Флюс для низькотемпературної пайки і лудіння міді, сталей і сплавів з кольорових металів

Реферат: Винахід належить до галузі зварювання та паяння, а саме до складу флюсів для пайки і лудіння олов'яно-свинцевими припоями міді, сталей і сплавів кольорових металів. Флюс містить, мас. %: хлористий цинк 8,0-10,0, карбамід 3,0-5,5, малеїнову кислоту 5,0-10,0, формамід 3,0-5,0, вода - решта. Винахід забезпечує зниження активності і підвищення флюсуючої здатності при паянні, зниження корозійної активності за рахунок зменшення концентрації хлористого цинку в 5 раз, підвищує якість і надійність паяних з’єднань, зменшення екологічного навантаження на навколишнє середовище. UA 112120 C2 (12) UA 112120 C2 UA 112120 C2 5 10 15 20 25 30 Винахід належить до галузі зварювання і паяння, а саме - до складу флюсів для пайки і лудіння олов'яно-свинцевими припоями міді, сталей і сплавів кольорових металів. Флюс, що пропонується, може бути використаний в електронній, радіоелектронній, приладобудівній та інших галузях промисловості. Для паяння і лудіння міді, сталей та сплавів з кольорових металів підприємства використовують переважно висококорозійні склади на основі хлоридів амонію та цинку, азотної кислоти, вміст яких досягає 50 % на один літр розчинника. Після паяння необхідне ретельне відмивання вузлів і елементів радіоелектронної апаратури від залишків продуктів флюсування, залишки флюсу разом з промивальними водами потрапляють у стічні води, які забруднюють навколишнє природне середовище. Досягнутий рівень техніки в області, що розглядається характеризується наступними винаходами. Відомий флюс для пайки вуглецевих і низьколегованих сталей, міді, нікелю і їх сплавів [Справочник по пайке под ред. И.Е. Петрунина, - Москва: изд. Машиностроение, 2003. - С. 1-3, 113-118], що складається з флюсуючого компонента хлористого цинку та розчинника. Флюс містить інгредієнти в наступних кількостях, мас. %: хлористий цинк 40 вода решта. Недоліком відомого флюсу є висока корозійну активність, обумовлена реакцією гідролізу хлористого цинку, яка при змиванні залишків флюсу викликає сильну корозію паяних з'єднань. Флюс також не має високих травильних властивостей, оскільки містить тільки один компонент - хлористий цинк, а в умовах пайки його активність недостатня. Зазвичай активізація основи флюсу для пайки досягається шляхом додавання одного або декількох компонентів, які збільшують його флюсуючу активність та корозійну стійкість. Відомий флюс для пайки і лудіння легкоплавким припоєм сталі, міді і мідних сплавів (найближчий аналог), що містить як флюсуючі компоненти карбамід та хлористий цинк, розчинник - воду [за Патентом РФ № 2208505, МПК В23K35/363, опубл. 20.07.2003 р.]. Флюс містить інгредієнти в наступних кількостях (мас. %): карбамід 0,1-10,0 хлористий цинк 25-50,0 вода решта. Недоліком відомого флюсу є висока корозійна активність, обумовлена реакцією гідролізу хлористого цинку, яка при змиванні залишків флюсу викликає сильну корозію паяних з'єднань, що суттєво понижує надійність радіоапаратури. Він має велику кількість хлоридних сполук (до 50 мас. %) і потребує ретельного відмивання, залишки флюсу разом з промивальними водами потрапляють у стічні води, які забруднюють навколишнє природне середовище. Крім того, недостатньо обґрунтовані максимальні значення граничних концентрацій вихідних компонентів відомого флюсу, див. табл. 1 [за Патентом РФ № 2208505, МПК В23K35/363, опубл. 20.07.2003 p.]. 35 Таблиця 1 Флюсуюча активність найближчого аналога Компоненти Хлористий цинк Карбамід Флюсуюча активність (коефіцієнт розтічності припою ПОССу 25-2 на зразках з Л-90) Склади флюсів по прототипу при різних співвідношеннях концентрацій флюсуючих компонентів 1 2 3 4 5 6 7 8 9 50 50 50 30 30 30 20 10 3,5 0,1 1,0 10,0 0,1 1,0 10,0 5,0 10,0 10,0 2,35 2,40 2,50 2,30 2,35 2,40 2,35 2,35 2,30 Як видно з табл. 1, при різних співвідношеннях концентрацій флюсуючих компонентів ZnCl2:сечовина, а саме: 50 % : 0,1 %; 30 % : 1,0 %; 20 % : 5,0 %; 10 % : 10,0 % коефіцієнт розтічності, який характеризує флюсуючу активність, не змінюється і складає 2,35. Крім того, 1 UA 112120 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 при різних співвідношеннях концентрацій флюсуючих компонентів коефіцієнт розтічності змінюється незначно (від 2,35 до 2,5) і ця зміна знаходиться у межах похибки вимірів. Таким чином, збільшення вмісту хлористого цинку до 50 % не поліпшує флюсуючу активність складу, підвищує його корозійну активність, призводить до додаткових витрат на вихідні компоненти та операцію відмивання, і є недоцільним. Задача, на розв'язання якої спрямовано винахід - створення складу флюсу для низькотемпературної пайки і лудіння міді, сталей і сплавів з кольорових металів з новим технічним ефектом, який полягає в: - зниженні корозійної активності флюсу для підвищення якості і надійності паяних з'єднань; - зменшенні екологічного навантаження на навколишнє середовище за рахунок зменшення концентрації хлористого цинку. Поставлена задача вирішується запропонованим складом флюсу для низькотемпературної пайки і лудіння міді, сталей і сплавів з кольорових металів, який містить суміш хлористого цинку, карбаміду та розчинника, і відрізняється тим, що склад додатково містить малеїнову кислоту, формамід, а інгредієнти узяті в наступному співвідношенні, мас. %: хлористий цинк 8,0-10,0 карбамід 3,0-5,5 малеїнова кислота 5,0-10,0 формамід 3,0-5,0 вода решта. Флюс, що пропонується, може бути використаний для пайки і лудіння олов'яно-свинцевими припоями міді, сталей і сплавів кольорових металів. Флюс не займається в полум'я, і, оскільки сучасне паяльне виробництво характеризується різноманіттям використовуваного нагрівального устаткування з локальним нагрівом (паяльники, газополум'яні пальники, паяльні лампи і так далі), пропонований флюс забезпечує можливість реалізації будь-якого вибраного термічного циклу пайки виробів, особливо для масивних деталей з глибокими проміжками сполучення, коли для забезпечення якості пайки потрібно газополум'яний нагрів замість паяльника, занурення в розплавлений припій. Флюс має бути малоактивним і не викликати корозії. Одночасно він повинен забезпечувати високу паяльну спроможність. З цією метою, як активний флюсуюючий компонент, як і в сполуці-аналогу, вибрано хлористий цинк і карбамід, які приймають участь в підготовці окисленого металу до відновлення. Оскільки максимальна концентрація ZnCl 2 в складі, що пропонується, зменшена в 5 разів, у порівнянні з прототипом для підвищення флюсуючої активності в склад додатково вводиться відносно малоактивна двохосновна негранична малеїнова кислота (НООС-СН=СН-СООН). Для підсилення дії малеїнової кислоти, як розчинника оксидних плівок на поверхні металу до складу флюсу введено формамід (HCONH 2), котрий легко гідролізується, створюючи мурашину кислоту та NH 3: HOC-NH2+H2O→HOC-OH+NH3. Таке поєднання двох компонентів (малеїнової кислоти та формаміду) призводить до повного розчинення оксидних плівок на поверхні основного металу (наприклад, струмоведуча мідна шина) та припою, а також заважає оксидуванню металу після паяння. Це дозволяє значно зменшити кількість (з 50 % до 10 %) корозійно-активних сполук хлору, які утворюються при гідролізі хлористого цинку (ZnCl2+Н2О=Zn(OH)Cl+HCl). В запропонованому складі флюсу оптимальні кількісні співвідношення активних реагентів хлористого цинку, карбаміду, малеїнової кислоти і формаміду підібрані так, щоб забезпечити достатню флюсуючу активність (необхідні змочування та розтікання), не збільшуючи корозійної активності флюсу. Численні дослідження, проведені в Міжвідомчому науково-навчальному фізико-технічному центрі Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова, показали, що при зменшенні концентрації флюсуючих інгредієнтів нижче мінімальних, що заявляються, погіршуються змочування та розтікання припою по поверхні основного металу. При збільшенні концентрацій флюсуючих компонентів вище, ніж ті, що позначені в складі флюсу, що заявляється, має місце підвищення корозії контактних з'єднань, особливо в умовах підвищених вологості та температури. Флюс виготовляють таким чином: всі компоненти у вказаних кількостях у будь-якій послідовності розчиняють в заданій кількості води, шляхом перемішування доводять їх до повного розчинення. Для прискорення процесу розчинення розчин можна підігріти до температури 40 °С. Порівняння технічних характеристик флюсу, що пропонується, і флюсу - найближчого аналога наведено в табл. 2. Залишки флюсу після паяння не вилучали. Далі проводили 2 UA 112120 C2 прискорені випробування зразків в камері вологості при температурі 40 °С та відносній вологості 98 %. Флюсуючу активність складів визначали по значенню коефіцієнта розтічності. Таблиця 2 Технічні характеристики флюсів Технічні характеристики флюсів Флюсуюча активність (коефіцієнт розтічності припою ПОССу 25-2 на зразках з Л-90) Флюс, що пропонується Флюс - найближчий аналог 2,4-2,5 2,3-2,5 Якість паяння 10 15 Відповідає нормативнотехнічним вимогам Корозійна активність залишків флюсів після паяння і прискорених випробувань. 5 Відповідає нормативнотехнічним вимогам Залишки не корозійні. Залишки корозійні. Експериментальна перевірка флюсу, що пропонується, підтвердила досягнення поставленої задачі. Перевагами запропонованого флюсу є: - низька корозійна активність та висока флюсуюча здатність при паянні; - зниження корозійної активності флюсу за рахунок зменшення концентрації хлористого цинку (з 50 мас. % до 10 мас. %), що значно підвищує якість і надійність паяних з'єднань; - зменшення екологічного навантаження на навколишнє природне середовище за рахунок зменшення у складі флюсу концентрації хлористого цинку, залишки якого потребують ретельного відмивання і разом з промивальними водами потрапляють у стічні, які забруднюють навколишнє середовище. Економічна ефективність при впровадженні винаходу досягається тим, що при практично тій же вартості хімічних компонентів (інгредієнтів), що й у складі - найближчому аналогу, значно підвищується якість паяння, знижуються витрати на операцію відмивання вузлів і блоків, підвищується надійність та експлуатаційний (часовий) ресурс апаратури в цілому. Технологія виготовлення флюсу, що пропонується, не змінюється відносно відомих складів. Технологія ж обробки паяних з'єднань (контактів) при цьому значно спрощується. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 Флюс для низькотемпературної пайки і лудіння міді, сталей і сплавів з кольорових металів, який містить суміш хлористого цинку, карбаміду та розчинника, який відрізняється тим, що його склад додатково містить малеїнову кислоту, формамід, а інгредієнти цього складу взяті в наступному співвідношенні, мас. %: хлористий цинк 8,0-10,0 карбамід 3,0-5,5 малеїнова кислота 5,0-10,0 формамід 3,0-5,0 вода решта. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3