1 МАТЕРІАЛИ ДЛЯ РЕМОНТУ ТА ВІДНОВЛЕННЯ

МЕТАЛЕВИХ ЧАСТИН АВТОМОБІЛЯ

1.1 Припої. Їх класифікація та застосування при ремонті  автомобіля

1.1.1 Поняття до припою та вимоги припоїв

Припоєм називається метал або сплав, що виконує роль зв'язки при з'єднанні твердих металевих тіл методом паяння. При паянні місця з'єднання і припій нагріваються. Оскільки припій має температуру плавлення значно меншу, ніж у металів, що сполучаються, то він плавиться, тоді як метали, що спаюються, залишаються твердими. На межі зіткнення розплавленого припою і твердого металу відбуваються складні фізико-хімічні процеси. Припій змочує метал, розтікається по ньому і заповнює зазори між деталями, що сполучаються. При цьому припій дифундує в основний метал, основний метал розчиняється в припої, внаслідок чого утворюється проміжний прошарок, який після застигання сполучає деталі в одне ціле.

Вимоги, що  пред'являються до припоїв:

- температура плавлення (fusing point) припою повинна бути менше температури плавлення паяних металів;

- розплавлений припій повинен добре змочувати паяний метал і легко розтікатися по його поверхні;

- у розплавленому стані припій повинен володіти високою текучістю, необхідною для хорошого заповнення шва;

- міцність і пластичність (ductility property) припою повинні бути достатньо високими;

- у парі з металами, що спаюються припій повинен бути корозійностійким;

- коефіцієнт термічного розширення припою не повинен різко відрізнятися від коефіцієнта розширення металу основи;

- припої, що застосовуються для паяння (soldering) струмопровідних виробів, повинні мати високу електропровідність;

- метали, що входять до складу припою, не повинні бути дефіцитними і надмірно дорогими.

1.1.2 Класифікація припоїв

Найраціональніше ділити всі припої на класи за температурою плавлення:

- легкоплавкі (з температурою плавлення нижче 400-500°С, до них відносяться припої на олов’яній, свинцевій, кадмієвій, вісмутовій і цинковій основах);

- тугоплавкі (з температурою плавлення вище 400-500°С, до них відносяться припої на мідній, срібній, золотій, алюмінієвій, магнієвій і нікелевій основах).

Рекомендації по застосуванню легкоплавких припоїв приведені в    таблиці. 1.1.

Таблиця 1.1 - Рекомендації по застосуванню припоїв

Марка припою	Температура плавлення, °С	Область застосування
Авіа-1 Авіа-2	200 250	Паяння тонкостінних деталей з алюмінію і його сплавів
Сплав Розі Сплав Дарсе Сплав Вуда	97,3 79,0 60,5	Паяння і лудіння, коли потрібна особливо низька температура плавлення припою
ПОС 90	222	Паяння деталей і вузлів, що піддаються надалі гальванічній обробці (сріблення, золочення)
ПОС 61	190	Паяння тонких спіральних пружин у вимірювальних приладах і інших відповідальних деталях із сталі, міді, латуні, бронзи, коли недопустимий або небажаний високий нагрів в зоні паяння. Паяння тонких (діаметром 0,05- 0,08 мм) обмотувальних проводів, зокрема високочастотних (літцендрата) виводів обмоток, радіоелементів і мікросхем, монтажних проводів в поліхлорвінілової ізоляції. Паяння, в тих випадках, коли потрібна підвищена механічна міцність і електропровідність
ПОС 50	222	Те саме, але коли допускається висока                 температура нагріву
ПОС 40	235	Пайка товстих проводів струмопровідних деталей невідповідального призначення, наконечників, з'єднань проводів з пелюстками, коли допускається вищий нагрів, ніж для ПОС 61 або ПОС 50
ПОС 30	256	Лудіння і паяння механічних деталей невідповідального призначення з міді і її сплавів, сталі і заліза
ПОС 18	277	Паяння при знижених вимогах до міцності шва, лудіння перед паянням. Паяння деталей невідповідального призначення з міді і її сплавів, оцинкованого заліза і сталі
ПОССу 4-6	265	Паяння зануренням у ванну з розплавленим припоєм
ПОСК 50	145	Паяння деталей з міді і її сплавів, що не допускають місцевого перегріву. Паяння напівпровідникових приладів
ПОСВ 33	130	Паяння плавких запобіжників
ПОСК 47-17	180	Паяння проводів і виводів елементів до шару срібла, нанесеного на кераміку методом випалювання

Букви ПОС в марці припою означають припій олов'яно-свинцевий, цифри - вміст олова у відсотках. Для набуття спеціальних властивостей до складу олов'яно-свинцевих припоїв вводять сурму, кадмій (cadmium), вісмут (bismuth) і інші метали. Наприклад, ПОССу 4-6 - олов'яно-свинцевий припій з додаванням сурми, ПОСК 50 - кадмія, ПОСВ 33 - вісмута.

Випускають легкоплавкі припої у вигляді литих чашок, прутків, дроту, стрічок фольги, порошків, трубок діаметром від 1 до 5 мм, заповнених каніфоллю, а також у вигляді паст, складених з порошку припою і рідкого флюсу.

Найпоширеніші тверді припої - мідно-цинкові (ПМЦ) і срібні (ПСР). Рекомендації по застосуванню тугоплавких припоїв приведені в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 - Рекомендації по застосуванню тугоплавких припоїв

Марка припою	Температура плавлення, °С	Область застосування
ПМЦ-36 мідно-цинковий	825-950	Паяння деталей з міді, мідних сплавів
ПМЦ-54	860-970	Паяння деталей з міді, мідних сплавів
ПСР-15 срібний	635-810	Паяння зовнішніх деталей і складальних одиниць з міді, мідних сплавів і сталі
ПСР-45	600-725	Паяння зовнішніх деталей і складальних одиниць з міді, мідних сплавів і сталі
ПМТ-45 мідно-титановий	950	Паяння деталей з титану і його сплавів

1.1.3 Призначення флюсів. Дані про флюси

Роль флюсу в процесі паяння комплексна і зводиться до:

- очищення поверхні твердого металу;

- зменшення поверхневого натягнення розплавленого металу;

- висадження на поверхні твердого металу металевих іонів, як наявних в самому флюсі, так і що утворюються за рахунок розчинення припою у флюсі.

Численні і різносторонні досліди показують, що звести механізм дії флюсу до якого-небудь одного чинника, мабуть, неможливо. Правильніше вважати цей механізм комплексним, таким, що включає цілий ряд взаємозалежних процесів, що протікають паралельно.

Флюси (gumboil) розчиняють і видаляють оксиди (oxide) і забруднення з поверхні паяного з'єднання. Крім того, під час паяння вони захищають від окислення (oxidation) поверхню металу, що нагрівається, і розплавлений припій. Все це сприяє збільшенню розпливання припою, а отже, поліпшенню якості паяння.

Матеріали, пропоновані як флюси для паяння електронних виробів, можуть відноситися до флюсів із вмістом смоли і без вмісту смоли. Всі  флюси із вмістом смоли мають іоногені компоненти, від яких плати потрібно очищати.

Основу флюсів із вмістом смоли  складає каніфоль, що є сумішшю органічних кислот. Головний компонент цієї суміші - абієтінова кислота. Органічні кислоти - такі як саліцилова, молочна, стеаринова, лимонна, мурашка і так далі - також можуть бути використані для підготовки поверхні до паяння, проте, через їх більшу активність, вони вимагають акуратнішого звернення і ретельної промивки виробів після паяння. Ці кислоти, як і деякі їх з'єднання, частіше використовуються як активатори і добавки до флюсів на основі каніфолі.

Рівень кислотності флюсу на основі чистої каніфолі дуже малий, але в результаті її розчинення і в процесі нагріву при паянні відбувається її активація. Процес активації каніфолі починається при температурі біля      170ºС. При сильному нагріві (більш 300ºС) відбувається інтенсивне розкладання каніфолі і втрата її флюсуючих властивостей.

Флюс вибирають залежно від металів, що сполучаються паянням, або сплавів і вживаного припою, також від характеру складально-монтажних робіт. Залишки флюсу, особливо активного, і продукти його розкладання потрібно видаляти відразу після паяння, оскільки вони забруднюють місця з'єднань і є вогнищами корозії.

1.1.4 Класифікація флюсів імпортного виробництва

Тип «R» (rosin - каніфоль) є чистою каніфоллю в твердому вигляді або розчинену в спирті, етілацетаті, метиленетілкетоні і подібних розчинниках. Це найменш активна група флюсів, тому її використовують для паяння по свіжих поверхнях або по поверхнях, які були захищені від окислення в процесі зберігання. Відповідно, до рекомендацій вітчизняного галузевого стандарту ОСТ 400.033.200, ця група флюсів не вимагає видалення їх залишків після паяння.

Тип «RMA» (rosin mild activated - злегка активована каніфоль) - група  флюсів із вмістом смоли з різними комбінаціями активаторів: органічними кислотами або їх з’єднаннями. Ці флюси володіють вищою активністю  порівняно з типом R. Передбачається, що в процесі паяння активатори випаровуються без залишку. Але очевидно, що процес паяння повинен бути гарантовано завершений повним випаровуванням активаторів. Такі гарантії може забезпечити тільки машинне паяння з автоматизацією температурно-тимчасових процесів (температурного профілю паяння).

Тип «RA» (rosin activated - активована каніфоль). Ця група флюсів призначена для промислового виробництва електронних виробів масового попиту. Не дивлячись на той факт, що даний вид флюсу відрізняється вищою активністю порівняно із згаданими вище, він підноситься рекламою, якщо не вимагає відмивання, оскільки його залишки нібито не проявляють видимої корозійної активності.

Тип «SRA» (super activated rosin - надактивована каніфоль). Ці флюси були створені для нестандартних застосувань в електроніці. Вони можуть використовуватися для паяння сплавів, які мають вміст нікелю,  нержавіючих сталей і матеріалів типу сплаву ковар. Флюси типу SRA дуже агресивні і вимагають ретельного відмивання за будь-яких обставин, тому їх використання в електроніці строго регламентоване.

Тип «No clean» (не вимагає змиву). Ця група спеціально створена для процесів, де немає можливості використовувати подальше відмивання плат або вона утруднена через якісь причини. Основна відмінність цієї групи полягає у вкрай малій кількості флюсу на платі після закінчення процесу паяння.

При монтажі електро- і радіоапаратури найширше застосовуються каніфоль і флюси, що готуються на її основі з додаванням неактивних речовин, спирту, скипидару, гліцерину. Залишок каніфолі негігроскопічний і є хорошим діелектриком. Дані про флюси наведені в таблиці 1.3.

Таблиця 1.3 -  Дані про флюси

Склад, %	Область застосування	Спосіб видалення залишків
1	2	3
Безкислотні флюси
Каніфоль світла	Паяння міді, латуні, бронзи легкоплавкими припоями	Протирання кистю або тампоном, змоченим в спирті або ацетоні
Каніфоль - 15-18; спирт етиловий - останнє (флюс спирто-каніфоль-ний)	Те саме, і паяння в важкодоступних місцях	Те саме
Каніфоль-6; гліцерин-14; спирт (етиловий або денатурований) - останнє (флюс гліцерино-каніфольний)	Те саме, при підвищених вимогах до герметичності паяного з'єднання	Те саме
Активні (кислотні) флюси
Хлористий цинк - 25-30; соляна кислота - 0,6-0,7; вода - останнє	Паяння деталей з чорних і кольорових металів	Ретельна промивка у воді
Хлористий цинк (насичений розчин) - 3,7; вазелін технічний - 85; дистильована вода, - останнє (флюс-паста)	Те саме, коли по роду роботи зручніше користуватися пастою	Те саме
Каніфоль - 24; хлористий цинк - 1; спирт етиловий - останнє	Пайка кольорових і дорогоцінних металів (зокрема золото), відповідальних деталей з чорних металів	Промивка в ацетоні
Продовження таблиці 1.3
1	2	3
Каніфоль-16; хлористий цинк - 4; вазелін технічний - 80 (флюс-паста)	То ж, для отримання з'єднань підвищеної міцності, але тільки деталей простій конфігурації, що не утрудняє промивку	Те саме
Хлористий цинк - 1,4; гліцерин - 3; спирт етиловий - 40; вода дистильована - останнє	Пайка нікелю, платини і сплавів, в які входить платина	Ретельна промивка у воді

 

1.1.5 Паяння алюмінію

Паяння алюмінію припоями ПОС важке, але все таки можливе, якщо олов'яно-свинцевий припій містить не менше 50% олова (ПОС 50, ПОС 61, ПОС 90).

Як флюс застосовують мінеральне масло. Кращі результати виходять при використанні лужного масла (для чищення зброї після стрільби). Задовільну якість паяння забезпечує мінеральне масло для швейних машин у точних механізмів.

На місце паяння наносять флюс і поверхню алюмінію під шаром масла зачищають скребком або лезом ножа, щоб видалити оксидну плівку, яка є завжди на поверхні алюмінію. Паяють добре нагрітим паяльником. Для паяння тонкого алюмінію достатня потужність паяльника 50 Вт, для алюмінію товщиною 1 мм бажаніша потужність 90 Вт. При паянні алюмінію товщиною більше 2 мм, місце паяння потрібно заздалегідь прогріти паяльником і лише після цього наносити флюс.

Паяння алюмінію припоєм П250А. Припій містить 80% олова і 20% цинку. Корозійна стійкість паяних швів, виконаних припоєм П250А, нижче, ніж виконаних олов'яно-свинцевими припоями.

Флюсом є суміш олеїнової кислоти і йодиду літію. Йодид літію                   (2- 3 г) поміщають в пробірку або колбу і додають 20 мл (близько 20 г) олеїнової кислоти (до складу флюсу може входити від 5 до 17% йодиду літію). Суміш злегка підігрівають, опустивши пробірку в гарячу воду, і перемішують до повного розчинення солі. Готовий флюс зливають в чистий скляний посуд і охолоджують. Якщо використовується водна сіль літію, то при її розчиненні на дно пробірки опускається шар водної суміші, а флюс спливає, і його обережно зливають. Перед паянням жало добре прогрітого паяльника (температура жала повинна бути близько 350°С) зачищають і лудять припоєм П250А, користуючись чистою каніфоллю. Поверхні деталей, що сполучаються, змочують флюсом, лудять і паяють. Після охолоджування залишки флюсу видаляють тампоном з тканини, змоченим в спирті, і покривають шов захисним лаком. Флюс в процесі паяння не виділяє токсичних або таких, що володіють різким запахом, речовин. З тканини і шкіри рук він легко змивається водою з милом.

1.1.6 Паяння ніхрому

Паяння ніхрому (ніхром з ніхромом, ніхром з міддю і її сплавами, ніхром із сталлю) може бути здійснене припоєм ПОС 61, ПОС 50, гірше – ПОС 40 із застосуванням флюсу наступного складу:

1) вазелін – 100 г;

2) хлористий цинк в порошку – 7 г;

3) гліцерин – 5 г.

Флюс готують у фарфоровій ступці, в яку кладуть вазелін, а потім додають, добре перемішуючи до отримання однорідної маси, послідовно, хлористий цинк і гліцерин.

Поверхні, що сполучаються, ретельно зачищають шліфувальною шкіркою і протирають ваткою, змоченою в 10%-му спиртному розчині хлористої міді, флюсують, лудять і лише після цього паяють.

1.1.6 Паяльні пасти

При паянні в домашніх умовах припій, зазвичай, наносять за допомогою гарячого паяльника. Контролювати кількість розплавленого припою, що переноситься паяльником, украй важко. Воно залежить від температури плавлення припою, температури і чистоти жала, а також від інших чинників. Не виключено при цьому попадання крапель розплавленого припою на провідники, корпуси елементів, ізоляцію, що призводить іноді до небажаних наслідків. Це примушує вести роботу украй обережно і акуратно, та все ж буває важко добитися хорошої якості паяння. Полегшити і поліпшити паяння можна за допомогою паяльної пасти. Для приготування пасти напилком подрібнюють припій і змішують його тирсу із спирто-каніфольним флюсом. Кількість припою в пасті підбирають досвідченим шляхом. Якщо паста вийшла дуже густою, в неї додають спирт. Зберігати пасту потрібно в посуді, що щільно закривається. На місце паяння пасту наносять невеликими дозами металевою лопаткою. Застосування паяльної пасти дозволяє уникнути перегріву малогабаритних деталей і напівпровідникових приладів.

Вiнницький нацiональний технiчний унiверситет