Медь и олово что получается

Медь, латунь и алюминий – знаменитая и самая сложная тройка для сварки и любых других металлических работ. Выбор способа их соединения всегда склоняется не в пользу сварки. Самое оптимальное решение – это, конечно, пайка.

Ее надежность и качество будут зависеть от расходных материалов, которые должны соответствовать определённым требованиям.

В дополнение к этом не будем забывать, что качественные материалы не бывают дешевыми, так что будем готовиться к определённым затратам как денег, так и других ресурсов в виде усилий, времени и мастерства.

Не так уж она и отличается от соединения других металлов по своей технологии. Например, наш процесс — пайка меди и стали. Мы никуда не денемся от тщательной очистки поверхности от главного врага хороших швов – окисной пленки. Мы будем использовать флюсовую смесь для улучшения процесса пайки.

Таблица паяльных флюсов.

Между заготовками не забудем оставить зазор адекватно ширины – примерно 0,5 мм. Разогрев металлов нужно проводить также, без каких-либо новых нюансов. При достижении рабочего температурного уровня припой соединяем с деталями.

Затем конструкцию оставлять остывать максимально естественным образом. Вуаля, никаких новостей и секретов хозяйки медной горы. Где технологические нюансы, и о чем статья?

Нюанс, конечно, есть. Имя ему – припой для пайки меди. Все дело в его качестве и природе. Он великолепно подходит для работы как с медными заготовками, так и деталями из ее самых разнообразных сплавов, в которых партнерами выступают железо, никель, фосфор, олово, марганец и другие.

Все многочисленные варианты сплавов и их применения изложены в ГОСТе 52955 – 2008. Если в таких сплавах имеют место окислы, они без проблем убираются – в этом случае проблем при пайке медным припоем практически нет.

Если же «партнерские» металлы имеют свойства образовывать оксиды, с которыми флюсы для пайки меди справляются с трудом или вообще не справляются, то могут возникнуть проблемы.

Если говорить о типе соединений, то в пайке медных труб чаще всего применяется нахлесточный вид шва с шириной нахлеста не меньше 5-ти мм. Это не самый эстетичный вариант металлических соединений, но зато самый прочный и долговечный.

К счастью, в пайке можно формировать швы любой толщины без потреб качества, что никак не получится при сварке с помощью электрода. В зазор между заготовками медно фосфорный припой отлично втягивается, чтобы заполнить все возможные ниши и промежутки с образованием отличной герметичности соединения.

Технологические советы и замечания

Они касаются пайки меди со сталью и другими добавочными металлами:

• Обязательное требование к припою по меди – это его хорошо расплавленное состояние. Это необходимо для полноценного заполнения пространства между соединяемыми поверхностями.
• Смесь должна растечься по абсолютно всей поверхности, следить за этим неукоснительно.
• Флюс используется для удаления оксидной пленки и любых других видов грязи.
• Стоимость данных смесей находится в очень широком диапазоне, это объясняется различными составами и техническими характеристиками их сплавов.

Преимущества пайки

Пайка меди.

Соединение металлов методом пайки – очень популярная технология.

Этому есть серьезные причины:

• Пайка не деформирует детали во время процесса, их форма остается первоначальной.
• Не приходится иметь дела с явлениями коробления и какого-либо внутреннего напряжения.
• Прочность и герметичность сформированного шва.
• Независимость данной технологии и качества швов от различных температурных режимов, включая значительное нагревание.
• Возможность соединения металла с неметаллическими материалами.
• Нетрудное разъединение швов.

Классификация припоев

Припои подразделяются ровно на две категории по следующим параметрам:

• по химическому составу сплава, к примеру, фосфорный припой;
• по высоте температуры плавления;

Логично будет рассматривать виды припоев с точки зрения физических свойств получаемого паяного состава. Главный фактор – характеристики металла и сплава – компаньона.

По этому критерию виды различаются следующим образом:

Низкотемпературный или мягкий вид припоя

Всего 450°С – вот предельно допустимый уровень для температуры плавления в данном виде. Эта особенность сказывается на прочности шва соединения, но не самым критическим образом: она немного ниже, чем у твердых припоев.

Тем не менее, свойства соединяемых материалов не меняются во время процесса, так что прочность в итоге получается вполне приемлемая.

Внутри этого вида также есть свои подвиды исходя из химического состава:

• свинцовые и без свинца;
• свинцово-оловянные сплавы;
• специального назначения и с легким плавлением.

Припой для пайки меди.

Оловянно-медные припои состоят на 97% из олова и лишь на 3% из меди. Это очень популярная смесь, да и стоит она совсем недорого.

Оловянно-серебряные припои по своим свойствам прочнее предыдущих, это самые популярные смеси при пайке отопительных систем. Их долевой состав почти такой же: 95% — олово и 5% — серебро.

Маркировка составов для пайки простая и понятная. Возьмем, к примеру, марки ПОС-18, ПОС-30 и так далее. Цифры обозначают процентное содержание в смеси олова. Смесь ПОС-61 – самый подходящий вариант для работы с медью и латунью, а ПОС-30 универсальнее: помимо меди и латуни, он годится для пайки стальных сплавов и железа.

Высокотемпературный или твердый вид припоя

Понятно, что здесь уровень температуры плавления много выше, которая достигает иногда 800°С. Это придает больше прочности швам, она выше, чем при использовании «мягких» припоев.

По химическому составу твердые сплавы разделяются:

• медно-цинковые;
• медно-фосфорные припои;
• чисто медные, без примесей.

Одно из главных правил эффективного применения медного припоя – это его максимальное соответствие металлу, с которым он будет соединяться в процессе пайки. При этом должно выполняться еще одно требование, чтобы температура плавления сплава была ниже, чем у основного металла.

Это необходимо из-за риска повредить структуру детали из-за основного металла в медных, к примеру, трубках с тонкими стенками.

Твердые марки используются там, где нужны соединения попрочнее. В их составе – сплавы твердой пайки марок BCuP, Bag и пр. Именно от долевого состава разных элементов зависит качество и надежность соединения.

Припои твердого типа делятся на:

Медно-цинковые сплавы относятся к достаточно редким, они прекрасно заменяются другими смесями, содержащими бронзу, латунь или цинк.

Разновидности медных фитингов.

Медно фосфорный припой обладает теми же свойствами и функциями, как и дорогой вариант смеси из чистого серебра для пайки заготовок из бронзы, латуни и пр.

Маркировки здесь немного другие: ПМЦ-36, где буква «П» обозначает «припой», «МЦ» — слова «медно – цинковый», а цифра 36 – процентную доля меди в этом составе.

По критериям универсальности и экономической доступности на первом месте, конечно, медно фосфорные припои. Они применяются в самых разных типах работ, хотя и обладает определенным недостатком. Это недостаточная прочность соединения в условиях низких температур.

Самые крепкие и долговечные соединения получаются при использовании специальных многокомпонентных смесей. Такую же прочность дают и медно-цинковые припои. Самым распространенным составом является такой: 92% — медь, 2% — серебро, 6% — фосфор.

При работе с твердыми марками обязательно применение флюсовых смесей. Вид флюса и его объем нужно подобрать правильно, исходя из технических характеристик.

Следует отметить, что даже небольшие отклонения от стандартов технологии могут привести к серьезным ситуациям вплоть до аварий.

Пара слов о флюсах

Чаще всего применяют следующие флюсовые составы:

• Специальный флюс для работы с алюминием, в котором главным элементом является олово с дополнениями из цинка, кадмия и буры. У цинка и кадмия в этой смеси особая функция: они повышают силу диффузии.
• Так называемая паста – флюс для пайки медных изделий. Это та же флюсовая смесь, только по консистенции она гуще обычных флюсов. Особенности паст-флюсов – их способность усиливать адгезию соединения и минимизирует формирование пузырьков из воздуха.

С алюминием часто работают как в промышленности, так и в домашних условиях. В составе припоя для пайки алюминия обязательно должны присутствовать кремний, цинк, медь и серебро. Сплавы должны быть высокотемпературными.

Как выбирать припой для меди?

Один из самых главных критериев – это уровень температуры плавления. Чем выше этот уровень, тем выше риск повреждения детали из основного металла. Многое будет зависеть от толщины стенки медной трубы.

Если эта стенка толстая, прожечь ее трудно и, следовательно, риск повреждений ниже. В этом случае вполне приемлемо использование твердого типа для меди, у которого достаточно высокий уровень температуры плавления.

• Если же вы работает с тонкостенными трубами, и для них высокая прочность соединения не критична, выбирайте мягкий тип медно-фосфорного припоя с низкой температурой плавления.
• Для пайки пищевой меди существуют специальные сплавы, в которых отсутствуют какие-либо токсичные вещества или ядовитые элементы.

Электролитическое осаждение сплава медь — олово

Совместное выделение на катоде меди и олова в любых соотношениях возможно из щелочноцианистых электролитов. Однако практическое применение в гальванотехнике чаще находят меднооловянные покрытия, содержащие 10—12 и 40—45% Sn.

Покрытия с относительно малым содержанием олова успешно применяют при частичной азотизации стали.

По некоторым данным, подобные покрытия более эффективны с точки зрения предотвращения диффузии азота в сталь, чем медные и оловянные покрытия такой же толщины. В качестве самостоятельных покрытий медно-оловянные сплавы могут выполнять функции твердых припоев.

Внешний вид бронзовых покрытий зависит от их состава: при 3% Sn они не отличаются от медных, при 12—15% Sn имеют золотисто-желтый цвет, а при 22,5% Sn становятся белыми.

Матовые бронзовые покрытия могут быть легко отполированы до блеска, а в присутствии блескообразователей получаются блестящими непосредственно из ванн и после нанесения бесцветного лака могут служить для декоративных целей.

В практике бронзовые покрытия используют иногда для замены меди и в особенности никеля при защитно-декоративном хромировании. Интерес к ним в этой области возрос в последние годы в связи с увеличением потребления никеля и его сплавов для разнообразных целей и стремлением заменить никель другими металлами.

В 1953 г. выполнено детальное исследование по замене или экономии никеля при защитно-декоративном хромировании и сделан вывод, что наиболее подходящей заменой является меднооловянистая бронза. К такому же выводу пришли Британская исследовательская ассоциация нежелезных металлов и другая британская группа.

Меднооловянные покрытия с содержанием олова 10—12% сохраняют пластичность в слоях большой толщины (1 мм и больше) при хорошем сцеплении с основным металлом. Электролиты устойчивы в эксплуатации, легко контролируются и корректируются.

Комбинация бронза — никель — хром превосходит наиболее широко распространенную для защитно-декоративных целей комбинацию медь — никель — хром.

С экономической точки зрения вполне целесообразна замена 10—15 мкм никеля на 2,5 мкм олова (при толщине бронзы 25 мкм и содержании в ней 10% Sn), не говоря уже о том, что применение легкополируемой бронзы экономит много рабочей силы, полировочных материалов и электроэнергии.

Оптимальный состав так называемой белой бронзы соответствует 45% Sn и 55% Cu. В полированном виде такое покрытие напоминает серебряное; оно хорошо ведет себя в закрытых помещениях и успешно применяется для отделки столовых приборов, ванной арматуры, пепельниц и тому подобных изделий. В наружной атмосфере белая бронза плохо сопротивляется коррозии — тускнеет под действием промышленных газов.

Стандартные потенциалы меди и олова различаются почти на 0,5 В. Для совместного выделения на катоде необходимо сблизить значения их равновесных и катодных потенциалов. Это достигается подбором таких комплексообразователей, в которых активность ионов меди (более благородного металла) уменьшается в большей степени, чем активность ионов олова.

Наиболее эффективным комплексообразователем для меди является цианид, который может сдвинуть потенциал меди в сторону электроотрицательных значений больше чем на 1 В. Олово с цианидом не образует комплексных ионов; широко известны щелочные комплексы олова — станнаты и станниты.

Выделение на катоде меди из цианистых электролитов и олова из щелочных электролитов сопровождается большой катодной поляризацией, в результате которой катодные потенциалы этих металлов настолько сближаются, что совместное электроосаждение их возможно в широких интервалах плотностей тока, начиная с самой незначительной.

Щелочноцианистые электролиты имеют наиболее широкое применение для совместного осаждения на катоде меди и олова в любых соотношениях.

Основными компонентами таких электролитов являются: медноцианистая соль натрия или калия, станнат натрия или калия, свободный цианид, свободный (избыточный) едкий натр или едкое кали; в качестве дополнительного комплексообразователя и в то же время буферирующего агента иногда вводят сегнетову соль.

Станнатноцианистые электролиты получили большое распространение благодаря их преимуществам. Они отличаются хорошей устойчивостью и при плотности тока 4,5 А/дм2 из них за час осаждается слой толщиной 63,5 мкм, т. е. примерно 1 мкм в минуту.

Из этих электролитов можно осаждать слои толщиной 1,0 мм и больше с хорошими механическими показателями.

При одинаковой толщине пористость бронзовых покрытий значительно меньше, чем никелевых, и при толщине 7,6 мкм бронзовые покрытия практически не имеют пор, в связи с чем они хорошо защищают сталь от коррозии.

Состав сплава в сильной степени зависит от относительных концентраций солей осаждающихся металлов.

Для повышения содержания олова в катодном осадке необходимо повысить концентрацию оловянной соли в электролите, однако повышение содержания олова в катодном осадке сильно отстает от повышения относительной концентрации оловянной соли в электролите.

Так, при отношении Cu : Sn в электролите, равном 6,4 :1, отношение Cu: Sn в электроосажденном сплаве равно 24:1, а при отношении Cu : Sn в электролите, равном 1 : 1,4, отношение Cu: Sn в сплаве равно 2,3 : 1, т. е. медь выделяется предпочтительно перед оловом.

Ниже будет показано, что состав сплава зависит также от содержания свободного цианида и щелочи в электролите, от температуры и плотности тока, а также от суммарной концентрации металлов. Приведенные выше соотношения характерны для электролита с суммарной концентрацией Cu+Sn, равной 40 г/л при содержании 15,4 г/л NaCN и 7,5 г/л NaOHсвоб плотности тока 3 А/дм2 и температуре 65° С (рис. 92).

Рис. 93. Влияние концентрации свободного цианида на состав катодного осадка (в электролите 12 г/л Cu, 36 г/л Sn, 7,5 г/л NaOHсвоб), температура 65° С, плотность тока 2 А/дм2

С увеличением концентрации свободного цианида в электролите потенциал выделения меди смещается в сторону электроотрицательных значений, так как повышается прочность медного комплексного иона.

На потенциал выделения олова концентрация свободного цианида в электролите практически не оказывает влияния, поэтому увеличение концентрации свободного цианида в электролите приводит к уменьшению содержания меди в катодном осадке и к повышению содержания олова в нем.

Так, в электролите, содержащем 12 г/л Cu, 36 г/л Sn, 7,5 г/л NaOH, при температуре 65° С, плотности тока 2 А/дм2 в присутствии 7,5 г/л NaCN катодный осадок содержит 61% Cu и 39% Sn, а при содержании 23 г/л NaCN катодный осадок состоит из 40,5% Cu и 55,5% Sn (рис. 93).

С увеличением содержания свободной щелочи в электролите потенциал разряда ионов олова смещается в сторону электроотрицательных значений, между тем как на потенциал разряда ионов меди концентрация свободной щелочи в электролите практически не влияет. Поэтому с увеличением содержания щелочи в электролите уменьшается процентное содержание олова в катодном осадке и соответственно повышается содержание меди в нем.

Состав меднооловянного сплава, помимо концентрации основных компонентов, зависит также от температуры и плотности тока. Качественные покрытия, так же как и при лужении в щелочных электролитах, получаются только при повышенной температуре — порядка 65—70°С.

Однако температура оказывает влияние не только на качество бронзовых покрытий, но и на их состав. С повышением температуры понижается катодная поляризация как при выделении меди, так и при выделении олова.

Но при одинаковом повышении температуры потенциал выделения олова облагораживается в большей степени, чем потенциал выделения меди. Поэтому повышение температуры приводит к увеличению содержания олова в катодном осадке.

При повышении температуры от 30 до 70° С содержание меди в катодном осадке уменьшается с 71,1 до 47,5%, а содержание олова соответственно увеличивается с 28,9 до 52,5% (рис.94).

Повышение плотности тока меньше влияет на состав катодного осадка, чем температура, причем содержание олова в катодном осадке с повышением плотности тока понижается.

Рис. 94. Влияние температуры на состав катодного осадка (в электролите состава, г/л: 15 Cu, 45 Sn, 15 NaCNсвоб, 7,5 NaOHсвоб; плотность тока 2 А/дм2

Щелочноцианистые меднооловянные электролиты сочетают в себе все свойства, обусловливающие хорошую рассеивающую способность: большую катодную поляризацию, хорошую электропроводность и уменьшение выхода по току по мере повышения плотности тока.

При электроосаждении бронзы с содержанием олова до 10—12% молено применять растворимые аноды. Анодную плотность тока поддерживают около 3 А/дм2. Корректирование электролита осуществляется по данным периодических анализов на основные компоненты.

Двухвалентные ионы олова обнаруживаются по структуре покрытий.

Даже при незначительном появлении губчатых осадков в электролит следует добавить окислитель (перекись водорода) или некоторое время проработать ванну медным и нерастворимым (графитовым) анодами.

Электроосаждение высокооловянистых сплавов типа белой бронзы осуществляется с раздельными медными и оловянными анодами.

На оловянных анодах предварительно создают золотистую пленку путем анодной обработки и в дальнейшем поддерживают ее так, как это делается в щелочных оловянных электролитах.

Плотность тока на медных и оловянных анодах регулируют таким образом, чтобы в электролите поддерживать заданное отношение между ионами этих металлов. Схема включения раздельных анодов приведена на рис. 95.

А — амперметр; R — реостат; Cu — медный анод; Sn — оловянный анод; С — угольный анод; К — катод; Р — дополнительный контрольный катод

Состав и режим электролита отличаются в зависимости от заданного состава покрытия и его толщины. Для нанесения относительно тонких слоев бронзы с содержанием 10—12% Sn применяют электролит состава: 26—28 г/л Cu (в виде цианистой соли), 13—14 г/л Sn (в виде станната), 13—15 г/л NaCN, 8—10 г/л NaOH; температура электролита 65—70°С, плотность тока ~3 А/дм2.

Для нанесения толстых слоев бронзы (до 1 мм) применяют электролит состава: 25—30 г/л Cu (в виде цианистой соли), 12—15 г/л Sn (в виде станната), 12—15 г/л NaCN, 11 — 13 г/л NaOHсвоб; температура электролита 65—70° С; катодная плотность тока около 2 А/дм2. Аноды бронзовые примерного состава: 90% Cu, 10% Sn. Анодная плотность тока 1 —1,5 А/дм2.

Можно также применять медные аноды с периодическим добавлением в электролит станната.

В качестве самостоятельного защитно-декоративного покрытия получила распространение так называемая белая бронза, в составе которой примерно 45% Sn и 55% Cu. По литературным данным, это покрытие особенно широко применяется в Англии; в СССР и других странах это покрытие также находит разнообразное применение.

По своему внешнему виду покрытия из белой бронзы занимают промежуточное положение между никелем и серебром, больше приближаясь к последнему. По твердости они превосходят никелевые, но уступают хромовым.

В отличие от серебра белая бронза не тускнеет под действием сероводорода и других сернистых соединений, покрытия хорошо паяются и после полировки имеют приятный внешний вид. Белой бронзой можно покрывать изделия из меди и ее сплавов, а также стальные изделия.

По меди и латуни рекомендуется слой толщиной 12,5 мкм, по стали — толщиной 25 мкм. Белой бронзой покрывают детали радиоаппаратуры, столовые приборы, различные металлические изделия, применяемые в быту и т. д.

Для покрытия белой бронзой рекомендуется электролит следующего состава (в г/л) и режим: Олово (в виде станната)   38—42 Медь (цианистая) . . .       7,5—8,5 NaCNсвоб…………16-18 NaOHсвоб…………14—16 Температура, °С. . . .        65 ±2

Плотность тока, А/дм2 .    1,5—2,5

За 20 мин осаждается слой в 25 мкм, что соответствует выходу по току около 60%- Аноды раздельные — медные и оловянные. Оловянные аноды предварительно пассивируют с созданием на их поверхности желто-золотистой пленки. На долю оловянных анодов приходится 3U всего тока при плотности тока 1,5—2 А/дм2; на медные аноды приходится У4 тока при плотности тока 0,5—1 А/дм2. Можно также периодически пропускать ток через медные и оловянные аноды или применять нерастворимые аноды в комбинации с медными или оловянными и восполнять металл, выделяющийся на изделиях, систематически вводя в электролит соответствующие соли.

Сплавы меди с оловом (оловянистые бронзы)

При изучении строения меднооловянистых сплавов (оловянистых бронз) следует в первую очередь обратиться к системе Си—Sn. Диаграмма Си—Sn, как и диаграмма Си—Zn, представляет собой комбинацию нескольких перитектических диаграмм (рис. 1.36).

В системе Си—Sn в твердом состоянии возможно образование следующих фаз:

• • a-твердый раствор олова в меди;
• • Sn — почти чистое олово. Растворимость меди в олове, вероятно, меньше 0,01 % и на диаграмме не указано;
• • (3-твердый раствор на базе трехэлектронного соединения Cu5Sn. Пунктирная линия показывает процесс упорядочения;
• • 8—у-электронное соединение Cu31Sn8;
• • у-твердый раствор на базе химического соединения меди и олова. Кристаллическая структура его не установлена, а поэтому нельзя указать и на стехиометрию этого соединения;

• • е-электронное соединение Cu3Sn;
• • г)-химическое соединение CuSn.

Рис. 1.3Б. Диаграмма состояния Си—Sn

Структура литых меднооловянных сплавов значительно отклоняется от равновесного состояния, поэтому уже в сплавах, содержащих 5% Sn и более, в литом состоянии обнаруживается 5-фаза в виде эв- тектоидной составляющей (эвтектоид образуется при 520 °С и имеет концентрацию 26,8% Sn).

Отожженная бронза с содержанием олова до 14% должна состоять по структуре из однородного твердого раствора а. В литом же виде структура бронзы, содержащая до 5—6% Sn, состоит из неоднородного a-твердого раствора, имеющего, как у любого литого металла, дендритное строение.

При содержании олова более 5% наряду с неоднородным а-раст- вором внутри участков этого раствора, богатого оловом (светлых участков), располагается эвтектоид (а+5). Наличие хрупкой 5-фазы исключает возможность деформации, поэтому бронза, содержащая более 5—6% Sn, применяется исключительно в литом виде. Бронзы имеют очень малую усадку (менее 1 %), поэтому из них делают сложные отливки.

Жидкотекучесть бронзы небольшая вследствие большой разницы температур ликвидуса и солидуса, поэтому она не дает концентрированной усадочной раковины, но для всех отливок характерна рассеянная пористость.

Влияние олова на механические свойства меди аналогично влиянию цинка, но более резко выраженное. Уже при содержании 5% Sn пластичность начинает падать. Прочность начинает падать при содержании около 20% Sn, когда в структуре слишком много 5-фазы и сплав становится хрупким.

В литой бронзе наличие включений твердого эвтектоида обеспечивает высокую стойкость против истирания, и поэтому бронза с содержанием 10% Sn и более является одним из лучших антифрикционных материалов и широко применяется как подшипниковый сплав.

Благодаря высокой химической стойкости бронз из них изготовляют арматуру (паровую, водяную и пр.). Таким образом, основное применение — сложные отливки, вкладыши подшипников, сложная арматура.

Для удешевления в большинство промышленных бронз добавляют 5—10% цинка. Цинк в этих количествах растворяется в меди и существенно не влияет на структуру.

Для лучшей обрабатываемости в бронзу вводят до 3—5% свинца, который присутствует в виде обособленных свинцовистых включений, облегчающих стружколомание.

Фосфор вводится в бронзу как раскислитель, он устраняет хрупкие включения окиси олова (SnO). При наличии около 1 % Р такую бронзу часто называют фосфористой.

Бронзу маркируют начальными буквами Бр, затем следуют буквы, показывающие, какие легирующие элементы содержит бронза, а потом цифры, показывающие количество этих элементов в целых процентах.

В табл. 1.8 приведены составы наиболее употребительных в промышленности оловянистых бронз и примерные механические свойства этих бронз для литых в землю образцов.

Таблица 1.8

Состав и свойства бронз

Марка	Содержание элементов,%	Механические свойства
Sn	Zn	Pb	Р	ов, МПа	6,%
Бр0Ф7-0,2	6-8	—	—	0,1-0,25	500	20
Бр0ЦС6-6-3	5-7	5-7	2-4	—	200	5
БрОФЮ-1	9-11	—	—	0,6-1,0	250	4

Из приведенных в табл. 1.8 только бронза БрОФ7-0,2 после отжига поддается обработке давлением (механические свойства в табл. 1.8

соответствуют этому состоянию). БрОЦС6-6-3 — типичная арматурная бронза, а бронза БрОФЮ-1 — подшипниковая1.

Что такое лужение: технология процесса, инструменты, пасты

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.

Назначение и преимущества

Лужение металла оловом применяется в следующих отраслях промышленности:

1. Электроника и радиотехника. Олово защищает платы от коррозии.
2. Авиация и машиностроение. Многие элементы конструкции станков и летательных аппаратов подвергают обработке.
3. Кабельно-проводниковая. Помимо резиновой изоляции олово предохраняет металлические проводники от воздействия серы, которая содержится в резине и пластике.
4. Пищевая. Практические все кухонные принадлежности, имеющие отношение к приготовлению пищи, защищают с помощью специального пищевого олова, которое не несет угрозы для здоровья человека. Также оловом покрывают емкости, предназначенные для изготовления консервов: это увеличивает срок их хранения – многие солдаты срочной службы помнят советскую тушенку пятидесятых годов, которая до недавних пор находилась на военных складах как неприкосновенный запас.

Оловянное покрытие используют в качестве средства предварительной обработки подшипников перед их заливкой баббитом. Также лужение – неотъемлемая часть технологической цепочки выполнения беззазорного соединения, которое называют фальцевым швом.

Однако наибольшую популярность технология лужения приобрела в качестве средства для предварительной подготовки перед пайкой. Это обусловлено следующими причинами:

1. Производительность. Современные технологии позволяют выполнить лужение большого числа элементов за короткий промежуток времени – недаром его активно применяют на массовом производстве.
2. Надежность. Химическая инертность олова обеспечивает надежную защиту от влаги, солей и органических кислот.
3. Стойкость покрытия. Олово и его сплавы обладают высокой адгезией к любой к металлической поверхности. Пластичный слой не разрушается под действием механической обработки детали.
4. Термостойкость. Луженое покрытие выдерживает значительные перепады температур.

Металлы и сплавы для лужения

Технология обработки металлических поверхностей зависит от типа базового материала. Например, лужение алюминия выполняется чистым оловом, без посторонних примесей. Металл необходимо предварительно нагреть до 180 °C, после чего приступают к покрытию изделия. Для обработки алюминиевых элементов запрещено применять какие-либо флюсы. Для лужения применяют следующие металлы и сплавы:

1. Олово и оловянные сплавы. В природе отсутствует олово в чистом виде. Оно встречается в виде соединений с серой, сурьмой, медью, железом и прочими элементами, которые влияют на технические характеристики элемента. Мышьяк или сурьма делают олово хрупким, а высокое содержание меди повышает твердость, но снижает пластичность. Существует несколько сплавов, применяемых при выполнении работ. Они отличаются сферой использования. Сплавом, который содержит олово, никель и железо, покрывают продукцию для пищевой промышленности. Комбинацией олова, свинца и цинка лудят заготовки из металла или стали. Для декоративной обработки применяют смесь олова и висмута. Данный сплав придает поверхности яркий блеск.
2. Хлористый цинк. Применяют в качестве флюса при лужении и пайке. Он выпускается в виде кусков или брусков небольшой величины. В промышленных масштабах хлористый цинк получают путем обработки чистого металла соляной кислотой.
3. Двухлористое олово. Является базовым компонентом при лужении электрохимическим методом.

В качестве вспомогательных материалов используют хлористый аммоний и едкий натр.

Этапы

Для того чтобы понять, что значит луженая медь, рассмотрим подробнее основные этапы протекающего процесса. Сначала медную проволоку, которая установлена на специальном механизме подачи, очищают. Суть процесса в пропускании через специальные протирочные щетки, смоченные раствором хлорида цинка (эту соль получают при взаимодействии гранулированного цинка с соляной кислотой).

Далее проволоку опускают в лудильную ванну, где располагается олово в расплавленном виде, в итоге получается медь луженая. Фото готового изделия демонстрирует равномерность нанесенного слоя.

Важно на этом этапе не допускать появления «наплывов» на проволоке, так как они приводят к выбраковке партии из-за возникающих отклонений от заявленного диаметра.

На следующем этапе создания луженой проволоки материал пропускают через резиновые щетки (диаметр их не должен превышать 0,14 мм) либо сквозь волочильный механизм с алмазными дисками. Подобная процедура требуется для придания поверхности проволоки безупречной равномерности.

Потом материал охлаждается при пропускании через емкость с холодной водой. Остывшая проволока повторно проходит через волочильный механизм с алмазными дисками, избавляясь от оставшихся «наплывов».

Завершающим моментом является подача проволоки на приемный механизм. Здесь происходит ее фиксация на специальную катушку.

Пройдя всю цепочку, проволока абсолютно готова к продаже либо к последующему созданию кабеля разных сечений. До того как луженая проволока отправится к потребителям, ей предстоит пройти процедуру контроля.

Суть ее в проведении нескольких операций, которые докажут соответствие ее ТУ 16-505.850-75.

Смотреть галерею

Основные способы лужения

Существуют два метода нанесения защитного покрытия:

Рассмотрим их подробнее.

Горячее лужение

Горячее лужение считают классическим способом, поскольку именно с него начиналось развитие технологии. В зависимости от условий выполнения работ защитный слой может быть нанесен двумя методами:

1. Погружение. Заготовку опускают в резервуар с оловом, нагретым до рабочей температуры.
2. Растирание. Сплав наносят непосредственно на подготовленную деталь, после чего равномерно распределяют по всей поверхности.

Горячий способ отличается своей простотой. Для выполнения работ не нужно приобретать специального инструмента или обладать профессиональными знаниями. Основной недостаток – неравномерное покрытие заготовки. Это справедливо как для погружения, так и для растирания. Особенно ярко он проявляется при обработке деталей со сложной криволинейной поверхностью.

Кроме того, данный способ особенно требователен к чистоте рабочего сплава. Чужеродные элементы, попадающие в рабочую смесь, удалить практически невозможно.

Гальваническая обработка

Гальваническое лужение – современный способ нанесения покрытия. Раствор при гальванической обработке может иметь щелочную или кислотную основу. Независимо от типа электролита катализатором процесса является электрический ток, который активизирует рабочий процесс. К положительным сторонам рассматриваемого метода относят:

• равномерное распределение сплава по всей плоскости;
• толщина слоя регулируется с помощью изменения параметров тока;
• отсутствуют ограничения по сложности поверхности обрабатываемых изделий;
• экономный расход смеси;
• защитный слой обладает лучшими параметрами.

Единственный минус данного способа – высокая себестоимость, поскольку рабочий процесс сопровождается большим расходом энергии, а для контроля необходимо постоянное присутствие специалиста высокой квалификации.

Технология лужения металла

Процесс лужения разделяют на два этапа:

1. Предварительная подготовка поверхности.
2. Обработка изделия.

Технология выполнения работ такова, что малейшая небрежность на любом этапе окажет сильное влияние на результат.

Некачественная подготовка изделий влияет на адгезию слоя олова, покрывающего металл: он прослужит гораздо меньше положенного срока.

При ошибках в процессе обработки металла слой полуды не будет иметь заданной толщины и не сможет справиться с поставленными задачами. Свои нюансы имеются на всех стадиях выполнения работ.

Подготовка изделий

От степени чистоты поверхности зависит прочность антикоррозийной защиты и надежность крепления припоя. Стандартный способ подготовки плоскости – механическая обработка металлическими щетками и специальными насадками на болгарку.

Допускается применение пескоструйной обработки, а также прочих методов абразивной очистки.

Для финишной обработки применяют мелкозернистые абразивные полотна, чтобы получить максимально гладкую поверхность.

В качестве химических очистителей используют предварительно разогретые натриевые составы. Непосредственно перед проведением обработки проводят процедуру травления с помощью серной кислоты.

Растирание и погружение

В процессе растирания расплавленного олова по поверхности используют специальный флюс, в состав которого входят хлористый аммоний и цинка хлорид. Алгоритм применения флюса выглядит следующим образом:

1. Хлорид цинка наносят на поверхность и разогревают паяльной лампой или иным доступным способом.
2. По достижении точки кипения в соль добавляют припой, который расплавляется под воздействием высокой температуры.
3. Следом добавляют порошок хлористого аммония.
4. Состав равномерно распределяется по рабочей поверхности.

При погружении применяют специальные лудильные емкости, в которых олово достигает рабочей температуры. Толщина защитного слоя зависит от продолжительности времени нахождения изделий в ванной.

Характеристики

Главной отличительной чертой между ними является способность к изгибам. По диаметру луженая медь с алюминием может существенно отличаться. Максимальное распространение получила проволока, у которой диаметр находится в пределах 0,02-9,42 мм.

Чтобы ее изготовить, используют обычную медную проволоку на катушке, подвергая ее гальваническому лужению. Материал пропускают через лудильную ванну, где находится расплавленное олово. Чтобы оно не вступало с кислородом воздуха в окисление, поверхность ванны закрывают веществами, не способными пропускать воздух. В частности, таким веществом может являться древесный уголь.

Смотреть галерею

Лужение и пайка

Лужение поверхности позволяет выполнить пайку и существенно упростить данный процесс. Для выполнения работ необходимо подготовить следующие инструменты:

1. Горелка или другой источник огня.
2. Паяльник.
3. Расходные материалы.

Расходными материалами для выполнения работ является флюс, припой и канифоль. Лужение паяльником выполняют путем расплавления припоя горячим наконечником инструмента.

Благодаря физическим свойствам олова для этого не требуется интенсивной обработки. Под действием температуры припой становится жидким, стекая на рабочую поверхность, образуя паяльную ванну.

Распространение рабочего состава регулируется движением паяльника.

После использования всего состава рабочую плоскость протирают ветошью. Это необходимо сделать сразу же, пока поверхность еще горячая. Данная процедура поможет равномерно распределить состав.

Особенности залужения паяльника

Суть лужения состоит в покрытии медной детали тонким слоем олова, защищающего изделие от коррозийных процессов. Облуживание паяльника имеет некоторые отличительные особенности.

Сначала важно подготовить рабочую поверхность. Берут новый паяльник, затачивают жало устройства. Для этого жало вытаскивают, вооружившись паяльником либо электрическим станком, под углом до 400, затем проводят заточку. Если паяльник готовится для работы с небольшими радиодеталями, ему необходимо придать конусную форму.

Профессионалы рекомендуют следить за тем, чтобы ширина острого клина не была меньше миллиметра. Если форма жала, предложенная производителем, устраивает потребителя, можно упустить этот этап.

Так как на заводе стержень паяльника покрывают патиной — оксидом меди зеленоватого цвета, до лужения важно удалить покрытие абразивным материалом (наждачной бумагой). Далее жало возвращают в устройство, подключают паяльник к электрической сети.

Нужно подождать, чтобы поверхность жала прогрелась равномерно, а затем переходить к лужению.

Смотреть галерею