Припой на основе свинца
Владельцы патента RU 2547979:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") (RU)
Изобретение может быть использовано для изготовления припоев на основе свинца. Припой содержит компоненты в следующих соотношениях, мас.%: олово 4,0-7,0; индий 0,5-2,0; медь 0,001-0,1; сурьма 0,2-1,0; натрий 0,001-0,2; висмут 1,0-3,0; никель 0,1-0,5; церий 0,005-0,1; цинк 0,001-0,3; свинец - остальное. Техническим результатом является повышение прочности при максимальной рабочей температуре 250°C, увеличение коррозионной стойкости паяных соединений, уменьшение брака при пайке. 3 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе свинца, в частности к составу припоя для низкотемпературной пайки деталей из цветных и черных металлов, используемых, например, для топливных фильтров, деталей приборов, электро- и радиооборудования.
Из уровня техники известен припой на основе свинца ПСр3, содержащий 2,7-3,3% серебра, свинец - остальное (Справочник по пайке. Машиностроение, 2003 г., стр.89).
Недостатками этого припоя являются использование дорогостоящего металла серебра и невысокая коррозионная стойкость паяных соединений.
Известно техническое решение (Справочник по пайке. Машиностроение, 2003 г., стр.90), в котором для пайки медных сплавов предусмотрено использование припоя ВПр12 следующего состава, в масс.%:
| Олово | 39,0-41,0 |
| Серебро | 4,5-5,5 |
| Медь | 4,5-5,5 |
| Сурьма | 1,5-1,7 |
| Фосфор | 0,1-0,2 |
| Свинец | Остальное |
К недостаткам этого припоя относятся: использование дорогостоящего драгоценного металла серебра, невысокая рабочая температура соединений из-за значительного содержания олова и относительно низкая пластичность, обусловленная высоким содержанием сурьмы.
Известен также припой СК-7 (Справочник по пайке. Машиностроение, 2003 г., стр.90) следующего состава, в масс.%:
| Кадмий | 6,0-10,0 |
| Цинк | 0,5-1,5 |
| Сурьма | 1,0-1,5 |
| Натрий | менее 0,3 |
| Свинец | Остальное |
Данный припой обеспечивает высокий предел ползучести паяных соединений, но содержит значительные количества высокотоксичного кадмия, что приводит к повышению риска для здоровья человека при работе с ним.
Наиболее близким аналогом является припой для лужения и пайки керамики и стеклокерамики, известный из авторского свидетельства СССР №612767, следующего состава, в масс.%:
| Олово | 8-10 |
| Цинк | 10-15 |
| Сурьма | 1-2 |
| Индий | 5-10 |
| Свинец | Остальное |
Недостатками припоя, взятого за прототип, являются невысокая рабочая температура соединений (максимально до 200°C) из-за высокого содержания олова и индия, и низкая пластичность припоя из-за значительного содержания цинка и сурьмы.
Технической задачей изобретения является разработка припоя, обеспечивающего повышение рабочих характеристик паяных соединений.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение прочности при максимальной рабочей температуре 250°C, увеличение коррозионной стойкости паяных соединений, уменьшение брака при пайке.
Поставленный технический результат достигается тем, что предложен припой на основе свинца, содержащий олово, цинк, сурьму, индий, отличающийся тем, что дополнительно содержит медь, натрий, висмут, никель и церий при следующем содержании компонентов, масс.%:
| Олово | 4,0-7,0 |
| Индий | 0,5-2,0 |
| Медь | 0,001-0,1 |
| Сурьма | 0,2-1,0 |
| Натрий | 0,001-0,2 |
| Висмут | 1,0-3,0 |
| Никель | 0,1-0,5 |
| Церий | 0,005-0,1 |
| Цинк | 0,001-0,3 |
| Свинец | Остальное |
Введение дополнительных компонентов в припой на основе свинца в заявленном соотношении с другими компонентами обеспечивает повышение прочности паяных соединений, предпочтительно в диапазоне температуры от 200 до 250°C, увеличение коррозионной стойкости соединений в тропической камере, дистиллированной воде или в камере солевого тумана, а также уменьшение брака паяных соединений.
Примеры осуществления
Предлагаемый припой, как и припой, известный из прототипа, выплавлялся в шамотно-графитовом тигле при нагреве до 400-450°C под слоем активированного угля. В расплавленный свинец вводилось расчетное количество олова. Затем вводилось расчетное количество никеля в виде лигатуры олово-никель. После расплавления лигатуры олово-никель вводят последовательно сурьму, висмут, индий, а затем в виде лигатур церий, цинк и натрий. После расплавления расплав перемешивали и разливали в изложницы. Припой пластичен и может изготавливаться в виде лент и проволоки. В таблице 1 представлены составы предлагаемого припоя согласно настоящему изобретению и припоя, известного из прототипа.
| Таблица 1 | |||||||||
| Составы предлагаемого припоя и припоя, известного из прототипа, в масс.%. Свинец - остальное | |||||||||
| № п/п | Олово | Индий | Медь | Сурьма | Натрий | Висмут | Никель | Церий | Цинк |
| 1 | 4,0 | 1,2 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 3,0 | 0,75 | 0,005 | 0,015 |
| 2 | 7,0 | 0,5 | 0,001 | 0,6 | 0,001 | 2,0 | 0,1 | 0,05 | 0,3 |
| 3 | 5,5 | 2,0 | 0,05 | 1,0 | 0,2 | 1,0 | 0,5 | 0,1 | 0,001 |
| Прототип | 8,0-10,0 | 5,0-10,0 | - | 1,0-2,0 | - | - | - | - | 10,0-15,0 |
Оценка прочности нахлесточных паяных соединений проводилась на медных образцах, изготовленных из листов толщиной 2 мм. Величина нахлестки составляла 6,0-6,5 мм, ширина рабочей части образцов - 10 мм. Результаты по прочности паяных соединений представлены в таблице 2.
Пайку предложенным припоем и прототипом осуществляли паяльником мощностью 100 Вт. В качестве флюса использовали флюс спирто-канифольный паяльный (ФКСп).
Оценка прочностных свойств паяных соединений производилась при температурах 20 и 250°C. При температуре 250°C припой, известный из прототипа, находится в расплавленном состоянии (по данным из авторского свидетельства №612767) и поэтому не производились испытания паяных образцов при этой температуре.
Коррозионную стойкость паяных соединений оценивали по изменению их прочностных свойств после шести месяцев испытаний в различных средах (камера солевого тумана, дистиллированная вода или тропическая камера). Поскольку припой, известный из прототипа, не может обеспечить рабочую температуру соединений 250°C, не производились коррозионные испытания соединений, выполненных этим припоем. Результаты на коррозионную стойкость паяных соединений представлены в таблице 3.
| Таблица 2 | ||
| Прочность на срез нахлесточных соединений меди | ||
| № п/п | Температура испытаний, °C | Прочность, МПа |
| 1 | 20 | 35,0-40,0 |
| 250 | 15,0-19,0 | |
| 2 | 20 | 35,0-39,0 |
| 250 | 17,1-19,5 | |
| 3 | 20 | 38,0-41,0 |
| 250 | 16,0-18,0 | |
| Прототип | 20 | 30,0-32,0 |
| 250 | 0 |
| Таблица 3 | |||
| Коррозионная стойкость паяных соединений меди. Потеря прочности после коррозионных испытаний в % | |||
| Припой по табл.1 | Дистиллированная вода | Тропическая камера | Камера солевого тумана |
| 1 | 0 | 0 | 2,0 |
| 2 | 0 | 0 | 2,0 |
| 3 | 0 | 0 | 3,0 |
По данным из таблиц 2 и 3 видно, что предлагаемый припой имеет высокую прочность при 250°C и хорошую коррозионную стойкость в камере солевого тумана, дистиллированной воде и тропической камере. В то же время припой, известный из прототипа при температуре 250°C, не может обеспечить работоспособность соединений.
Применение предлагаемого припоя при пайке деталей позволит существенно повысить надежность паяных соединений, уменьшить брак при пайке.
Припой на основе свинца, содержащий олово, цинк, сурьму и индий, отличающийся тем, что дополнительно содержит медь, натрий, висмут, никель и церий при следующем содержании компонентов, мас.%:
| Олово | 4,0-7,0 |
| Индий | 0,5-2,0 |
| Медь | 0,001-0,1 |
| Сурьма | 0,2-1,0 |
| Натрий | 0,001-0,2 |
| Висмут | 1,0-3,0 |
| Никель | 0,1-0,5 |
| Церий | 0,005-0,1 |
| Цинк | 0,001-0,3 |
| Свинец | Остальное |
