Флюс (металлургия)

Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Февраль 2019 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Канифоль используется как флюс для пайки

Флюсовая ручка, используемая для переделки электроники

Многожильный припой, содержащий флюс

Проволока, только что покрытая припоем, все еще погруженная во флюс расплавленной канифоли

В металлургии , A поток (полученный из латинского Fluxus означает «течь») представляет собой химическое моющее средство, протекающий агент, или очистки агента. Флюсы могут одновременно выполнять более одной функции. Они используются как в добывающей металлургии, так и в соединении металлов.

Некоторыми из самых ранних известных флюсов были карбонат натрия , поташ , древесный уголь , кокс , бура , ^[1] известь , ^[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. В качестве чистящих средств флюсы облегчают пайку , пайку и сварку , удаляяокисление соединяемых металлов. Обычные флюсы - это хлорид аммония или смоляные кислоты (содержащиеся в канифоли ) для пайки меди и олова ; соляная кислота и хлорид цинка для пайки оцинкованного железа (и других цинковых поверхностей); и бура для пайки , пайки черных металлов и кузнечной сварки .

В процессе плавки неорганические хлориды, фториды (см. Флюорит ), известняк и другие материалы обозначаются как «флюсы», когда добавляются к содержимому плавильной печи или вагранки с целью очистки металла от химических примесей, таких как фосфор. , и превращения шлака в более жидкое при температуре плавления. Шлак представляет собой жидкую смесь золы , флюса и других примесей. Это снижение вязкости шлака с температурой, увеличивающее поток шлака при плавке, является первоначальным происхождением слова « флюс».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 сильно восстанавливающимся при повышенных температурах, предотвращая окисление основного и присадочного материалов. Роль флюса обычно двойная: растворение оксидов, уже присутствующих на поверхности металла, что способствует смачиванию расплавленным металлом, и действие в качестве кислородного барьера, 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, имеют дополнительный характер, например, делают флюс липким при низкой температуре, чтобы его можно было легко наносить.

Состав органических флюсов [ править ]

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

• Активаторы - химические вещества, разрушающие / растворяющие оксиды металлов. Их роль заключается в том, чтобы обнажить неокисленную, легко смачиваемую металлическую поверхность и способствовать пайке другими способами, например, посредством реакций обмена с основными металлами.
  • Высокоактивные флюсы содержат химические вещества, вызывающие коррозию при комнатной температуре. Используемые соединения включают галогениды металлов (чаще всего хлорид цинка или хлорид аммония ), соляную кислоту , фосфорную кислоту , лимонную кислоту и бромистоводородную кислоту . Соли минеральных кислот с аминами также используются в качестве агрессивных активаторов. Агрессивные флюсы обычно способствуют коррозии , требуют осторожного удаления и не подходят для более тонких работ. Активаторы флюсов для пайки и пайки алюминия часто содержат фториды .
  • Более мягкие активаторы начинают реагировать с оксидами только при повышенной температуре. Типичными используемыми соединениями являются карбоновые кислоты (например, жирные кислоты (чаще всего олеиновая кислота и стеариновая кислота ), дикарбоновые кислоты ) и иногда аминокислоты . Некоторые более мягкие флюсы также содержат галогениды или галогениды .
• Транспортные средства - химические вещества, устойчивые к высоким температурам, в виде нелетучих жидкостей или твердых веществ с подходящей температурой плавления; они обычно жидкие при температурах пайки. Их роль состоит в том, чтобы действовать как кислородный барьер, защищая поверхность горячего металла от окисления, растворяя продукты реакции активаторов и оксидов и унося их от поверхности металла, а также способствуя теплопередаче. Твердые носители, как правило, основаны на натуральной или модифицированной канифоли (в основном абиетиновой кислоте , пимаровой кислоте и других смоляных кислотах ) или на природных или синтетических смолах . Водорастворимые органические флюсы, как правило, содержат носители на основе высококипящих полиолов - гликолей ,диэтиленгликоль и высшие полигликоли, поверхностно - активные вещества на основе полигликоля и глицерин .
• Растворители - добавлены для облегчения обработки и нанесения на стык. Растворители обычно высыхают во время предварительного нагрева перед пайкой; неполное удаление растворителя может привести к выкипанию и разбрызгиванию частиц паяльной пасты или расплавленного припоя.
• Добавки - многие другие химические вещества, изменяющие свойства флюса. Добавками могут быть поверхностно-активные вещества (особенно неионные), ингибиторы коррозии , стабилизаторы и антиоксиданты , вещества , повышающие клейкость , загустители и другие модификаторы реологии (особенно для паяльных паст ), пластификаторы (особенно для припоев с флюсовой сердцевиной) и красители .

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; типичными примерами являются 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.

Свойства [ править ]

Флюсы обладают несколькими важными свойствами:

• Активность - способность растворять существующие оксиды на поверхности металла и способствовать смачиванию припоем. Высокоактивные флюсы часто имеют кислотную и / или коррозионную природу.
• Коррозионная активность - стимуляция 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 гигроскопичны , 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.
• Очищаемость - 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 органических растворителях , 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 защитных покрытий, или действовать как нежелательная изоляция на разъемах и контактных площадках для испытательного оборудования.
• Остаточная липкость - липкость поверхности остатка 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.
• Летучесть - это свойство необходимо сбалансировать, чтобы облегчить удаление растворителей на этапе предварительного нагрева, но не требовать слишком частого добавления растворителя в технологическое оборудование.
• Вязкость - особенно важна для паяльных паст , которые должны легко наноситься, но при этом достаточно густые, чтобы оставаться на месте, не растекаясь в нежелательных местах. Паяльные пасты также могут действовать как временный клей для удержания электронных деталей на месте до и во время пайки. Флюсы, наносимые, например, пеной, требуют низкой вязкости.
• Воспламеняемость - особенно актуально для транспортных средств на основе гликоля и органических растворителей. Пары флюса, как правило, имеют низкую температуру самовоспламенения и представляют риск вспышки пламени при контакте флюса с горячей поверхностью.
• Твердые вещества - процентное содержание твердого материала во флюсе. Флюсы с низким содержанием твердых веществами, иногда всего 1-2%, не называются низким содержанием твердых веществ потока , низкий остатком потока , или нет чистого потока . Они часто состоят из слабых органических кислот с добавлением небольшого количества канифоли или других смол.
• Электропроводность - некоторые флюсы остаются проводящими после пайки, если не очищены должным образом, что приводит к случайным сбоям в цепях с высоким сопротивлением. 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 и свинца, из-за разной температуры пайки и разного 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. Такими металлами являются бериллий , хром , магний , титан и некоторые 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 [ править ]

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 роста дендритов , что может привести к повреждению продукта. В некоторых случаях, особенно в приложениях с высокой надежностью , необходимо удалять остатки флюса.

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 является группа флюсов, содержащих соединения цинка , олова или кадмия, обычно хлориды, иногда фториды или фторбораты.

Обычными высокоактивными активаторами являются минеральные кислоты , часто вместе с галогенидами, аминами, водой и / или спиртами:

• соляная кислота , чаще всего
• фосфорная кислота , реже, использование ограничено ее полимеризацией при более высоких температурах

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:

• хлорид цинка , который при высоких температурах реагирует с влагой с образованием оксихлорида и соляной кислоты
• хлорид аммония , термически разлагающийся до аммиака и соляной кислоты
• гидрохлориды амина , разлагающиеся до амина и соляной кислоты

Канифольные флюсы [ править ]

Термины смолы потока и канифоли потока неоднозначны и в некоторой степени взаимозаменяемы, с различными поставщиками с использованием различных назначений. Как правило, флюсы обозначаются как канифоль, если основа, на которой они основаны, в основном представляет собой натуральную 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 ( смоляных кислот , преимущественно абиетиновой кислоты , с пимаровой кислотой , изопимаровой кислотой , неоабиетиновой кислотой , дигидроабиетиновой кислотой и дегидроабиетиновой кислотой ), канифоль представляет собой стеклообразное твердое вещество, практически неактивное и не вызывающее коррозию при нормальной температуре, но жидкое, ионное и слабо реагирует с оксидами 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.

Существует три типа канифоли: канифоль жевательная (из олеорезина сосны ), древесная канифоль (полученная путем экстракции пней) и канифоль таллового масла (полученная из таллового масла , побочного продукта процесса крафт-бумаги ). 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 термостойкости 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, этерификацией , полимеризацией или гидрированием . Изменяемые свойства включают повышенную термическую стабильность, лучшую очищаемость, измененную вязкость раствора и более твердый остаток (или, наоборот, более мягкий и более липкий остаток). Канифоль также может быть преобразована в водорастворимый канифольный флюс путем образования этоксилированного канифольного амина , аддукта с полигликолем и амином.

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

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

Флюсы канифоли классифицируются по степени активности: L для низкой, M для умеренной и H для высокой. Существуют также другие сокращения для различных марок канифольного флюса: ^{[6] [8]}

• R (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 не содержит галогенидов.
• RA (Rosin Activated) - канифоль с сильными активаторами, высокая активность, содержит галогениды.
• OA (Organic Acid) - канифоль, активированная органическими кислотами, высокая активность, сильная коррозия, водная очистка
• SA (Synthetically Activated) - канифоль с сильными синтетическими активаторами, высокая активность; состав легко растворяется в органических растворителях ( хлорфторуглеродах , спиртах) 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
• IA (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, высвободив захваченные активаторы из остатков флюса.

Возможны несколько групп активаторов канифоли:

• галоидные активаторы (органические соли галогенида, например диметиламмонии хлорид и диэтиламмоните хлорид )
• органические кислоты (монокарбоновые, например, муравьиная кислота , уксусная кислота , пропионовая кислота , и дикарбоновые, например, щавелевая кислота , малоновая кислота , себациновая кислота )

Технические характеристики [ править ]

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.

Таким образом, 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)

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) обозначают состав потока, активность потока и наличие галогенидов в активаторах: ^[10]

• Первые две буквы: База
  • РО: канифоль
  • RE: смола
  • ИЛИ: органический
  • IN: неорганический
• Третье письмо: активность
  • L: низкий
  • M: умеренный
  • H: высокий
• 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 [ править ]

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 триэтаноламина , фторборной кислоты и фторбората кадмия.. Однако более 1% магния в сплаве ухудшает действие флюса, поскольку слой оксида магния более тугоплавкий. Другой возможностью является неорганический флюс, состоящий из хлорида цинка или хлорида олова (II) , ^[11] хлорида аммония и фторида (например, фторида натрия ). Присутствие кремния в сплаве ухудшает эффективность флюса, так как кремний не подвергается обменной реакции алюминия.
• Магниевые сплавы . Предполагаемый флюс для пайки этих сплавов при низкой температуре - расплавленный 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 после этого его необходимо полностью удалить, поскольку это может вызвать точечную коррозию . Другой высокоэффективный флюс - фосфорная кислота; его склонность к полимеризации при более высоких температурах, однако, ограничивает его применение.

Недостатки [ править ]

У флюсов есть несколько серьезных недостатков:

• Коррозионная активность, в основном из-за агрессивных соединений активаторов; гигроскопичность остатков флюса может усугубить последствия
• Помехи в работе испытательного оборудования из-за остатков изоляции на испытательных контактах электронных плат.
• Помехи системам машинного зрения , когда слой флюса или его остатки слишком толстый или неправильно расположен
• Загрязнение чувствительных частей, например граней лазерных диодов, контактов разъемов и механических переключателей, а также узлов MEMS
• Ухудшение электрических свойств печатных плат, поскольку температуры пайки превышают температуру стеклования материала платы, и компоненты флюса (например, гликоли или ионы хлора и бромида) могут диффундировать в его матрицу; например, было продемонстрировано, что водорастворимые флюсы, содержащие полиэтиленгликоль, оказывают такое воздействие ^[12]
• Ухудшение работы высокочастотной цепи из-за остатков флюса
• Ухудшение поверхностного сопротивления изоляции , которое, как правило, на три порядка ниже, чем объемное сопротивление материала.
• Электромиграция и рост усов между близлежащими следами, чему способствуют ионные остатки, поверхностная влажность и напряжение смещения
• Пары, выделяющиеся во время пайки, оказывают вредное воздействие на здоровье, а летучие органические соединения могут 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 [ править ]

Типы кислотных флюсов (не используемые в электронике) могут содержать соляную кислоту , хлорид цинка или 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 профессиональную астму (ранее называемую в данном контексте колофонической болезнью ^[13] ) у чувствительных людей, хотя неизвестно, какой компонент паров 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 похож на расплавленный горячий клей .

Беспотоковые методы [ править ]

В некоторых случаях присутствие флюса нежелательно; следы магнитного потока мешают, например, прецизионной оптике или сборкам MEMS . Остатки флюса также имеют тенденцию выделяться в вакууме и в космосе, а следы воды, ионов и органических соединений могут отрицательно сказаться на долговременной надежности 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 с флюсовым покрытием 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; Необходимо использовать физические или химические методы очистки, а поверхности можно защитить, например, путем позолоты. 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 интерметаллиды , охрупчивая соединение. 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-Cu ₁ и Sn-Ag ₄ требуют перегрева на 18-19 ° C, Sn-Sb ₅ требует всего 10 ° C, а Sn-Pb ₃₇Для 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 припоя предпочтительно должны иметь высокое отношение объема к поверхности, поскольку 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, химическими или электрохимическими способами.

В некоторых случаях может быть полезной защитная атмосфера с химически восстанавливающими свойствами. Молекулярный водород можно использовать 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. Чаще всего используются пары муравьиной кислоты и уксусной кислоты . Окись углерода и галогеновые газы (например, тетрафторид углерода , гексафторид серы или дихлордифторметан ) требуют достаточно высоких температур в течение нескольких минут, чтобы быть эффективными.

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 для припоя или в волне для пайки волной . Разрушение и удаление оксидов связано с эффектами кавитации 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 [ редактировать ]

Пайка [ править ]

При пайке металлов флюс служит трем целям: он удаляет любой окисленный металл с поверхностей, подлежащих пайке, изолирует воздух, предотвращая дальнейшее окисление, и, облегчая амальгамирование, улучшает характеристики смачивания жидкого припоя. Некоторые флюсы вызывают коррозию , поэтому после пайки детали необходимо очистить влажной губкой или другим абсорбирующим материалом, чтобы предотвратить повреждение. В электронике используется несколько типов флюсов.

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

J-STD-004 характеризует флюс по типу (например, канифоль (RO), смола (RE), органический (OR), неорганический (IN)), его активность (сила флюсования) и надежность остатков от сопротивления поверхностной изоляции ( SIR) и с точки зрения электромиграции , а также от того, содержит ли он галогенидные активаторы.

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

Любая из этих категорий может быть без очистки или без нее, в зависимости от выбранного химического состава и стандарта, требуемого производителем.

После пайки можно использовать различные тесты, включая тест РОЗА , чтобы проверить наличие ионных или других загрязняющих веществ, которые могут вызвать короткое замыкание или другие проблемы.

J-STD-004 включает испытания на электромиграцию и сопротивление поверхностной изоляции (которое должно быть более 100 МОм через 168 часов при повышенной температуре и влажности с приложенным смещением постоянного тока).

Пайка и серебряная пайка [ править ]

Пайка (иногда известная как серебряная пайка или пайка твердым припоем ) требует гораздо более высокой температуры, чем пайка мягким припоем, иногда более 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 использовалась в качестве флюса для пайки, но сейчас доступно множество различных флюсов, часто с использованием активных химикатов, таких как фториды ^[18], а также смачивающих агентов. Многие из этих химикатов токсичны, и при их использовании следует соблюдать осторожность.

Плавка [ править ]

Связанное с этим использование флюса - обозначение материала, добавляемого к содержимому плавильной печи или вагранки с целью очистки металла от примесей и придания шлаку большей жидкости. Флюс, наиболее часто используемый в печах для производства чугуна и стали, - это известняк , в который в правильных пропорциях загружается железо и топливо . Шлак представляет собой жидкую смесь золы , флюса и других примесей.

Восстановление потока [ править ]

В процессе дуговой сварки под флюсом 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 [ править ]

Горячая коррозия может повлиять на газовые турбины, работающие в средах с высоким содержанием соли (например, вблизи 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 расплавлять пассивирующие оксидные слои на металлических компонентах двигателя, позволяя коррозии происходить с повышенной скоростью.

Список флюсов [ править ]

См. Также [ править ]

• Порошковая сварка
• Газовая дуговая сварка металла
• Дуговая сварка защищенным металлом

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме флюсов для пайки .

В Wikisource есть текст статьи Flux из Британской энциклопедии 1911 года .

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