Пайка и сварка являются распространёнными методами соединения металлических изделий между собой. На итоговый результат этого процесса влияют применяемый в работе инструмент, предварительная подготовка поверхностей и качество вспомогательных материалов. Для того чтобы понимать зачем нужен флюс при пайке, нужно разобраться в самом процессе таких работ.
Общие сведения о пайке
Пайка представляет собой процесс получения неразъемного соединения материалов путем введения между ними припоя, имеющего меньшую температуру плавления, чем у соединяемых материалов.
Для создания неразрывного соединения спаиваемые детали вместе с припоем соприкасаются, после чего место пайки подвергается нагреву температурой, способной расплавить припой, но не плавящей материалов заготовки. В связи с переходом в жидкое состояние, припой растекается по поверхности деталей и смачивает их, а после прекращения нагрева застывает, образуя прочное соединение.
В зависимости от спаиваемых материалов и условий их дальнейшего применения, различают пайку:
- Низкотемпературную (нагрев до 450 °C). Для этого вида применяют в основном нагрев паяльником, а в качестве припоя используют оловянно-свинцовые, галлиевые и висмутовые сплавы.
- Высокотемпературную (температура выше 450 °C), с применением, как правило, горелки и использованием медно-цинковых и медно-серебряных припоев.
В процессе пайки металлов смачивание во многом зависит от чистоты соединяемой поверхности. С поверхности материала требуется убрать все возможные загрязнения, такие как органические жиры, масла и окислы. Для очищения поверхности и улучшения растекания припоя по материалу применяют различные флюсы.
Требования и характеристика флюсов
Флюсы представляют собой вещество или смесь веществ различного происхождения, предназначенные для удаления окислов металлов и других загрязнений с поверхности пайки, улучшения растекания расплавленного припоя по поверхности, а также защиты спаянной поверхности от различных воздействий окружающей среды. Вне зависимости от вида флюса, он должен иметь температуру плавления меньшую, чем у применяемого припоя, и обладать меньшим удельным весом для того, чтобы припой при растекании вытеснял флюс.
Флюсы принято разделять на несколько разновидностей в зависимости от воздействия на детали до, во время пайки и после неё:
Активные (кислотные). Эти вещества имеют в своей основе сильные кислоты, например, соляную. Как высокоактивный химический реагент, кислотный флюс очень эффективно растворяет оксидные плёнки на поверхности заготовки, но также активно взаимодействует с самим спаиваемым металлом и требует нейтрализации. К сфере применения этого компонента относят пайку меди, чёрных металлов и серебра. Помимо высокой химической активности обладает высокой электропроводимостью, поэтому очень нежелательно применение кислотных флюсов в радиоэлектронике.- Защитные флюсы. В категорию защитных компонентов входят инертные по отношению к металлу флюсы. Применяются исключительно для защиты предварительно очищенных под пайку поверхностей от воздействия внешней среды.
- Антикоррозийные материалы освобождают поверхности металла от коррозии и препятствуют её дальнейшему образованию. Почти всегда основным веществом этой группы флюсов является ортофосфорная, и другие виды кислот, которые не разрушают своим воздействием сам металл и паечный шов, но образуют на их поверхности защитный слой, предохраняющий от окисления.
Паяльные флюсы, согласно ГОСТу, принято разделять не только по виду воздействия на материал, но и по другим характеристикам. Вот некоторые из них:
По температуре активности. Так как флюсы применяются вместе с припоем, то и подразделяются они по температурному интервалу, и бывают низкотемпературными и высокотемпературными.- По природе растворителя: водные, неводные.
- В зависимости от температуры, подразделяются по активатору действия. Так, к низкотемпературным относят: канифольные, кислотные, стеариновые, анилиновые. Высокотемпературными являются галогенидные и боридно-углекислые флюсы.
- По агрегатному состоянию бывают жидкие, пастообразные, твёрдые.
- По механизму воздействия подразделяются на защитные, реактивные, химического и электрохимического действия.
Популярные материалы
В настоящее время известно очень много материалов, каждый из которых в разной степени подходит для определенных целей. Так, флюсами на основе сильнейших кислот очень хорошо зачищать поверхности перед пайкой, но в силу высокой электропроводимости и разрушающих свойств их нельзя применять для работы с радиотехническими материалами. Применение же защитных флюсов не будет так актуально в целях устранения оксидов с поверхностей спаиваемых материалов, но предотвратит их образование с предварительно очищенных металлов.
Для того чтобы обеспечить хорошее качество пайки, необходимо разбираться в видах флюсов. Это гарантирует качество процесса пайки и надёжность полученного соединения. Ниже будут описаны некоторые наиболее распространённые материалы.
Канифоль и кислота
Одним из самых известных и распространённых флюсов является хвойная канифоль. Она представляет собой смесь смоляных кислот, блестит и имеет цвет от тёмно-красного до жёлтого. Различия в цвете обусловлены процентным составом кислоты: чем ее процентное содержание выше, тем темнее будет канифоль.
Хорошо растворяет окислы, частично восстанавливая их до металла с превращением в легкоплавкие смоляные соли. Считается диэлектриком, но, учитывая в составе кислоты и образование гигроскопичных соединений, настоятельно рекомендуется удаление остатков канифоли с места пайки.
Предоставлена как в твёрдом состоянии, так и в виде пасты или жидкости. Твердый вариант неудобен при пайке, но идеально подходит для лужения жала паяльника и проводов.
Для соединения материалов лучше подходит канифоль, растворенная в спирту. Такой жидкий флюс можно как приобрести в магазине, так и сделать самостоятельно. Для этого раскрошенные кристаллы канифоли достаточно развести в спирту до нужной консистенции. Иногда в раствор добавляют глицерин. Покупной вид представлен в виде ЛТИ 120 (20% канифоли, этиловый спирт и добавочные компоненты, такие как солянокислый диэтиламин).
При пайке сильнозагрязненных и окисленных поверхностей канифоль не эффективна, лучше применять более активные флюсы.
Основным применением кислотных флюсов является очищение поверхности пайки от всех лишних загрязнений и окислов. Действие кислотного флюса довольно долгое, что предотвращает от образования новых окислов на очищенной поверхности.
Как правило, основным компонентом является ортофосфорная или соляная кислота. Применение подходит для очистки с поверхности остатков ржавчины и жировых загрязнений и позволяет спаивать практически любые металлы. Считается очень дешёвым и доступным флюсом, что делает ее очень заманчивой в применении.
Тем не менее, это очень опасный в обращении материал. Все работы с ним настоятельно рекомендуется проводить с применением индивидуальных средств защиты, очень желательно вне жилых помещений. Помимо этого, хорошо проводит электрический ток, а даже небольшой остаток этого флюса на поверхности пайки может в дальнейшем разъесть металлы, поэтому не подходит для пайки проводов и радиодеталей.
Паяльный жир
Как и канифоль, является доступным и дешёвым флюсом, и может быть как нейтральным, так и активным, в зависимости от компонентов. В состав входят парафин, канифоль, вазелин, возможны добавки хлоридов цинка и аммония. Хорошо зарекомендовал себя в очищении поверхностей. Это обусловлено тем, что находящиеся в составе парафины очень хорошо вытягивает всю грязь от места пайки. Флюс не дает нагара и медленно испаряется. Учитывая возможные в составе кислотные компоненты, желательно тщательно удалять его с поверхностей материалов.
Высокотемпературная бура
Материал относится к высокотемпературным флюсам, диапазон его испарения лежит в интервале 700−900 °C. Представляет собой порошок, состоящий из натриевой соли борной кислоты, а для получения жидкого варианта следует развести его с борной кислотой и водой. Добавление хлористых и фтористых солей повышает и без того активные свойства буры.
Обычно применяется для сварки медных трубопроводов посредством газовой горелки или строительного фена. Расплавляясь, бура очищает поверхности соединения и растворяет все окислы. После пайки образуется соляной налет, который нужно удалить.
Минеральное масло
Флюсы на основе минеральных масел применяют в ситуациях, когда требуется перекрыть доступ воздуха к очищенным поверхностям материалов. Наиболее распространенным примером служит алюминий, который моментально образует оксидные пленки при контакте с кислородом. Являясь защитным флюсом, масла не имеют в себе других вспомогательных функций, таких как очищение поверхности, поэтому очистка производится под слоем масел механическим способом, например, лезвием ножа или скребком. После очистки производится непосредственно пайка. Удаляют минеральные масла мыльным раствором или спиртом.
Распространенные заменители
Иногда возникают ситуации, когда пайку требуется провести срочно, а подходящего флюса нет в наличии или нет возможности его приобрести. В этом случае можно применять многие подручные материалы, однако результат пайки не будет отличаться высоким качеством, а остатки некоторых веществ токсичны или трудноудаляемые. Из наиболее распространенных заменителей флюсов известны:
- Нашатырный спирт, лимонная и уксусная кислоты могут заменять паяльную кислоту, причем
некоторые из них не требуют дополнительного разведения водой. Токсичны и активны. - Аспирин и салициловая кислота. Наиболее известный заменитель флюса, который применяется очень давно. Тем не менее выделяемые в процессе пайки пары очень токсичны и долго выветриваются, поэтому работы с данным веществом рекомендуется проводить на открытом воздухе. Является активным веществом и требует тщательной промывки.
- Глицерин может помочь при пайке, к тому же зачастую входит в состав канифольных флюсов. Из минусов можно отметить хорошее испарение, остаточное сопротивление и очень высокую гигроскопичность, что может негативно сказаться при пайке радиодеталей.
- Оливковые и растительные масла могут заменить флюсы на основе минеральных и щелочных масел при пайке алюминия. К недостаткам можно отнести специфический запах, образующийся в процессе работы.
Зачистка поверхности
Зачастую компоненты, входящие в состав флюсов, имеют ряд нежелательных физических и химических свойств. К ним можно отнести электропроводимость, гигроскопичность, химическую активность. Учитывая это, требуется нейтрализация и качественное удаление любых остатков флюса после окончания пайки. Для этого, в зависимости от применяемого в процессе материала, применяют спирт или мыльный раствор.
Следует помнить, что на качество пайки очень сильно влияет правильный выбор флюса. За выбор компонента отвечают температура пайки, вид спаиваемых металлов и сфера их эксплуатации. Так, кислотные флюсы могут уничтожать токопроводящие дорожки с печатных плат, поэтому их применение не рекомендуется в радиомонтаже. Для качественной пайки алюминия требуется оградить очищаемую поверхность от воздуха, для чего применяются флюсы на основе минеральных масел. Многие флюсы требуют удаления своих остатков после окончания работ.
