Что такое лужение кратко

Обновлено: 04.07.2024

Лужение — процесс нанесения тонкого слоя металлического олова на поверхность изделия для придания ему необходимых характеристик (электропроводность, коррозионная стойкость, паяемость и др.).

Олово — мягкий металл серебристо-белого цвета. Плотность 7,28 г/см 3 , температура плавления 232°С, атомная масса 118,7 г/моль. В атмосферных условиях, даже в присутствии влаги, олово окисляется медленно. Разбавленные растворы минеральных кислот при комнатной температуре практически не растворяют олово, оно растворяется в концентрированных серной и соляной кислотах при нагревании. В растворах едкой щелочи олово неустойчиво и при нагревании растворяется с образованием станнатов. С органическими кислотами олово образует комплексные соединения, причем потенциал олова становится более отрицательным, чем потенциал железа, т.е. олово становится анодным покрытием.

Коррозионная стойкость олова в зависимости от рН приведена на рисунке 1. Видно, что олово наиболее устойчиво в диапазне рН от 6 до 9.

Рисунок 1 — Зависимость скорости коррозии олова от величины рН среды.

Висмут — в нормальных условиях блестящий серебристо-белый металл. Плотность 9,747 г/см³ температура плавления 271,35 °C, атомная масса 208,98 г/моль. В соединениях висмут проявляет степени окисления -3, +1, +2, +3, +4, +5. При комнатной температуре в среде сухого воздуха не окисляется, но в среде влажного воздуха покрывается тонкой плёнкой оксида. С металлами способен образовывать интерметаллиды - висмутиды.

Олово-висмутовое покрытие нашло самое широкое применение в радиоэлектронике и электротехнике. Чаще всего оловом покрываются токоведущие медные и алюминиевые шины, электроконтакты, корпуса приборов, крепеж из нержавеющей стали, контактирующий с алюминием (рисунок 2,3).

Рисунок 2 — Примеры оловянированных медных шин.

Рисунок 3 — Примеры оловянированных корпусных деталей.

Обозначение

О - покрытие чистым оловом (лужение);

О-Ви - покрытие сплавом олово-висмут;

О-Ви.б - покрытие сплавом олово-висмут с требованием по блеску;

О-Ви(99,7-99,8)12.б - покрытие сплавом олово-висмут с содержанием олова 99,7-99,8%, требованием по блеску и толщиной 12мкм.

3-100мкм (возможна и большая толщина)

Микротвердость

Удельное электрическое сопротивление при 18 о C

Допустимая рабочая температура

Допустимое содержание висмута в сплаве О-Ви

Чисто оловянные покрытия просты в получении, но имеют ряд существенных недостатков:

(более подробно о некоторых из них написано в статье)

• При хранении оловянных покрытий характерен рост на их поверхности нитевидных кристаллов, длина которых может достигать величины 5-10 мм (рисунок 4). Нитевидные кристаллы вызывают короткие замыкания при эксплуатации плотно расположенной электрорадиотехнической аппаратуры. Причины возникновения подобных несовершенств покрытия еще недостаточно изучены. Установлено, что на образование усов в значительной степени влияет материал катода. Основной причиной считается наличие внутренних напряжений сжатия в покрытии, которые возникают под влиянием осаждения некоторых примесей, инородных включений, диффузии компонентов основы в покрытие, напряжений в материале основы. На оловянном покрытии, нанесенном на латунь, медь и цинк нитевидные кристаллы появляются чаще и растут быстрее, чем на стальной основе. Применение никелевого подслоя тормозит этот процесс.

Рисунок 4 — "Усы" на олове.

Рисунок 5 — Оловянный стержень, пораженный "оловянной чумой".

• Чисто оловянные покрытия имеют очень короткий срок эксплуатации в качестве покрытия под пайку. Практика показывает, что паяемость оловянного покрытия иногда ухудшается в течение 2-3 суток. Неблагоприятно сказывается значительная пористость покрытия, наличие в покрытии примесей некоторых металлов, которые включаются в процессе электрокристаллизации или в результате диффузии компонентов металла основы, например цинка из латуни. Так же паяемость луженой поверхности может уменьшаться вследствие образования на границе медь-олово интерметаллических соединений типа Cu₃Sn, Cu₆Sn₅, которые при толщине меньше 3 мкм теряют пластичность.

Все эти недостатки устраняются при введении в олово висмута.

Диаграмма состояния сплава олово-всимут приведена на рисунке 6. Однако, стоит заметить, что гальванические сплавы олово-висмут легируются висмутом всего на десятые доли процента - этого уже достаточно для модификации свойств покрытия.

Рисунок 6 — Диаграмма состояния олово-висмут.

Для осаждения олова и его сплавов используют различные по природе электролиты, основными являются кислые и щелочные.

2. Механизм лужения и структура покрытия.

2.1 Осаждение индивидуального олова из сернокислого электролита без ПАВ.

К кислым электролитам оловянирования относятся сульфатные, пирофосфатные, фенолсульфоновые, борфтористоводородные и др.

Самым популярным является сульфатный, состоящий из сульфата олова (II) и серной кислоты. Также могут вводиться добавки коллоидов и поверхностно — активных веществ. Общей чертой всех кислых ванн является то, что ионы Sn 4+ всегда являются вредной примесью.

Сульфатная ванна может работать на достаточно высоких плотностях тока с выходом по току 80-90 %.

Серную кислоту вводят в электролит для снижения гидролиза оловянных солей, а также для предотвращения окисления двухвалентного олова в четырехвалентное и образования шероховатых осадков. При отсутствии органических веществ в кислых электролитах невозможно получить приемлемые осадки олова из-за образования крупных кристаллов и усиленного роста дендритов на краях деталей.

При отсутствии добавок в сульфатном электролите катодная поляризация весьма незначительна (рисунок 7).

Рисунок 7 — Катодная поляризационная кривая осаждения олова из сернокислого электролита без добавок при скорости развертки 1 мВ/сек.

По рисунку 7 кривую восстановления олова можно разделить на четыре части.

В области AB плотность тока близка к нулю, реакции нет. На области BC плотность тока возрастает от 0 до 39,8 мА/см 2 , что соответствует процессу восстановления олова. Участок CD характеризует площадку предельного диффузионного тока, которая начинается с некторой "просадки". Она объясняется тем, что на участке CD диффузия ионов олова из объема электролита к поверхности катода становится недостаточной. В области DE плотность тока увеличивается резко выше -0,46 В, что указывает на начало выделения водорода по реакции:

Исходя из результатов циклической вольтамперометрии (рисунок 8) восстановление олова из сернокислого электролита протекает в одну стадию (один пик восстановления а):

Электроосаждение олова начинается при потенциале зарождения -0,43 В. При развертке в обратном направлении наблюдается один пик окисления а' при -0,36 В. Это подтверждает одностадийность и анодного процесса.

Рисунок 8 — Циклическая вольт-амперограмма осаждения олова из сернокислого электролита без добавок при скорости развертки 10 мВ/сек.

По результатам электрохимической импедансной спектроскопии в ванне сернокислого оловянирования без добавок при -0,43В (рисунок 9) можно заключить, что восстановление олова контролируется и кинетически и диффузионно, так как импеданс Варбурга происходит в низкочастотном диапазоне.

Рисунок 9 — Результаты электрохимической импедансной спектроскопии в ванне сернокислого оловянирования без добавок при -0,43В.

Следует заметить, что в сульфатном растворе происходит окисление двухвалентного олова с последующим гидролизом:

Изменение концентрации сульфата олова в пределах 30-60 г/л не сказывается заметно на характере катодного процесса. Пониженная концентрация сульфата олова снижает максимальный предел рабочей плотности тока. При повышенном содержании сульфата олова аноды склонны к пассивированию.

Серная кислота повышает электропроводность электролита, предохраняет электролит от гидролиза и появления шероховатости на осадках. Концентрация серной кислоты может колебаться в пределах от 20 до 100 г/л. При малых концентрациях кислоты увеличивается опасность гидролиза и окисления сульфата олова, слишком большая ее концентрация приводит к снижению выхода но току, быстрому разрушению коллоидных добавок и пассивированию анодов.

Режим электролиза плотность тока и температура - в значительной степени влияет на качество осадков. При малых плотностях получаются осадки с крупнокристаллической структурой, отличающиеся повышенной пористостью. Чрезмерно высокая плотность тока приводит к тому, что осадки становятся шероховатыми, на краях растут дендриты. Для тонких покрытий (около 1-2 мкм) допустимы большие плотности, чем для толстых покрытий. Повышение температуры в период работы с сульфатными электролитами приводит к снижению катодной поляризации, уменьшению рассеивающей способности, ухудшению качества осадков.

Структура олова, полученного из сульфатной ванны без ПАВ стержневидная (рисунок 10).

Рисунок 10 — Микроизбражения осадков олова (SEM), полученных из сернокислого электролита без добавок при плотности тока 30 мА/см 2 и температуре 25 о С.

2.2 О саждение индивидуального олова из сернокислого электролита с введением ПАВ.

Блестящие покрытия менее пористы и дольше сохраняют способность к пайке, поэтому даже при осаждении сплава олово-висмут им отдают предпочтение.

Введение в электролит ПАВ всегда увеличивает катодную поляризацию. Так, при добавлении крезолсульфоновой кислоты или смеси со столярным клеем катодная поляризация достигает 500-600 мВ. На рисунке 11 показаны примеры катодных кривых осаждения олова из сульфатного электролита при введении трех разных ПАВ, а на рисунке 12 - при введении этих ПАВ в смеси друг с другом.

Рисунок 11 — Катодные поляризационная кривые осаждения олова из сернокислого электролита с тремя различными ПАВ.

Рисунок 12 — Катодные поляризационные кривые осаждения олова из сернокислого электролита без ПАВ и со смешанными ПАВ.

Сульфатные электролиты оловянирования с добавкой ПАВ отличаются сравнительно высокой рассеивающей способностью, приближающейся к рассеивающей способности медных цианистых электролитов. Выход по току сульфатных оловянных электролитов с ПАВ равен примерно 90-98 %.

Структура осадков олова при введении ПАВ в электролиты выравнивается, зерно измельчается (рисунок 13). Это свидетельствует об увеличении скорости зарождения зерен и торможении скорости их роста, что вполне закономерно.

Рисунок 13 — Микроизображения осадков олова (SEM), полученных из сернокислого электролита с примененим смешанных ПАВ при плотности тока 30 мА/см 2 и температуре 25 о С.

Результаты рентгено-структурного анализа оловянного покрытия, полученного из электролита со смешанными ПАВ приведены на рисунке 14.

Рисунок 14 — Рентгенограмма олова, полученного из сернокислого электролита со смешанными ПАВ.

Разница в интенсивности дифракционного отражения граней кристаллов между покрытием и стандартным оловом с объемно-центрированной кубической решеткой приведена в таблице ниже.

Олово – химически устойчивый элемент. Во влажной воздушной среде олово не окисляется, для него характерна слабая реакция с растворами кислот (серной, соляной, азотной). Продукты его коррозии безопасны для человека. Покрытия, содержащие олово, обладают пластичностью, выдерживают механические воздействия, обладают защитными свойствами.

Лужение — это технология нанесения на поверхность изделий и деталей тонкого слоя олова. Лужение выполняет две функции:

Защита от коррозии.
Подготовка поверхности к пайке. Поверхности, покрытые полудой, лучше смачиваются при пайке припоем.

Особенно актуально лужение для медных проводов. Меди свойственно быстрое окисление на воздухе, что является причиной нарушения соединения контактов. А это, в свою очередь, приводит к перегреву и возгоранию электропроводки. Поэтому перед пайкой зачищенные жилы проводов лудят.

Нанесение защитных металлических покрытий, в том числе из олова, применяется в приборо- и машиностроении. Информация об операции лужения отражается на чертеже детали. Правила обозначения на чертеже сведений о толщине покрытия, технологии лужения регламентируются ГОСТами:

ГОСТ 9.306-85;
ГОСТ 3.1704-81;
ГОСТ 2.310-68.

Применение технологии

При лужении применяется олово или сплавы на его основе.

Оловянное покрытие применяется для:

нанесения на латунные детали, которые подвергаются пайке;
защиты поверхностей стальных изделий при азотировании;
отделения металлических изделий способом нанесения слоя олова при сопряжении медных поверхностей со стальными или алюминиевыми с целью выравнивания электродных потенциалов;
защиты от воздействия серы, содержащейся в изоляционном слое резины необходимо лудить кабель;
нанесения коррозионностойкого покрытия на жесть, которая используется для изготовления консервной тары;
защиты различных металлических изделий от появления ржавчины.

Оловянно-свинцовое покрытие (ПОС) используется в случае:

подготовки радиодеталей к пайке и защиты их от коррозии;
лужения проводов с целью улучшения способности к пайке.

Рекомендуемая толщина слоя полуды приведена в таблице.

Назначение	Толщина, мкм
Защита стальных деталей:
от коррозии	21-24
при азотировании	9-12
при гуммировании	12-15
Улучшение способности к пайке:
пружинящие детали	3-9
стальные детали	6-15
детали из меди и медных сплавов	3-9
детали из алюминия и его сплавов	6-15

Методы лужения

Технология лужения реализовывается путем плавления припоя, смачивания поверхности припоем и его дальнейшей кристаллизации на поверхности. Согласно ГОСТ 17325-79 под припоем следует понимать материал с более низкой температурой плавления по сравнению материалом, из которого сделана деталь. Лужение меди, алюминия и стали осуществляется оловом. Для справки в таблице приведены температуры плавления этих металлов.

Металл	Температура плавления, градусы Цельсия
Олово	232
Алюминий	660
Медь	1085
Сталь	1300-1500

Существуют два вида лужения:

лужение методом натирания;
лужение методом погружения.

Гальваническая технология

Процесс базируется на использовании электрического тока и протекании электрохимических реакций. Лужение происходит методом погружения деталей в ванну со щелочным или кислым электролитом.

Основные достоинства гальванического нанесения полуды:

обеспечение прочного сцепления полуды с металлической поверхностью;
равномерность наносимого слоя;
возможность контроля толщины покрытия, в том числе на изделиях сложной формы;
получение слоя с низкой пористостью;
экономное расходование полуды и припоя.

Основной недостаток заключается в высокой стоимости, обусловленной потреблением электрического тока. Этот процесс требует специального оборудования и высокой квалификации исполнителя. Лужение с использованием электролита связано со сложностью приготовления раствора. В ходе процесса должен вестись постоянный контроль концентрации щелочи или кислоты в электролите, а также состояния анодов и поверхности ванны.

При выполнении отдельных работ в радио- и электротехнике возникает необходимость лудить перед пайкой медные поверхности плат. Наиболее простой способ – химическое лужение.

Это гальваническая технология. Суть ее заключается в том, что в ходе протекания электрохимической реакции, ионы меди на поверхности замещаются ионами олова из оловосодержащего раствора. Чтобы осуществить такое лужение в домашних условиях понадобится паяльная ванна для лужения (лудилка). Ванны доступные по цене, компактные (диаметром около 80 мм, глубиной 35-40 мм), мощностью 150-300 Вт. Их можно применять для подготовки к пайке медных плат путем их погружения в припой, для нанесения полуды на электронные компоненты, для демонтажа радиоэлектронных элементов.

Раствор при гальванической обработке

Для лужения применяется два вида электролитов:

кислые, содержат олово в форме Sn 2+ ;
щелочные, олово содержится в виде аниона SnO₈ 2- .

Из-за того, что в этих электролитах олово имеет разную валентность, отличаются скорости его осаждения. В щелочном электролите олово осаждается в два раза медленнее, чем в кислом.

Из кислых электролитов наибольшее распространение получили:

хлоридный;
борфтористоводородный;
сульфатный.

В кислых электролитах должны присутствовать поверхностно-активные вещества (ПАВ). Это могут быть клей, фенол или желатин. Если ПАВ не добавлять, то олово на катоде будет выделяться в виде кристаллов и не образует сплошной слой. Также в них должно быть достаточно свободной кислоты, чтобы подавлять гидролиз солей олова. В противном случае возникнут основные соли олова или труднорастворимые гидраты. Дополнительно для повышения электропроводности в состав раствора надо вводить проводящие соли (например, в сернокислом электролите — это сульфат натрия). Если учесть все эти требования, то можно повысить рассеивающие способности кислого электролита.

Щелочные электролиты имеют лучшую рассеивающую способность. Их целесообразно использовать для лужения некрупных деталей и деталей сложной формы.

Способов приготовления щелочных растворов много. Простым в приготовлении считается электролит, полученный из соли станната натрия. Он не содержит хлор-ионов, что снижает опасность корродирования стальных стенок лудильной ванны. Если при работе ванн возникают неполадки, то их легко устранить корректировкой свойств электролита.

Достоинства и недостатки электролитов приведены в таблице.

· использование для лужения деталей простой формы;

· высокая рассеивающая способность;

· получение плотного не пористого мелкокристаллического покрытия;

· невысокая плотность тока;

Часто применяют метод кислотной пайки медных или алюминиевых проводов разного сечения. При этом в качестве флюса используется паяльная кислота. Благодаря ей создается надежное соединение металла и припоя, снимаются с поверхности изделий налеты и окислы. Самая распространенная кислота – водный раствор хлорида цинка.

При необходимости заменить паяльную кислоту можно:

аспирином, растворенным в воде (1 таблетка на стакан воды);
концентрированной уксусной или лимонной кислотой;
концентрированной соляной кислотой (не подходит для пайки тонких деталей, так как может их повредить);
паяльным жиром;
ортофосфорной кислотой.

Горячее лужение

Горячее лужение может осуществляться одним из двух способов.

подготовить деталь;
погрузить ее в емкость с раствором хлористого цинка;
клещами вынуть деталь из емкости;
не удаляя с поверхности слой хлористого цинка, переместить в ванну с расплавом олова;
выдержать деталь в ванне пока она не прогреется до 270-300 градусов;
вынуть изделие из лудильной ванны, встряхиванием удалить лишнюю полуду;
дать остыть;
для удаления хлористого цинка промыть деталь в растворе извести или в воде;
просушить в опилках.

покрыть поверхность флюсом;
перенести на поверхность немного припоя;
прогреть поверхность паяльником;
передвигая паяльник в разных направлениях выровнять толщину слоя полуды.

Для равномерного нагрева поверхности паяльник надо держать так, чтобы он прилегал к ней и концом, и рабочей боковой гранью.

Если нанести полуду требуется на крупные детали простой формы, то можно использовать другой метод:

предварительно подготовить изделие (очистить поверхность, промыть, протравить);
нанести на поверхность хлористый цинк, прогреть его паяльной лампой до закипания;
после закипания посыпать поверхность припоем, дождаться его расплавления;
насыпать на поверхность порошковый нашатырь;
растереть жидкое олово по поверхности с помощью щетки или холщовой ветоши, удаляя при этом излишнюю полуду;
дать детали остыть;
протереть влажным песком, после промыть водой, высушить.

В случае некачественной подготовки поверхности изделия, толщина слоя олова может различаться, в некоторых местах слой может не припаяться. Тогда это место следует зачистить напильником, подогреть и повторить лужение.

Материалы и инструменты

Материалами служат олово и флюсы.

Олово и сплавы.
При лужении используется олово марки 01 (Sn 99,1 %, примеси 0,1 %) и марки 02 (Sn 99,5 %, примеси 0,5 %). Чистое олово служит основой защитного покрытия для посуды.В качестве припоя при пайке олово не применяется, потому что при низкой температуре оно становится хрупкими. Долговечность обеспечивается добавлением к олову других компонентов, в основном свинца. Используются сплавы олова со свинцом: ПОС-18, ПОС-30, ПОС-50, ПОС-90. Цифра в обозначении показывает содержание олова в процентах.
Флюсы.
Облегчают очистку поверхностей от загрязнений, жиров и окислов, снижают температуру плавления. Самые распространенные флюсы – нашатырь (хлористый аммоний) и паяльная кислота (хлористый цинк). Часто при паянии меди и сталей используется их смесь.

В качестве инструментов применяются:

измерительные приборы (линейка, рулетки, штангенциркуль);
лудильные клещи для поддерживания и перемещения деталей;
шаберы для соскабливания загрязнений с покрываемых поверхностей;
кисти для нанесения смазки и очистки поверхностей;
паяльные лампы для нагрева изделий перед нанесением полуды.

Выбор технологической оснастки определяется методом лужения и пайки. Применяется вспомогательное и основное оборудование:

Ванны для гальванического лужения:
- стационарные;
- вращающиеся ванны-колоколы.
Лудильные аппараты и установки.
Это сложные системы, состоящие из последовательно соединенных ванн для подготовки и лужения. Обычно они помещаются в кожух, оснащенный аспирационными зонтами, что улучшает условия труда.
Верстаки для лужения и выполнения вспомогательных работ. Подготовка изделий

Качество подготовки поверхности детали к лужению определяет прочность ее сцепления с покрытием. Метод подготовки зависит от состояния поверхности.

Обработка щетками.
Этот метод используется, если на поверхности изделия есть окалина или сильные загрязнения. Перед обработкой изделие рекомендуется тщательно вымыть. Для лучшего эффекта можно использовать абразивное вещество: песок, известь, пемзу.
Шлифование.
Так подготавливаются поверхности, имеющие неровности. При шлифовании можно воспользоваться абразивным кругом или наждачной бумагой.
Химическое обезжиривание.
Проводится специальными растворами: 5-10 % раствор едкого натра, 10-15 % раствор углекислого натрия; 10-15 % раствор фосфорнокислого натрия. Их необходимо подогреть до 60-80 градусов. Могут использоваться растворители жира: венская известь, бензин, керосин. При использовании бензина и керосина следует учитывать, что они взрыво- и пожароопасные.После удаления жира изделия следует промыть водой. Определить, удален жир с поверхности или нет, можно визуально. Если вода равномерно растекается по поверхности изделия, а не собирается на ней каплями, то поверхность обезжирена.

После подготовки можно проводить лужение деталей.

Правила безопасности труда при лужении

Основные правила безопасного проведения лужения металла:

К работам допускаются совершеннолетние лица, обученные и прошедшие инструктаж по безопасности.
В ходе работ могут возникнуть такие вредные и опасные факторы, как выделение паров, разбрызгивание флюсов и припоев, повышенная температура, может повыситься взрыво- и пожароопасность среды. Поэтому работники обеспечиваются респираторами, спецодеждой, защитными очками.
В помещениях необходима общеобменная и местная вентиляция. Освещенность должна соответствовать категории выполняемых работ.
Выполнение работ разрешается только при наличии исправного инструмента и оснастки, а также качественных материалов.

При лужении в домашних условиях обязательно выполнять такие требования:

Не вдыхать пары нашатыря и кислот. При возможности использовать респиратор.
Избегать попадания кислот на одежду и кожу.
Работать в защитных перчатках.
Для работы с нагретыми элементами пользоваться клещами.

Таким образом, лужение – доступный способ защитить металлические изделия от коррозии или подготовить их к пайке. Несмотря на затратность и трудоемкость, выполнение операций лужения доступно в домашних условиях.

Лужение – это нанесение тонного слоя олова или его сплава на поверхность металлического изделия. Специалисты этот слой называют полудой. Лужение металла используется сегодня во многих отраслях промышленности: в радиотехнике, электротехнике, машиностроении и авиационной промышленности.

Жало паяльника лудят, чтобы он хорошо удерживал припой и не окислялся. Основное требование к процессу – это плотное и тонкое покрытие оловом, которое является защитным слоем для металла в борьбе с коррозией. Существуют две технологии лужения металлов: горячее и гальваническое.

Горячие технологии

Горячее лужение проводится двумя методами: погружением и растиранием. В первом случае изделие из металла погружают в ванну с расплавленным оловом. Во втором сплав наносится на плоскость изделия и паклей растирается по ней тонким слоем.

Эти способы известны давно, технологии отработаны до мелочей. Они просты и не требуют наличия сложного оборудования, приспособлений и инструментов.

Когда говорят о лужении и пайке, то зачастую имеют в виду именно горячий метод. Но есть у этой технологии и свои минусы. Во-первых, это неравномерно распределяемое олово по поверхности изделий из металла.

Особенно это касается способа погружения. Перепады одной плоскости могут оказаться значительными, особенно, если изделие имеет сложную конструкцию. Поэтому их приходится дорабатывать.

Если производится лужение металла с отверстиями небольшого диаметра или с мелкой нарезкой, то горячий вариант здесь не подойдет.

И третий недостаток горячего лужения – это сложность удаления загрязнений, которые образуются внутри сплава и остаются внутри полуды. Эти примеси приходят с припоем, поэтому очень важно использовать оловянный сплав высокой чистоты.

Гальваническая технология

Гальванический вариант облуживания делится также на два способа: в щелочных и кислых электролитах. Название говорит о том, что процесс нанесения олова основан на использовании электрического тока.

Отсюда и затратность процесса. Но именно эта технология гарантирует прочное сцепление наносимого сплава с металлической поверхностью. Есть и другие положительные стороны:

оловянный слой получается ровным и равномерным;
можно задавать необходимую толщину покрытия, даже на самых сложных конструкциях из металла;
низкая пористость покрываемого слоя;
экономия оловянного припоя.

Обычно изделия со сложными формами облуживают с помощью щелочных электролитов, потому что этот вариант лужения обладает большой кроющей и рассеивающей способностью.

К недостаткам гальванической технологии лужения относится то, что этот способ сложный. Проводить его могут работники с высокой квалификацией, а это затраты по зарплате. То есть, залудить металл этим способом в домашних условиях нельзя. К тому же для проведения процесса необходимы специальные ванны.

Если говорить о технологии лужения со щелочными электролитами, то сам раствор является нестабильным, его сложно готовить, и придется все время контролировать концентрацию щелочи и качественное состояние анодов.

Подготовка изделий

Чем чище будет поверхность металла, тем прочнее к ней прикрепится припой. Поэтому в зависимости от требований к самой заготовке используются разные способы подготовки к лужению металла.

Первый способ – это очистка поверхности металла щетками. Обычно таким инструментом снимается окалина и ржавчина. Сначала изделие промывается водой, а затем щеткой вычищается. Нередко на этой стадии применяют известь, песок, пемзу.

Следующий способ подготовки к лужению заключается в шлифовании металла шкурками и дисками. Этот этап является доработкой изделия, то есть, доведение его поверхности до максимальной ровности.

Применяют обезжиривание с помощью натриевых составов: едкий натр – 10-15%, фосфорнокислый натрий – 10-15%, углекислый натрий – 10-15%-ный раствор. Добавим, что химические растворы перед использованием надо нагреть до 50-80С.

Применяют также травление. Для этого используют серную кислоту.

Особенности растирания и погружения

Технология лужения растиранием в своей основе содержит такой процесс, когда припой наносится на металлическое изделие и растирается паклей. При этом используется флюс в виде нашатыря и хлористого цинка. Вот последовательность операций:

хлористый цинк наносится на металл и нагревается паяльной лампой;
когда он закипит, в него вносится припой, который расплавляется;
сверху посыпается нашатырь в виде порошка;
затем паклей жидкое олово растирается по поверхности металлического изделия.

Для способа погружения используют лудильные ванны, в которых олово нагревается до +300 ℃. В расплавленный сплав опускается изделие из металла, которое покрывается слоем припоя.

При этом, чем дольше оно лежит в ванне, тем толще слой олова на нем осядет. Когда проводят лужение паяльника, то вначале нагревают его, затем погружают в канифоль, и только потом расплавляют им маленький кусочек олова, тем самым обеспечивая покрытие.

Раствор при гальванической обработке

В принципе, обе технологии лужения (со щелочными и с кислыми электролитами) отличаются друг от друга присутствием в электролитной ванне щелочного или кислотного раствора. Сам же процесс налипания олова у них одинаковый, и происходит он при помощи электрического тока.

В состав кислотных растворов входит сернокислое олово, серная кислота, вещества кипиллярно-активного типа (это фенол или крезол), коллоидные вещества (клей, никотин, желатин или схожие с ними вещества).

Очень важно точно соблюсти пропорции основных компонентов: сернокислое олово – 65 г/л, серная кислота – 100 г/л.

Что касается щелочных растворов для лужения металлов, то их разнообразие не определяется одной рецептурой. Поэтому состав растворов разный. В одних используется хлористое олово, в других оловянно-кислый натрий, в третьих двухлористое олово.

То же самое касается и растворителей. Здесь и едкий нарт, и уксуснокислый натрий, и едкое кали. Можно из расчета наличия тех или иных компонентов подобрать свою рецептуру раствора.

При этом в каждой обязательно будут свои концентрации веществ. Конечно, под каждую рецептуру подбирается плотность тока и температура нагрева раствора в ванне.

Лужение, как защитный процесс металлов от коррозии, один из самых востребованных. Он не очень дешевый, но эффективный по сравнению со многими технологиями. Поэтому его часто применяют в разных производствах.

Пайкой называют процесс соединения двух металлических частей с помощью расплавленного металла или сплава, называемого припоем и имеющего более низкую температуру плавления, чем соединяемые части. Пайку применяют для создания неразъемных соединений деталей из стали, цветных металлов и их сплавов, а также их сочетаний. Пайка распространена при выполнении электромонтажных работ, монтаже контрольно-измерительной аппаратуры, радио7 и электроприборов, изготовлении сосудов, радиаторов, твердосплавного режущего инструмента и т.п.

Процесс пайки состоит из прогрева спаиваемых частей до температуры плавления припоя, расплавления последнего, растекания и заполнения зазоров под действием капиллярных сил, диффундирования в металл с последующей кристаллизацией в паяном шве. При этом соединение деталей достигается без расплавления их кромок в результате смачивания поверхностей более легкоплавкими жидкими металлами.

Очистку поверхностей перед пайкой от окалины, оксидов, грязи и жира проводят с помощью напильников, металлических щеток, шаберов и химическими способами (травлением). После травления детали промывают и сушат. Обезжиривание осуществляют протиркой поверхности бензином, ацетоном, растворителем. Перед пайкой детали плотно подгоняют одну к другой, используя струбцины или другие приспособления.

При нагреве деталей, соединяемых пайкой, их поверхности окисляются. Для удаления оксидной пленки применяют паяльные флюсы и травильные вещества, которые растворяют оксиды, образуют легко удаляемые шлаки, способствуют лучшему смачиванию спаиваемых поверхностей расплавленным припоем и затеканию его в зазоры. При пайке деталей из стали, бронзы и латуни используют хлористый цинк, деталей из латуни — нашатырный спирт, деталей из цинка и чугуна — соляную кислоту. После травления соляной кислотой деталь промывают в содовом растворе, а затем в чистой воде. Хлористый цинк (травленая соляная кислота) представляет собой смесь из 50 % соляной кислоты и 50 % воды, в которую добавлены небольшие кусочки и стружка цинка. Чтобы хлористый цинк был коррозионно-стойким, его разбавляют нашатырным спиртом в количестве, равном 1/3 взятого объема.

По назначению припои подразделяют на мягкие и твердые с температурой плавления соответственно 180…300 и 700…1000 °С. Мягкие припои состоят в основном из свинцово-оловянных сплавов с σ_в = 28…47 МПа. Кроме высокой температуры плавления твердые припои характеризуются более высокими механическими свойствами; временно’е сопротивление разрыву паяных швов 260…300 МПа. Химический состав и область применения твердых припоев приведены в табл. 19–21, а составы флюсов — в табл. 22.

Для нагрева места пайки до рабочей температуры применяют паяльники периодического и непрерывного подогрева, паяльные лампы, газовые горелки, установки ТВЧ.

Таблица 19. Химический состав (ГОСТ 21930–76) и область применения оловянно-свинцовых припоев

Таблица 20. Химический состав (ГОСТ 23137–78) и область применения медно-цинковых припоев

Таблица 21. Химический состав (ГОСТ 19738–74) и область применения серебряных припоев

сплавов цветных металлов,

Таблица 22. Составы флюсов

Паяльники периодического подогрева молоткового и торцового типов изготовляют из красной меди как наиболее теплопроводной. Такой паяльник периодически подогревают паяльной лампой, газовой горелкой или в горне. К паяльникам непрерывного подогрева относятся электрические паяльники, позволяющие осуществлять пайку непрерывно; температура их рабочей части достигает 400 °С. Паяльная лампа дает возможность нагревать изделие до 700…900 °С.

Пайку низкотемпературными припоями используют для создания герметичного шва, а также соединения деталей, не требующего большой прочности. Пайку проводят следующим образом.

Поверхность очищают от грязи и коррозии шабером, напильником или надфилем до металлического блеска. Шлифовальную шкурку не применяют, так как содержащийся в ней клей загрязняет поверхность пайки. Поверхность подгоняют до плотного соединения путем гибки, правки и опиливания. Кисточкой наносят тонкий слой жидкого флюса. Твердый флюс (канифоль) наносят на поверхность, предварительно нагретую паяльником. Деталь при пайке должна быть расположена швом вверх. Как только место прикосновения паяльником прогреется и припой растечется, медленно и равномерно перемещают паяльник без отрыва вдоль шва, давая возможность припою заполнить зазор. Припой наносится тонким и равномерным слоем без пропуска. После окончания пайки выступающие приливы опиливают напильником и поверхность зачищают шкуркой.

Пайку твердыми припоями применяют, когда необходимо получить прочный теплоустойчивый шов. Для пайки твердосплавного инструмента, когда требуется высокая прочность соединения, используют индукционный нагрев и порошковый припой ПАН-21. Место пайки нагревают до температуры плавления припоя, добавляя буру, которая, расплавляясь, способствует лучшему разливу припоя.

Пайку заканчивают, когда припой полностью зальет все места соединения. Охлаждение проводят медленно, не применяя воды. Места пайки очищают от буры, припоя и промывают. Качество пайки проверяют внешним осмотром мест соединения, обращая внимание на отсутствие раковин и пропусков в местах соединения. Прочность шва контролируют легким постукиванием соединенных деталей о металлический предмет.

Лужением называется процесс покрытия поверхностей металлических деталей тонким слоем расплавленного олова или оловянно-свинцовыми сплавами (припоями). Лужение осуществляют для защиты деталей от коррозии и окисления, подготовки поверхностей к пайке легкоплавкими припоями перед заливкой подшипников баббитом. Поверхность очищают от грязи и коррозии механическим или химическим способом. Химическую очистку применяют как для обезжиривания, так и для очистки детали от оксидов.

Лужение проводят натиранием и погружением. После механической зачистки поверхность промывают в кипящем 10 % — ном растворе каустической соды и в воде. Непосредственно перед лужением поверхность покрывают флюсом (хлористым цинком) с помощью кисти, куска войлока или пакли и посыпают порошком нашатыря, затем нагревают до температуры плавления олова или другого сплава, который наносят на поверхность в виде кусочков или порошка. Когда припой от соприкосновения с нагретой поверхностью начнет плавиться, его растирают паклей или холщовой тряпкой, пересыпанной порошком нашатыря. Припой должен распределяться равномерным слоем по всей поверхности. При лужении погружением очищенную и протравленную деталь погружают на 1 мин в ванну с раствором хлористого цинка, затем на 2…3 мин в ванну с расплавленным припоем, после чего деталь извлекают из ванны. Качество лужения проверяют внешним осмотром на равномерность распределения полуды, отсутствие вздутий и т.п.

Читайте также: