Все о температуре плавления припоя

Содержание

Назначение

В зависимости от содержания того или иного материала сплавы имеют разные области применения.

Таблица видов припоев.

ПОС-90 используется в ремонте пищевой посуды и медицинских принадлежностей. В нем содержится незначительное количество плюмбума – токсичного для человека материала.

ПОС-40 наиболее часто применяют в работе с электрическими приборами и деталями из оцинкованного железа. Также служит основой ремонта латунных и медных трубопроводов. Данное соединение может заменить припой ПОС 18, используемый в тех же целях.

Сплавы с 30% содержанием станума отлично подходят для кабельной промышленности, лужения и пайки цинка.

Плавка в домашних условиях

Температура плавления серебра в домашних условиях (видео по проведению плавки позволит разобраться со всеми тонкостями процесса) достигается при использовании горелки или печи, плавка проводится по форме отливки.

Этапы процесса

Инструкция выглядит следующим образом:

1. Находим сырье и проводим его крошение на мелкие кусочки. За счет этого можно существенно ускорить процесс перестроения кристаллической решетки.
2. Работать следует в защитной одежде. Высокая температура расплавленного металла может стать причиной появления тяжелых травм при попадании на кожу. Кроме этого, работа не должна проводиться вблизи горючих материалов.
3. Плавка проводится в тигеле. Нагревать сырье можно газовой или бензиновой горелкой. Процесс перехода металла из твердого в жидкое состояние длительный. Поэтому стоит учитывать большой расход используемого горючего вещества горелки.
4. После получения расплавленного состава его следует незамедлительно использовать, так как процесс кристаллизации наступает практически сразу. Термостойкими щипцами можно захватить тигель и провести переливание расплавленного серебра в ранее подготовленную форму, которая должна изготавливаться с использованием жаропрочного материала.

Довольно высокая вязкость драгметалла в жидкой форме определяет то, что он медленно заполняет форму. Поэтому для заполнения сложных форм следует время от времени проводить помешивание расплавленного металла. Если этого не делать, что он быстро начнет твердеть и не заполнит все впадины.

Рассматривая то, как расплавить серебро в домашних условиях отметим, что получить качественное изделия довольно сложно. Не стоит забывать о том, что слишком большое количество примесей в используемом сырье становится причиной существенного усложнения прохождения процесса плавки. Очистка сырья проводится до его плавки и заключается в применении азотной кислоты. Стоит учитывать, что при вступлении металла в реакцию с азотной кислотой выделяется тепло и неприятный запах. Для отделения некоторых примесей после добавляется солевой раствор. Повторив процедуру несколько раз, можно существенно снизить концентрацию примесей в составе шихты.

Состав припоя

Свинец, содержащий в сплаве, постепенно вытесняется в соответствии с новыми директивами ЕС (RoHS и WEEE) и заменяется припоями, состоящими из сплавов олова и сурьмы. Уже сегодня в ЕС многие магазины его не продают. У нас пока все по-другому, вероятно, пройдет много лет, прежде чем свинцовый припой в нашей стране будет заменен навсегда.

Важно! Бессвинцовый сплав имеет более высокую температуру плавления, чем свинцовый и использует более агрессивные флюсы. Это означает, что паяльник должен быть изготовлен для бессвинцовой пайки, чтобы обеспечить правильную температуру около 230 C

Бессвинцовый припой, как правило, примерно на 20-50% дороже, чем свинцовый.

Что нужно помнить

Полиморфизм олова

Полиморфизм (аллотропия) — физическое явление, основанное на перестроении атомов или молекул веществ в твердом состоянии, что влечет за собой изменение их свойств. Каждая полиморфная модификация устойчиво существует только в строго определенном интервале значений температур и давлений.

Любой металл обладает специфической кристаллической решеткой. При изменении внешних физических условий кристаллическая решетка может меняться. Полиморфизм металлов используют при их термической обработке в промышленности.

Олово – металл по разному реагирующий на химические воздействия

Химические свойства олова определяются его положением в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и предусматривают амфотерность, т. е. способность проявлять как основные, так и кислотные свойства. Напрямую зависят от полиморфизма олова физические свойства.

Для металла известны три аллотропные модификации: альфа, бета и гамма. Полиморфная перестройка кристаллических решеток возможна вследствие изменения симметрии электронных оболочек атомов под воздействием разных температур.

1. Для серого олова (α-Sn) характерна гранецентрированная кубическая кристаллическая решетка. Размер элементарной ячейки решетки здесь большой. Это напрямую отражается на плотности. Она меньше, чем у белого олова: 5,85 и 7,29 г/см³ соответственно. По электропроводности альфа-модификация относится к полупроводникам. По магнетизму — к диамагнетикам, т. к. под внешним магнитным воздействием намагничивается против направления внутреннего магнитного поля. Альфа-олово существует до температуры 13,2°C в виде мелкодисперсного порошка и практического значения не несет.
2. Белое олово (β-Sn) является самой устойчивой аллотропной модификацией с объемноцентрированной тетрагональной кристаллической решеткой. Существует в диапазоне температурных значений от 13,2 до 161°С. Очень пластично, мягче золота, но тверже свинца. Среди остальных металлов обладает средним значением теплопроводности. Металл относят к проводникам, хотя электропроводность у бета-модификации относительно низкая. Этим свойством пользуются, чтобы уменьшить электропроводность какого-либо сплава путем добавления олова. Является парамагнетиком, т. е. во внешнем магнитном поле намагничивается в направлении внутреннего магнитного поля.
3. Гамма-модификация (γ-Sn) обладает ромбической кристаллической решеткой, устойчива в диапазоне температур от 161 до 232°С. С увеличением температуры пластичность возрастает, но, достигнув температуры фазового перехода в 161°С, металл полностью утрачивает это свойство. Гамма-модификация имеет большую плотность при высокой степени хрупкости, т. е. сразу рассыпается в порошок, поэтому практического применения не имеет.

Свойства олова, его температура плавления

В природе редкий металл может быть в двух формах нахождения — в горных породах и минералах. Чаще всего элемент встречается в виде оловянного камня — окисного соединения. Раньше его выплавляли из руды, которую находили в верхних слоях земной коры. В настоящее время такие полезные ископаемые практически исчезли, поэтому процесс добычи олова стал намного сложней.

• До того момента, когда металл попадает в плавильное отделение, руда и россыпи, в составе которых есть олово проходят процесс обогащения. После этого концентрат направляют в обжиговые печи и только затем плавят.
• Редкий элемент имеет невысокую планку плавления, процесс плавления начинается при +231,9оС, при температуре +231,0оС металл остается твердым. Даже в охлажденном состоянии он легко гнется, а при нагревании становится податливым как пластилин. Процесс кипения олова начинается, когда температура во много раз превышает показатели плавления — 2630оС.
• Элемент бывает белого и серого цвета, более темный цвет он приобретает, когда переходит в порошкообразное состояние, в порошке плотность элемента значительно ниже, чем когда он находится в твердом состоянии.

В процессе плавки используются шлаки, флюсы, присадки для того, чтобы получить нужного сорта и качества металл. Низкая температура плавления сделала его стратегически важным металлом. Он легко может участвовать в образовании сплавов с другими материалами, благодаря низкой температуре плавления. В конечном итоге сплавы легко обрабатываются, затем они участвуют в соединении конструктивных узлов и деталей с хорошим герметичным швом.

Формулы для ЕГЭ-2021 по физике

Паяльная паста

Главным образом используется для пайки компонентов монтируемых поверхностно (SMD’шек), а также безвыводных микросхем в BGA корпусах.

Выглядит как кашица серого цвета, состоит из мельчайших шариков сплава Sn62Pb36Ag2 (серебра 2%, свинца 36%, олова 62%), также в составе содержится безотмывочный флюс. О том, что флюс безотмывочный, говорят две буквы на упаковке NC (No Clean). Флюс, содержащий шарики припоя, высыхает на воздухе, поэтому хранится паста в закрытой упаковке.

Используется это средство при сложном ремонте сотовых и для пайки микросхем в корпусе BGA. Ее применение предполагает использование дополнительного оборудования для ремонта мобильных, к примеру, специальные трафареты. Стоит паста довольно дорого, поскольку содержит серебро.

Сейчас в производстве электроники массово применяются припои без свинца.

В чем отличие между шим и шир?

Характеристики отдельных марок

Все представители категории относятся к легкоплавким припоям. Оловянно-свинцовые сплавы при любом соотношении исходных металлов плавятся при температуре до 450 °С. ПОС регламентированы ГОСТом.

Производители поставляют припойную продукцию:

• в литых чушках;
• в виде проволочных изделий;
• лентообразной фольги;
• трубчатой продукции с флюсами внутри;
• порошков или пастообразной массы.

Больше половины олова

В сплаве, содержащем 90 % олова, остальную часть массы составляет свинец. Припой ПОС-90 имеет температуру плавления 220 ℃.

Применяется для пайки изделий, которые впоследствии будут подвергаться гальванической обработке золотом или серебром.

Оловянно-свинцовый припой с 61 % олова имеет более доступную температуру плавления, равную 191 °С. ПОС-61 используется для изготовления тонких контактов деталей из медных и стальных сплавов в различных измерительных приборах. Места нанесения сплава не должны подвергаться сильному нагреванию.

Припой модно применять для пайки проводов, имеющих толщину до 0,08 мм, в обмотке. Он может подвергаться действию токов высокой частоты.

Припой используют во всех ситуациях, требующих большой прочности и надежности соединения радиоэлементов, компонентов микросхем. Им можно паять провода, защищенные оболочкой из поливинилхлорида.

Оловянно-свинцовый припой, содержащий равные доли двух металлов, обозначается как ПОС-50. Он плавится при температуре 222 ℃. Применим во всех ситуациях, где может использоваться ПОС-61.

Отличие сводится к тому, что данный припой имеет более высокую температуру плавления. Если контакт может нагреваться это качество будет полезным.

Меньше половины олова

Швы, для которых велика вероятность нагрева до еще более высоких температур, следует паять посредством припоя ПОС-40. Температура плавления оловянно-свинцового сплава, содержащего от 39 % до 41 % олова, составляет 238 °С.

Обращаем внимание на то, что представленные показатели характерны для окончательного плавления сплава. Начинается процесс при несколько более низких температурах

Сплав предназначен для работы с проводами, деталями из разных металлов. Образующийся шов имеет меньший запас прочности, чем соединения, полученные сплавами с большей массовой долей олова. Припой используют для получения соединений, не подвергающихся большой механической нагрузке.

Еще большую температуру окончательного расплавления имеет сплав ПОС-30. Она равна 256 ℃.

Этот оловянно-свинцовый припой используется для пайки швов, не подлежащих нагрузке, из медных и стальных материалов.

Припой ПОС-18 окончательно расплавляется при 277 ℃. Образующийся шов имеет небольшую механическую устойчивость.

Представленный оловянно-свинцовый сплав можно применять для лужения, пайки ненагружаемых медных деталей, изделий из оцинкованного железа.

Оловянно-свинцовый сплав, содержащий всего 10 % олова, имеет максимальную в этом ряду температуру плавления, равную 299 ℃, и минимальную прочность.

ПОС-10 может использоваться для пайки, лужения контактов на поверхности приборов реле. ГОСТ позволяет применять состав для обработки контрольных точек в топках паровозов. В настоящее время паровозы остались уже только в музеях, иногда их приходится ремонтировать, реставрировать.

Области применения свинцовых сплавов

Свинец известен человечеству не одно тысячелетие. В Древнем Риме он использовался для создания водопроводных труб. Его используют в различных отраслях. Из свинца изготавливают:

1. Защитную оболочку для силовых кабелей.
2. Подшипниковые соединения.
3. Красители.
4. Грузики для рыбной ловли.
5. Шрифты для типографии.
6. Дробь, использующуюся для стрельбы из охотничьих ружей.
7. Защитные элементы для объектов, зараженных радиацией.
8. Сплавы для пайки.
9. Пластинки, которые устанавливаются в аккумуляторах.

В кровельном деле этот материал часто используется для изготовления звукоизоляционных покрытий.

Атом и молекула олова. Формула олова. Строение атома олова:

Олово (лат. Stannum) – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Sn и атомным номером 50. Расположен в 14-й группе (по старой классификации – главной подгруппе четвертой группы), пятом периоде периодической системы.

Олово – амфотерный металл. Относится к группе лёгких, цветных металлов.

Как простое вещество олово при нормальных условиях представляет собой ковкий, мягкий, пластичный, легкоплавкий, серебристо-белый, блестящий металл (белое олово, β-олово) либо серый порошок (серое олово, α-олово).

Молекула олова одноатомна.

Химическая формула олова Sn.

Электронная конфигурация атома олова 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p2. Потенциал ионизации (первый электрон) атома олова равен 708,58 кДж/моль (7,343918(12)  эВ).

Строение атома олова. Атом олова состоит из положительно заряженного ядра (+50), вокруг которого по пяти оболочкам движутся 50 электронов. При этом 46 электронов находятся на внутреннем уровне, а 4 электрона – на внешнем. Поскольку олово расположен в пятом периоде, оболочек всего пять. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. Третья и четвертая – внутренние оболочки представлены s-, р- и d-орбиталями. Пятая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внешнем энергетическом уровне атома олова на 5s-орбитали находятся два спаренных электрона, на 5p-орбитали – два неспаренных электрона. В свою очередь ядро атома олова состоит из 50 протонов и 69 нейтронов. Олово относится к элементам p-семейства.

Радиус атома олова (вычисленный) составляет 145 пм.

Атомная масса атома олова составляет 118,710(7) а. е. м.

Классификация

В соответствии с государственным стандартом, существует следующее классификационное деление припоев по температуре их плавления:

• низкотемпературные, их также называют мягкими. Температура плавления этих паяльных сплавов не превышает 450 ℃. В свою очередь, данная категория делится на две подкатегории. Паяльные сплавы, плавящиеся при температуре до 145 ℃ называются особолегкоплавкими, плавящиеся в диапазоне от 145 до 450 ℃ относятся к легкоплавким;
• высокотемпературные или твёрдые. К ним относятся припои с температурой плавления, превышающей 450 ℃. Этот класс сплавов включает в себя три подкатегории. Среднеплавкими считаются те, которые расплавляются при температуре до 1100 ℃, имеющие точку плавления от 1100 до 1850 ℃ называют высокоплавкими. Присадочные материалы, использующиеся при пайке, которые занимают ещё более высокотемпературные позиции, относятся к тугоплавким.

Таблица 1. Температура плавления припоев:

Марка припоя	Температура плавления, С°
Сплав Вуда	66-70
Сплав Розе	90-98
Припой ПОИН 52	120
Припой ПОСК 50-18	142-145
Припой ПОСВи 36-4	150-170
Припой ПОС-90	183-220
Припой ПОССу 18-0,5	183-277
Припой ПОССу 50-0,5	183-216
Припой ПОС-63	183
Припой ПОССу 25-0,5	183-266
Припой ПОС-40	183-238
Припой ПОС-30	183-238
Припой ПОССу 30-0,5	183-245
Припой ПОССу 40-0,5	183-235
Припой ПОССу 61-0,5	183-189
Припой ПОС-61	183-190
Припой ПОССу-15-05	184-275
Припой ПОССу-15-2	184-275
Припой ПОССу-40-2	185-229
Припой ПОССу 25-2	185-260
Припой ПОССу-30-2	185-250
Припой ПОССу-18-2	186-270
Припой ПОС-60	190
Припой ЦОП-30	200-315
Припой АВИА-1	200
Припой П200А	220-225
Припой ПОЦ-10	220-225
Припой ПОС-50	222
Припой ПОВи 0.5	224-232
Припой ПОМ-1	230-240
Припой ПОМ-3	230-250
Припой ПОСу 95-5 (бессвинцовый)	234-240
Припой ПОССу-95-5	234-240
Припой ПОССу-4-4	239-265
Припой ПОССу-8-3	240-290
Припой ПОС-18	243-277
Припой ПОССу-4-6	244-270
Припой П250А	250-300
Припой АВИА-2	250
Припой ПОС-35	256
Припой ПОС-25	260
Припой ПОС-4	266
Припой ПОССу-10-2	268-285
Припой ПОС-10	268-299
Припой ПОС-20	268-299
Припой ПОССу-5-1	275-308
Припой марки А	300-320
Припой 34А	530-550
Припой 35А	545
Припой П-81	630-660
Припой П-14К	640-680
Припой П-14	640-680
Припой ПМФОЦр 6-4-0,03	640-680
Припой ПМФ-7	714-850
Припой ПМФ-9	750-800
Припой П-47	760-810
Припой ПМЦ-36	800-825
Припой Алармет 211	800-890
Припой П 21	800-830
Припой Л63	850-910
Припой таблетированный Л63	850-900
Припой ПМЦ-54	876-880
Припой ВПР-28	880-980
Припой П100М	900-950
Припой ЛО 60-1	900
Припой П100	900-950
Припой ЛОК 59-1-0,3	900
Припой МНМц 68-4-2	915-970
Припой ЛНМц 49-9-0,2	920
Припой МНМц 9-23,5	925-950
Припой ЛК 62-0,5	960-1020
Припой ВПР-16	960-970
Припой ВПР-4	1000-1050
Припой ВПР-1	1080-1120
Припой ВПР-11-40Н	1100-1120

Основная суть процесса пайки заключается в смачивании расплавленным присадочным материалом поверхностей соединяемых деталей, которые сами при этом не расплавляются. Исходя из этого, температура плавления припоев должна быть ниже, чем соответствующая характеристика спаиваемых металлов.

Общие свойства олова

Все свойства этого металла можно разделить на две большие группы: физические и химические.

Физические характеристики

Это серебристый ковкий металл, который легко окисляется при температуре окружающей среды, при этом цвет олова изменяется на темно-серый. Если согнуть пластину из этого металла, то можно услышать характерный звук, так называемый «крик олова», который возникает из-за трения между составляющими его кристаллами. Одной из ярко выраженных его характеристик является резкое ухудшение механических свойств при определенных условиях, носящее название «оловянная чума»: ниже температуры -18 °C происходит разрушение металла, и он начинает выглядеть, как серый порошок.

Чистое олово имеет две аллотропных модификации: серую и белую. Серая модификация имеет кубическую кристаллическую структуру, является полупроводником, очень хрупкая, имеет низкую плотность и стабильна при температуре ниже 13,2 °C. Белая аллотропная модификация имеет тетрагональную кристаллическую структуру, хорошо проводит электрический ток и стабильна при температурах выше 13,2 °C.

Плавится металл при относительно низкой температуре 232 °C (для сравнения: железо плавится при 1535 °C). При этом необходимо понимать, отвечая на вопрос, при какой температуре плавится олово, что плавится именно его белая аллотропная модификация. Несмотря на низкую температуру плавления, кипение металла происходит при относительно высокой температуре 2602 °C (железо кипит при 2750 °C).

Химические свойства

Наиболее важным минералом является касситерит, SnO2. Однако, в настоящее время неизвестны рудные месторождения с высоким процентным содержанием этого минерала. Большую часть касситерита в мире добывают из наносных залежей низкого качества. Именно из этого минерала получают олово в промышленных масштабах. Для этого касситерит измельчают, получая его концентрат, а затем он подвергается плавке вместе с коксом, кварцем и известью в доменной печи. После этого отливки в виде блоков проходят окончательную очистку от примесей висмута, меди и железа.

Химический элемент олово хорошо реагирует как с сильными кислотами, так и с сильными основаниями, однако относительно инертен в нейтральных растворах. Подвергается коррозии в присутствии окислительных сред, в отсутствии кислорода металл практически не подвергается коррозии. При окислении на поверхности металла образуется плотная оксидная пленка, которая защищает остальную его часть от дальнейшего окисления.

Если при растворении солей в воде образуется кислая среда, тогда в присутствии окислителей или воздуха олово вступает в реакцию. К таким солям относятся хлориды, например, алюминия и железа. Большинство неводных жидкостей, например, масла и спирты практически не вступают в реакцию с оловом. Само олово и его простые неорганические соли не являются токсичными, однако, некоторые органические композиты обладают токсичностью.

Оксид олова (II), SnO является кристаллом черно-синего цвета, который растворяется в кислотах и основаниях. Его используют для производства солей в гальванопластике и при производстве стекла. Оксид олова (IV), SnO2 представляет собой белую пыль, нерастворимую в кислотах. Его используют в качестве незаменимого компонента для окраски в розовых, желтых и коричневых керамиках, а также в диэлектриках и тугоплавких сплавов. Он является важным агентом при полировке мрамора и других декоративных камней.

Хлорид олова (II), SnCl2 является основным ингредиентом в оловянной кислоте для пайки. Хлорид олова (IV), SnCl4 используется в качестве химического ингредиента для придания веса шелковой ткани, а также для стабилизации некоторых парфюмерных продуктов и стабилизации цвета мыла, а SnF2, имеющий белый цвет и растворимый в воде, применяется в качестве добавки к зубным пастам.

Органические химические соединения на основе этого элемента — это такие соединения, в которых присутствует хотя бы одна связь олова с водородом, Sn-H, и в которых металл проявляет степень окисления +4. Органические соединения, которые нашли свое приложение в индустрии, обладают следующими химическими формулами:

• R4Sn;
• R3SnX;
• R2SnX2;
• RSnX3.

Здесь R — органическая группа, например, метил, этил, бутил и другие, а X — неорганический элемент, например, хлор, кислород, флор и другие.

Паяльная паста

Главным образом используется для пайки компонентов монтируемых поверхностно (SMD’шек), а также безвыводных микросхем в BGA корпусах.

Выглядит как кашица серого цвета, состоит из мельчайших шариков сплава Sn62Pb36Ag2 (серебра 2%, свинца 36%, олова 62%), также в составе содержится безотмывочный флюс. О том, что флюс безотмывочный, говорят две буквы на упаковке NC (No Clean). Флюс, содержащий шарики припоя, высыхает на воздухе, поэтому хранится паста в закрытой упаковке.

Используется это средство при сложном ремонте сотовых и для пайки микросхем в корпусе BGA. Ее применение предполагает использование дополнительного оборудования для ремонта мобильных, к примеру, специальные трафареты. Стоит паста довольно дорого, поскольку содержит серебро.

Сейчас в производстве электроники массово применяются припои без свинца.

Технологические свойства и характеристики металла

Чтобы понимать для производства каких изделий подходит свинец, необходимо разобраться с его техническими характеристиками:

1. Кристаллическая решетка кубической формы.
2. Теплота плавления — 327 градусов по Цельсию.
3. Твердость — от 3.2 до 8 НВ по Бринеллю.
4. Удлинение — до 70%.
5. Предел на сжатие — до 50 МПа.
6. Сопротивление на разрыв — до 13 МПа.
7. Удельное сопротивление напряжению — 0.22 Ом.
8. Плотность — 11,34 г/см³.

Хорошо поддается разным видам обработки даже без нагревания.