойкости теплоносителя для низкотемпературной пайки при длительной его эксплуатации и одновременном усилении флюсующих свойств в интервале температур от 150 до 210°С.
Технический результат достигается тем, что в известном теплоносителе для низкотемпературной пайки погружением, состоящем из глицерина и активатора, в качестве активатора и одновременно стабилизатора использован гидроксид щелочного или щелочноземельного металла или их смесь при следующем соотношении компонентов (мас.%):
| гидроксид щелочного или | |
| щелочноземельного металла или их смесь | 10-25 |
| глицерин | остальное |
Предлагаемый теплоноситель для низкотемпературной пайки погружением представляет собой обезвоженный двухкомпонентный раствор гидроксида щелочного или щелочноземельного металла или их смеси при любом их соотношении в трехатомном спирте-глицерине. Теплоноситель в нагретом состоянии одновременно выполняет роль флюса и защитной среды.
Активатор-стабилизатор в виде гидроксида щелочного или щелочноземельного металла или их смеси при любом их соотношении, далее просто - гидроксид, является одновременно термостабилизирующим компонентом теплоносителя, интервал активности которого находится в пределах от 150 до 260°С.
Предлагаемый состав жидкого теплоносителя прост в приготовлении и заключается в растворении гидроксида в глицерине при нагревании до температуры 200-210°С и перемешивании во время нагрева до полного испарения влаги.
Компоненты теплоносителя хорошо растворяются в воде, поэтому его остатки после пайки легко отмываются водой, предпочтительно нагретой, не оставляя следов.
Теплоноситель не токсичен, так как гидроксиды металлов, растворяясь в глицерине, образуют глицераты.
Применение для теплоносителя не дефицитных и не дорогих компонентов делает его доступным для производства.
Процентное содержание компонентов теплоносителя обосновано следующим образом.
При содержании в теплоносителе гидроксида более 25 (мас.%) термостабильность и флюсующие свойства в интервале температур 150-260°С очень высоки, но наблюдается значительное увеличение вязкости раствора, что приводит к повышенному расходу (уносу) теплоносителя вследствие его захвата паяемыми деталями при их извлечении из ванны.
Кроме того, остывший теплоноситель такого состава, становится сильно гигроскопичным и активно насыщается атмосферной влагой, которую необходимо удалять при последующем нагреве ванны, что удлиняет процесс и увеличивает энергорасходы.
При содержании в теплоносителе гидроксида менее 10 (мас.%) наблюдается снижение термостабильности из-за интенсивного испарения раствора и снижение флюсующей активности при пайке в интервале 150-200°С.
Пример 1.
Теплоноситель для низкотемпературной пайки погружением приготавливают следующим образом. В глицерин добавляют твердую щелочь - КОН при соотношении 80/20 (мас.%). Далее смесь нагревают до температуры 200-210°С и выдерживают, помешивая, при этой температуре в течение 10-20 мин. В процессе нагрева и выдержки твердая щелочь растворяется в глицерине и происходит одновременное обезвоживание раствора. После этого раствор теплоносителя готов к пайке.
Примеры 2-5.
Аналогично были приготовлены другие составы теплоносителя, отличающиеся друг от друга содержанием компонента активатора-стабилизатора - гидроксида калия.
Примеры 6-8
Аналогично были приготовлены составы теплоносителя, где в качестве активатора - стабилизатора использован гидроксид щелочноземельного металла, например Са(ОН)2, отличающиеся содержанием гидроксида кальция.
Примеры 9-11
Аналогично были приготовлены составы теплоносителя на основе смеси гидроксида щелочного и щелочноземельного металла, например гидроксидов калия и кальция соответственно, отличающиеся их содержанием.
В приготовленных составах теплоносителя провели пайки нахлесточных образцов, изготовленных из алюминиевого сплава АМц и покрытых никелем химическим толщиной 18 мкм. Величина нахлестки составляла 3-4 мкм, паяли через фольгу припоя ПОС-61 толщиной 50 мкм по режиму:
- температура пайки 220°С,
- время выдержки 30 секунд.
После пайки образцы отмывают проточной теплой водой, обдувают сжатым воздухом до полного удаления влаги и проводят визуальный анализ.
Все полученные экспериментальные данные сведены в таблицы 1 и 2.
Как видно из таблицы 1, образцы после пайки в теплоносителе предлагаемого состава (примеры 1-3) имеют паянное соединение, в которых припой равномерно растекся по всему периметру нахлестки, галтель непрерывная, вогнутая и плотная.
Прочность на срез составила в среднем 4 кгс/мм2. Образцы, паянные в теплоносителе составов, выходящих за пределы, указанные в формуле изобретения, имеют неполное растекание припоя, прерывистую галтель, со средней прочностью на срез 2 кгс/мм2 (пример 4) или поверхность покрывается слоем вязкого, смолообразного раствора (пример 5), отмыть который требуется в несколько раз больше времени по сравнению с примерами 1-3.
В предлагаемом теплоносителе были спаяны волноводные узлы, покрытые никелем химическим толщиной 18 мкм, серебром толщиной 6 мкм, олово-висмутом толщиной 9 мкм.
В качестве припоя использовали фольгу толщиной 50 мкм припоев ПОС-61(Тпайки=220°С) и ПОСК 50-18 (Т пайки=160°С).
Данные также представлены в таблице 1.
Визуальный анализ качества пайки волноводных узлов показал, что волноводные узлы, паяные в теплоносителе предлагаемого состава (примеры 1-3), имеют непрерывную, равномерную галтель.
А волноводные узлы, паянные в теплоносителе состава, выходящие за пределы, указанные в формуле изобретения, имеют прерывистую галтель с неполным растеканием припоя из-за недостаточной флюсующей активности (пример 4) либо на стенках волноводных узлов и внутри каналов после остывания наблюдается вязкий, смолообразный слой теплоносителя, для отмывки которого потребовалось в 3 и более раза больше времени (пример 5).
| Таблица 1 | ||||
| №п/п | Состав теплоносителя | Результаты пайки | ||
| (мас.%) | ||||
| Глицерин | Гидроксид | Нахлесточных | Волноводных | |
| КОН | образцов | узлов | ||
| 1 | 80 | 20 | Галтель непрерывная, вогнутая и плотная=4 кгс/мм2 | Галтель непрерывная, равномерная |
| 2 | 90 | 10 | Галтель непрерывная, вогнутая и плотная=4 кгс/мм2 | Галтель непрерывная, равномерная |
| 3 | 75 | 25 | Галтель непрерывная, вогнутая и плотная=4 кгс/мм2 | Галтель непрерывная равномерная |
| 4 | 95 | 5 | Неполное растекание припоя, галтель прерывистая=2кгс/мм2 | Галтель прерывистая, с неполным растеканием припоя |
| 5 | 75 | 30 | Галтель непрерывная, плотная=4 кгс/мм2, наблюдается вязкий смолообразный слой теплоносителя | На стенках волноводов и внутри каналов наблюдается вязкий смолообразный слой теплоносителя |
Как видно из таблицы 2 нахлесточные образцы, паяные в теплоносителе предлагаемого состава, в которых в качестве активатора-стабилизатора использован гидроксид щелочноземельного металла Са(ОН)2 (примеры 6-8), имеют удовлетворительные смачивание и галтель вдоль паяного соединения.
Прочность на срез (τср) меньше или равна 2 кгс/мм2. Нахлесточные образцы (примеры 9-11), паяные в теплоносителе предлагаемого состава, в которых в качестве активатора-стабилизатора использована смесь гидроксидов щелочного и щелочноземельного металла КОН и Са(ОН)2 соответственно, имеют хорошее смачивание припоем, галтель непрерывную, вогнутую и плотную, прочность на срез составила в среднем 4 кгс/мм2 (примеры 9, 11). Нахлесточный образец (пример 10) имеет удовлетворительное смачивание, галтель вдоль паяного соединения, прочность на срез меньше или равна 2 кгс/мм2.
| Таблица 2 | ||||
| №п/п | Состав теплоносителя мас.% | Результаты пайки нахлесточных образцов | ||
| Глицерин | Гидроксид калия (КОН) | Гидроксид кальция Са(ОН)2 | ||
| 6 | 90 | - | 15 | Удовлетворительное смачивание образцов припоем, галтель вдоль паяного соединения, прочность образцов на срез меньше или равна 2 кгс/мм2. |
| 7 | 95 | - | 10 | |
| 8 | 75 | - | 25 | |
| 9 | 90 | 10 | 5 | Хорошее смачивание образца припоем, галтель непрерывная, вогнутая и плотная, прочность образца на срез приблизительно равна 4 кгс/мм2. |
| 10 | 90 | 5 | 5 | Удовлетворительное смачивание образцов припоем, галтель вдоль паяного соединения, прочность образцов на срез меньше или равна 2 кгс/мм2. |
| 11 | 75 | 24 | 1 | Хорошее смачивание образца припоем, галтель непрерывная, вогнутая и плотная, прочность образца на срез приблизительно равна 4 кгс/мм2. |
Предлагаемый теплоноситель для низкотемпературной пайки термически стабилен и сохраняет свои флюсующие свойства в интервале температур 150-260°С в течение длительного времени, по мере уноса и испарения глицерина из теплоносителя ванну лишь пополняют новыми порциями раствора теплоносителя.
Таким образом, предлагаемый состав теплоносителя для низкотемпературной пайки погружением обеспечивает повышение термической стойкости теплоносителя при одновременном усилении флюсующих свойств в сторону низких температур - в интервале 150-210°С.
Предлагаемый теплоноситель прост в приготовлении, в употреблении, так как не токсичен, его остатки после пайки легко растворяются в воде.
Кроме того, предлагаемый теплоноситель не содержит дефицитных и дорогих компонентов, что делает его широко доступным для любого производства, где может быть использована низкотемпературная пайка погружением.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. М.Б.Коричаев, Р.В.Кудрявцев, А.Ф.Петенев. Бесфлюсовая пайка деталей в жидком теплоносителе. Обмен опытом в радиопромышленности, вып.1, 1982 г., стр.39-40.
2. Л.Л.Гржимальский, И.И.Ильевский. Технология и оборудование пайки. М., Машиностроение, 1979 г., стр.141.
Теплоноситель для низкотемпературной пайки погружением, состоящий из глицерина и активатора, отличающийся тем, что в качестве активатора и одновременно стабилизатора использован гидроксид щелочного или щелочноземельного металла или их смесь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Гидроксид щелочного или щелочноземельного металла или их смесь | 10-25 |
| Глицерин | Остальное |
