Сплавы — макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже — металлов и неметаллов) с характерными металлическими свойствами. В более широком смысле сплавы — любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, неорганических соединений и т. д. Многие сплавы были известны в глубокой древности и уже тогда имели обширное практическое применение. Техническое значение металлических сплавов объясняется тем, что многие их свойства (прочность, твердость, электрическое сопротивление) гораздо выше, чем у составляющих их чистых металлов.
Называют сплавы исходя из названия элемента, содержащегося в них в наибольшем количестве. Элементы, вводимые в сплав для улучшения их свойств, называют легирующими, а сам процесс — легированием.
По характеру металла-основы различают черные сплавы (основа — Fe), цветные сплавы (основа — цветные металлы), сплавы редких металлов, сплавы радиоактивных металлов. По числу компонентов сплавы делят на двойные, тройные и т. д.; по структуре — на гомогенные (однородные) и гетерогенные (смеси), состоящие из нескольких фаз; по характерным свойствам — на тугоплавкие, легкоплавкие, высокопрочные, жаропрочные, твердые, антифрикционные, коррозиоиностойкие, сплавы со специальными свойствами и др. По технологии производства выделяют литейные (для изготовления деталей методом литья) и деформируемые (подвергаемые ковке, штамповке, прокатке, прессованию и др. видам обработки давлением).
Структура и получение. Физико-химической основой создания сплавов являются диаграмма состав-свойство и диаграмма состояния соответствующих систем, позволяющие определять свойства сплава в условиях их термической обработки. Диаграммы состояния строят на основании экспериментальных данных или расчетным путем с использованием различных термодинамических моделей. В настоящее время в той или иной степени диаграммы состояния известны для большинства имеющих практическое значение двойных и тройных систем.
Сплавы в кристаллическом состоянии представляют собой поли-кристаллические тела, состоящие из большого числа мелких (10 — 3 -10 —7 м), различно ориентированных по отношению друг к другу кристаллов, называемых кристаллитами или зернами. Фазы кристаллических сплавов представляют собой твердые растворы или химические соединения двух или более металлов.
Максимальное, количество равновесных фаз в сплавах определяется числом составляющих его компонентов. Форма, размеры и характер взаимного расположения фаз в сплаве характеризуют его структуру. Различают макроструктуру (строение сплава, видимое невооруженным глазом или при увеличении в 30-40 раз) и микроструктуру {строение сплава, наблюдаемое с помощью светового или электронного микроскопа с увеличением в 100 тыс. раз).
Осаждение сплава олово-свинец
... соли ведет к резкому увеличению содержания металла в сплаве. 3. ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВА ОЛОВО-СВИНЕЦ Оловянно-свинцовые сплавы имеют светло серый цвет. Покрытия такими сплавами легко паяются и сохраняют способность ... за счет многослойности. 2. ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВОВ. Часто в промышленности используются покрытия, состоящие не из чистых металлов, а из сплавов. Некоторые металлы вообще не осаждаются в чистом ...
Макроструктуру обычно исследуют по излому и на специальных макрошлифах. Кристаллические сплавы имеют зернистый (кристалличический) излом. По нему судят о размерах зерна, условиях выплавки и кристаллизации, термической обработке и свойствах сплава. Микроструктура показывает взаимное расположение фаз, их форму и размеры. Для изучения микроструктуры из сплава изготовляют микрошлиф, т. е. небольшой образец, одну из плоскостей которого тщательно шлифуют, полируют и подвергают травлению. По микроструктуре можно оценить величину некоторых механических свойств сплава./1/
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СПЛАВЕ
Оловянно-свинцовые сплавы имеют светло серый цвет. Покрытия такими сплавами легко паяются и сохраняют способность к пайке длительное время (в отличие от чистого олова).
Такие покрытия также хорошо обеспечивает спекание деталей. Покрытия оловянно-свинцовыми сплавами применяют для защиты изделий от коррозии в морской воде и ряде других агрессивных сред.
Сплав может быть осажден в весьма широких диапазонах по составу. Наибольшей химической стойкостью обладает сплав с содержанием свинца и олова по 50 %. Оловянно-свинцовые сплавы с содержанием олова от 5 до 17 % применяют как антифрикционные, особенно в сочетании с маслами, где чистый свинец легко растворяется. Покрытия такого состава также выполняют роль смазки при штамповке деталей из листовой стали./2/
Значительное распространение в промышленности получили сплавы на основе свинца и олова с добавлением легирующих элементов. Эти сплавы применяются, в основном, для работы трущихся деталей в тяжелых условиях, в частности, двигателей внутреннего сгорания, когда коррозионное воздействие топлив и масел при повышенной температуре воздействует на свинец.
Стандартный потенциал олова — 0,136 В., Стандартный потенциал свинца — 0,126 В.
Катодные и равновесные потенциалы свинца и олова довольно близки, поэтому самоосаждаются из растворов простых солей. Свинец и олово не образуют ни твердых растворов, ни химических соединений.
ДИАГРАММА ПЛАВКОСТИ СИСТЕМЫ СВИНЕЦ-ОЛОВО
Область I отвечает жидкому раствору; области II и III — твердым растворам. В участках. Заштрихованных нодами, система состоит из двух фаз. Лля выяснения возможных превращений в системе растворим равновесные состояния. Через которые проходят при охлаждении два различных раствора.
По мере отвода теплоты от жидкого раствора, исходное состояние которого характеризуется фигуративной точкой k, температура понижается и фигуративная точка опускается. Точка l отвечает предельному охлаждению выделяется твердый раствор, состав которого меняется по линии солидуса со; состав равновесного с ним жидкого раствора меняется по линии ликвидуса са . Таким образом, например, фигуративной точке всей системы m отвечают точки m // и m/ равновесных жидкого и твердого растворов. В момент достижения температуры. Которой отвечает точка n, система состоит из жидкого раствора а и твердого раствора о.
Нанесение и получение металлических покрытий химическим способом
... покрытие не на любой металл. Металлические покрытия делят на две группы: коррозионностойкие; протекторные. Например, для покрытия сплавов на основе железа в первую группу входят никель, серебро, медь, свинец, ... растворов для нанесения химических покрытий олова, хрома, свинца и некоторых сплавов. 2.1 Подготовка поверхности изделий перед нанесением покрытий Подготовка поверхностей перед нанесением ...
Жидкий раствор а. как показывает диаграмма, может находиться в равновесии одновременно с двумя твердыми растворами о и р.
ПОКРЫТИЯ СПЛАВОМ ОЛОВО-СВИНЕЦ
Свинцовые покрытия применяют для защиты металлических изделий от воздействия серной кислоты, сернистых газов и других сернистых соединений. При взаимодействии свинцовых покрытий с серной кислотой или ее солями на поверхности деталей образуется пленка сернокислого свинца, которая защищает металл от дальнейшего разрушения. Другие кислоты (органические и неорганические) реагируют со свинцовыми покрытиями, а в присутствии щелочей покрытия разрушаются.
На воздухе окисляется только поверхность покрытий (без проникновения вглубь).
В дистиллированной воде они ведут себя хуже, чем в технической, что объясняется образованием пленки из углекислого свинца за счет растворенной в воде углекислоты. Механическая прочность освинцованных железных изделий значительно выше свинцовых, так как свинец мягче железа.
Свинцеванию подвергают изделия из стали, чугуна, меди, алюминия и их сплавов. В целях надежной защиты деталей от коррозии применяют непористые свинцовые покрытия толщиной 70—150 мкм. Чаще свинец используют в сплавах с другими металлами. Так, например, сплавы свинца с оловом или висмутом применяют для улучшения паяемости; с медью и оловом — для покрытия вкладышей, работающих на трение; с серебром — для улучшения износостойкости; с золотом — для придания своеобразных декоративных оттенков; с иридием или таллием — для повышения допустимых давлений и скоростей скольжения и т. д.
Составы электролитов и режимы свинцевания. Для получения свинцовых покрытий большой толщины применяют триполифосфатный электролит (в г/л):
Na 5 Р3 07 ……………………… 100-150
РЬ (в виде металла) ……. 15-20
Трилон Б ………………..30-40
Желатина ……………………0,1-0,3
Режим электролиза: температура электролита 50—60°С, i К = 0,5 — 0,8 А/дм2 , iа = 0,15 А/дм2 , аноды — из свинца; nк = 70-100%. Покрытия получают светлыми и с мелкокристаллической структурой любой толщины.
С увеличением температуры электролита предельный ток снижается, а равновесный потенциал катода несколько сдвигается в сторону положительных значений. При введении в электролит трилона Б и желатины и прочих равных условиях кривая катодной поляризации сдвигается в сторону отрицательных значений. Сдерживающим фактором в общем электрохимическом процессе свинцевания с использованием полифосфатного электролита является анодный процесс, так как происходит значительная пассивация, что приводит к частой механической очистке поверхности анода от пассивной пленки или удалению ее в растворах азотной кислоты.
Наряду с приведенным составом применяют борфтористоводородный электролит (в г/л):
2РЬСО э* РЬ(ОН)2 ………. 200-250
НF…………………………. 50-60
Н э ВОэ ………………………. 20-25
Клей столярный ………. 0,2
Режим электролиза: температура электролита 15—25°С, i к = 1,0-
1,5 А/дм 2 , аноды — из свинца. Из такого электролита получают непористые покрытия толщиной > 100 мкм. При повышении концентрации Н3 В03 увеличивается стабильность электролита и исключается возможность образования шлама из фтористого свинца.
Для свинцевания применяют и сульфаматный электролит (в г/л):
Сульфамат свинца ……………………………………. 50 — 150
Сульфамииовая кислота (свободная) ………… 50-100
Клей столярный ………………………………… 1 — 1,5
Режим электролиза: температура электролита 15 —25°С, рН = 1 — 1,5, i К = 1,5 — 2 А/дм2 , аноды — из свинца; необходимо перемешивание электролита. Стальные детали перед свинцеванием в таком электролите следует меднить или никелировать.
Независимо от состава электролита свинцовые аноды не должны содержать сурьму, медь, серебро. Последние вызывают шероховатость покрытия. Незначительное содержание Вi, Sn и Zn не оказывает влияния на качество свинцовых осадков./3/
ЗАЩИТНОЕ ПОКРЫТИЕ СПЛАВОМ ОЛОВО-СВИНЕЦ (ПОС-60)
Защитные покрытия проводящего рисунка на платах должны выполнять в основном две функции: защиту проводников при вытравливании меди, т. е. роль металлорезиста, и пайку выводов радиоэлементов.
В качестве металлорезиста могут быть использованы различные сплавы олова, серебро, золото, однако при пайке на волне расплавленного припоя хорошую растекаемость припоя с применением канифольных флюсов обеспечивает только сплав олово—свинец, соответствующий эвтектическому сплаву ПОС-60.
Другие сплавы олова и чистое олово для покрытия печатных плат непригодны не только из-за быстрой потери способности к пайке на волне припоя, но и вследствие склонности покрытий к иглообразованию после длительного хранения и практической невозможности их оплавления.
Особую ненадежность плат при длительном хранении и монтажно-сборочных операциях создает введенное в практику некоторых предприятий покрытие олово—кобальт и олово—висмут с содержанием легирующих присадок в количестве 0,005—0,05 %. В условиях серийного производства эти присадки исчезают из покрытия и на проводниках получается по существу покрытие из чистого олова, которое, как хорошо известно, быстро теряет способность к пайке, подвержено разрушению при низких температурах и росту очень прочных, пронизывающих любые материалы игольчатых кристаллов («вискеры», «усы»).
Даже при наличии указанных присадок на отдельных предприятиях, применивших покрытия олово—кобальт и олово—висмут, имели место случаи иглообразования, а плохая способность к пайке вынудила предприятие применить дополнительное лужение сплавом Розе, что ведет к чрезвычайно нерациональному расходу олова и других ценных металлов (висмут).
Серебро, применявшееся для этой же цели на отдельных предприятиях, в настоящее время исключено из производственной практики как драгоценный металл и как металл, способный к миграции в диэлектрик, что приводит к снижению электроизоляционных свойств печатных плат.
Олово легко образует электролитические сплавы со свинцом, в которых соотношение олова и свинца зависит от состава электролита и режимов электроосаждения.
Концентрация солей олова и свинца в электролите определяет и соотношение металлов в осадке, однако при одном и том же составе электролита имеет место значительный разброс в составе сплава в зависимости от содержания поверхностно-активных веществ. Так, например, при снижении содержания олова в сплаве в электролит добавляют столярный клей, вследствие чего возрастает содержание олова. Это явление обусловлено тем, что некоторые поверхностно-активные вещества, увеличивая катодную поляризацию более электроположительного металла, т. е. свинца, снижают скорость его осаждения по сравнению с осаждением олова, в результате чего увеличивается содержание олова в сплаве. Это имеет большое значение при нанесении покрытия на печатные платы, так как условия осаждения сплава олово-свинец в отверстии и на проводнике значительно отличаются. Вследствие большого различия в плотности тока сплав олово-свинец на проводнике более богат оловом, чем сплав в отверстии. В результате этого смачиваемость припоем стенок отверстий и контактных площадок различна, что отрицательно влияет на качество пайки, осуществляемой на волне припоя. С целью обеспечения хорошей растекаемости припоя следует применять также электролиты, которые позволяют получать одинаковый по составу сплав в большом диапазоне рабочей плотности тока. Стабильный по всей плате состав сплава необходим также и для того, чтобы обеспечить качественное выполнение операции оплавления.
В производстве печатных плат получили распространение фторборатные электролиты, обеспечивающие осаждение сплава, содержащего 60 % олова. Состав приведен в табл.1.
Таблица1. Электролиты для получения олово-свинцового покрытия
|
Компоненты и режим работы |
Номер раствора |
||
|
1 |
2 |
||
|
Фторборат олова (в пересчете на металл) Фторборат свинца (в пересчете на металл) Борфторнстоводородная кислота (свободная) Борная кислота Пептон или мездровый клей Гидрохинон Температура, °С Катодная плотность тока, А/дм 2 |
50—60 25—40 40-75 25—30 3-5 1,0 18—25 1-2 |
14—18 7—9 250—280 20—30 4—6 0,8—1,0 18—25 1—2 |
|
Скорость осаждения сплава при плотности тока 2 А/дм 2 -1 мкм/мин.
Электролит 1 (ГОСТ 23770—79) широко применяется в гальванотехнике для покрытия металлических деталей. Неоднородность состава сплава на отдельных участках печатных плат колеблется в пределах 40—60 % по олову, поэтому сплав плохо оплавляется и при монтажно-сборочных операциях возникает необходимость горячего обслуживания плат припоем ПОС-60.
Электролит 2 рекомендован отраслевой нормативно-технической документацией для покрытия печатных плат. Значительное увеличение содержания борфтористоводородной кислоты по отношению к солям олова и свинца обеспечивает достаточно однородный состав сплава при различных плотностях тока в пределах 0,5—2,0 А/дм 2 . Однако повышенное содержание НВР4 обусловливает более агрессивное воздействие электролита на фоторезисты, а фоторезист на основе поливинилового спирта слабо устойчив в нем, что приводит к так называемым пробоям в процессе нанесения гальванического покрытия. Корректирование электролита по основным компонентам производится по данным химического анализа не реже двух раз в месяц; корректирование электролита по добавочным компонентам (пептон, клен и др.) — на основе данных табл. 1, определяющей причины тех или иных неполадок, связанных с присутствием ПАВ.
По мере накопления органических примесей производится периодическая очистка электролита от них посредством обработки активированным углем с последующей фильтрацией. В результате подобной обработки теряются органические добавки, введенные в электролит при его приготовлении, поэтому необходимо эти добавки вводить в полном объеме в соответствии с заданным составом (табл. 2).
С целью замены дорогостоящей борфтористоводородной кислоты па более дешевый материал на ряде предприятий применяют кремнефторидные электролиты, полученные на основе кремнефтористо-водородной кислоты , являющейся отходом производства фосфорнокислых удобрений и поэтому более дешевой и доступной.
Таблица 2. Основные неполадки при покрытии сплавом олово—свинец
|
Характер неполадок |
Возможные причины |
|
|
Ухудшение способности к пайке Шероховатость покрытия («набросив) Осаждение «подгорелых» покрытий, склонность к дендритообразованию Плохая рассеивающая способность Недостаточное количество олова в сплаве Полосчатость покрытия |
Изменение состава сплава; накопление в электролите меди более 0,05 г/л Накопление механических примесей Поинжеииое содержание НВF 4 ; недостаток клея или другого ПАВ Недостаток свободной НВF 4 , недостаток выравнивающих добавок Пониженное содержание олова в электролите, недостаток клея или другого аналогичного ПАВ, избыточное количество свинца в электролите, интенсивное перемешивание, пониженная катодная плотность тока Накопление органических примесей вследствие выщелачивания фоторезистов или попадания масел с механизмов, обслуживающих ванны |
|
Состав электролита (г/л)
Кремнефторид свинца…………………………. 17—25
Кремнефторид олова…………………………… 50—80
Кремнефтористая кислота (свободная)….. 40—60
а-нафтол …………………………………..…… 0,2
Тиомочевина……………………………………….. 12—13
Желатина…………………………………………….. 2
Температура электролита — 18—25 °С, катодная плотность тока для получения сплава, содержащего 60 % олова, должна составлять 1,3—1,5 А/дм 2 . При отклонениях плотности тока от этих значений состав сплава изменяется в соответствии с законами электрохимии.
Для электроосаждеиия сплава олово—свинец с содержанием олова 60±5 % институтом неорганической химии АН Латв. ССР разработан электролит следующего состава (г/л) :
Олово (в пересчете иа металл)…………35—40
Свинец (в пересчете на металл) ……. 20—25
Пирофосфат калия, свободный………..130—250
Солянокислый гидразин………………….8—12
Добавка ДДДМ…………………………….. 1,0
Гидролизованиый клей………………… 1,5
Величина рН 8,3—8,9. температура электролита 18—28 °С, катодная плотность тока 2—4 А/дм 2 .
Солянокислый гидразин стабилизирует содержание Sn 2+ , предотвращая его окисление до четырехвалентного состояния.
Добавка ДДДМ представляет собой соединение: 4,4 диамино 3,3 диметокендифенилметаи к в сочетании с клеем обуславливает постоянство содержания олова в сплаве в рабочем интервале плотностей тока.
Основным преимуществом пирофосфатного электролита является его меньшая агрессивность по отношению к -фоторезисту, чем у фторборатиого электролита, поэтому в нем меньше накапливается продуктов разложения, которые включаясь в покрытие, ухудшают его качество.
Для обеспечения постоянства состава сплава, а также стабильности его физико-химических свойств необходимо руководствоваться следующими рекомендациями.
- Перемешивание электролита осуществляют медленным покачиванием плат в процессе электролиза (период качания 1-2 с)/ Более интенсивное покачивание вызывает снижение катодной поляризации свинца и его увеличение в составе сплава.
- Во избежание заноса в электролит сульфат-иона перед нанесением покрытия операцию активирования проводят в 10 %-ном растворе борфтористоводородиой кислоты и без промывки переносят платы в ванну для покрытия сплавом.
- Аноды из сплава олово-свинец с 60 %-ным содержанием олова и 40 %-ным — свинца применяют в виде металла, поставляемого по ТУ 48-13-20-77.
В том случае, если они готовятся на месте сплавлением свинца и олова, следует следить за тем, чтобы в этих металлах примеси меди, висмута, сурьмы, мышьяка и железа не превышали 0,003 % от каждого вида примесей.
- С целью исключения возможности накопления меди в электролите необходимо не допускать падения плат на дно ванны и не поднимать уровень электролита в ванне выше крючков, на которых висят аноды.
Удаление сплава олово—свинец с разъемов печатных плат производят химическим растворением покрытия в одном из следующих растворов: раствор 1—борфториставодородная кислота (330 мл), пергидроль (70 мл), вода (до 1 л).
Температура раствора 18—25 °С. Продолжительность обработки 3—5 мин; раствор 2 — азотная кислота (400—500 мл/л), фторборатная медь (5—10 г/л), препарат ОС-20 (2—5 г/л).
Температура раствора 18—25 °С, скорость растворения 3—4 мкм/мин./4/
ОСВЕТЛЕНИЕ И ОПЛАВЛЕНИЕ ПОКРЫТИЯ ОЛОВО-СВИНЕЦ
химический сплав олово свинец
Осветление покрытия.
В результате применения щелочных растворов травления оловянно-свиицовое покрытие частично растворяется в этих растворах и образующиеся продукты растворения в виде темного шлама обволакивают поверхность покрытия и препятствуют выполнении) последующих операций (оплавление или пайка выводов электрорадиоэлементов).
Для удаления травильного шлама с поверхности покрытия платы погружают в так называемый осветляющий раствор состава: тиомочевина — 80—85 г/л; соляная кислота (1,19) — 50—60 мл/л; этиловый спирт или синтанол ДС-10— 5—6 мл/л; продукт ОС-20—8—10 мл/л. Температура раствора 18— 25 °С, продолжительность обработки 1—1,5 мин.
Раствор приготовляют следующим образом. Ванну (1/5 объема) заполняют водой и вливают в нее соляную кислоту. Затем отдельно растворяют тиомочевину и вливают полученный раствор в ванну.
К смеси приливают спирт и продукт ОС-20, после чего доливают ванну водой до уровня.
С целью снижения стоимости расходуемых материалов можно применять технические продукты: тиомочевину по ТУ 6-09-4041—75; этиловый спирт.
Операцию осветления можно проводить в растворах, отличающихся по составу от вышеприведенного.
Так, например, фторборатный раствор состава: борфтористо-водородная кислота — 100 мл, тиомочевина — 100 г, смачиватель ОП-7—10 мл, вода — до 1 л осветляет покрытие при температуре 50— 60 °С в течение 1—2 мин.
Оплавление покрытия.
Гальваническое покрытие олово—свинец типа ПОС-60 представляет собой эвтектический сплав, температура плавления которого 183 °С. Покрытие поэтому легко расплавляется и в жидком виде стекает с поверхности проводников на их боковые стенки. Оплавление покрытия — несложная операция, но она обеспечивает получение ряда преимуществ, поэтому применяется в производстве более ответственных по назначению плат. Оплавление покрытия преследует следующие цели: превратить губчатую и склонную к коррозии поверхность в гладкую блестящую; защитить боковые стенки проводников от коррозии и электрокоррозии в случае, если два соседних проводника в условиях эксплуатации разнополярны; улучшить способность к пайке после длительного (более 1 г) хранения; устранить «навесы» металла по кромкам проводников; исключить возможность роста нитевидных кристаллов («усов») в условиях длительного хранения, и эксплуатации; снизить на 15—20 °С температуру расплавленного припоя при пайке на волне; исключить из технологического процесса операцию горячего облуживания; контролировать качество проводящего рисунка, так как операция оплавления является достаточно жестким испытанием для плат.
Оплавление осуществляют погружением в жидкий теплоноситель или воздействием инфракрасного излучения. В первом случае в качестве теплоносителя применяют жидкости, обладающие устойчивостью при температурах 220—240 °С, и негорючие — при этих же условиях. Такими жидкостями являются лапрол (ТУ 6-05-1679—74), масло ТП-22 (ТУ 38-1013-60— 73), олиго-эфир ОЖ-1 (ТУ 6-05-221-489—81).
Оплавление обычно производят погружением на 15 с в нагретый до 230± 10 °С теплоноситель. Наиболее эффективным является оплавление на волне теплоносителя ОЖ-1 в автоматической установке, аналогичной установке для пайки на волне припоя, в которой контакт платы с жидкостью длится не более 5 с при температуре жидкости 220—230 °С. После оплавления покрытия жидкость ОЖ-1 смывается горячей водой. В случае использования масла ТП-22 отмывка его производится трихлорэтиленом.
Операцию отмывки лучше всего производить в установках, где струйная промывка сочетается с механическим воздействием вращающихся щеток. В последней секции отмывочного агрегата устанавливаются валки, которые отжимают воду с поверхности плат.
Сушка плат может осуществляться с помощью ТЭНов или керамических нагретых панелей, которые испаряют влагу за счет инфракрасного излучения во время перемещения платы по конвейеру между нагретыми поверхностями.
Оплавлению в инфракрасных лучах предшествует флюсование в спиртоканифольном флюсе или в растворе состава (масс, доли, %): олеиновая кислота — 20; этиловый спирт — 35; продукт ОС-20—45. Вязкость флюса по ВЗ-4 равна 12—15 с.
Раствор приготавливают посредством смешивания олеиновой кислоты со спиртом и затем в нагретую до 45—55 °С смесь вводят при помешивании продукт ОС-20. Флюс наносят окунанием и подсушивают на воздухе в течение 3—5 мин. Продукт ОС-20 по истечении нескольких дней употребления флюса выпадает в осадок, поэтому периодически флюс необходимо прогревать для растворения этого продукта.
В установках для оплавления в инфракрасном излучении скорость конвейера меняется для того, чтобы продолжительность облучения, увеличивалась по мере увеличения толщины платы. Так, для плат толщиной 1 мм скорость конвейера 1,2—1,3 м/мин, а для плат толщиной 2 мм скорость конвейера 1,0—1,1 м/мин.
Для защиты плат от коробления применяют рамки из текстолита, в которые вставляются платы перед укладкой их на конвейер. После оплавления флюсы смываются: спирто-канифольный — в спирто-бензиновой смеси; олеиновый — в теплой воде (50—55 °С) в течение 5—10 мин. Качество отмывки водорастворимых флюсов и жидких теплоносителей можно значительно повысить, используя ультразвуковые установки.
Следует обратить внимание на то, что толщина оловянно-свинцового покрытия на платах должна быть минимальной (не более 15 мкм), в противном случае происходят большие наплывы металла в отверстиях, каплеобразоваиие и другие дефекты./4/
ОСАЖДЕНИЕ СПЛАВА ОЛОВО — СВИНЕЦ
Электрооосаждение покрытий сплавом олово — свинец проводится во фторборатных, кремнийфтористых, пирофосфатных, перхлоратных, сульфаматных и феносульфоновых электролитах.
Наиболее широко используются фторборатные электролиты. В этих электролитах можно получить сплавы любого состава — от чистого свинца до чистого олова путем регулирования состава электролита и режима электролиза. При этом для данного состава электролита большей плотности тока соответствует повышенное содержание олова в катодном осадке, т.к. потенциал свинца несколько благороднее потенциала олова. Выход сплава по току близок к теоретическому из-за высокого перенапряжения водорода на свинце, олове и оловянно — свинцовые сплавах. Олово в электролиты вводят анодным растворением. После приготовления электролиты необходимо проработать током при катодной плотности тока около 2 А/дм 2 .
СОСТАВ (г/л) ФТОРБОРАТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА ПРИ 18 25 С СПЛАВОВ ОЛОВА СО СВИНЦОМ.
|
Электролит |
Pb(BF 4 )2 |
Sn(BF 4 )2 |
HBF 4 |
H 2 BO3 |
Клей столярный |
i, А/дм 2 |
Sn, % (в сплаве) |
|
|
1 |
50 — 60 |
5 — 10 |
100 — 140 |
— |
— |
1 — 2 |
5 — 11 |
|
|
2 |
100 — 200 |
50 — 75 |
100 — 200 |
15 — 25 |
1 — 3 |
1 — 3 |
5 — 17 |
|
|
3 |
100 — 120 |
30 — 40 |
250 — 300 |
25 — 40 |
1 — 2 |
1 — 2 |
20 — 25 |
|
|
4 |
15 — 20 |
25 — 30 |
250 — 300 |
25 — 30 |
3 — 5 |
1 — 2 |
60 |
|
В электролите 1 содержится 1 г/л желатина. В электролите 4 содержится 0,8 — 1,0 г/л гидрохинона.
Присутствие клея или другого коллоида в электролите необходимо для получения осадков с мелкокристаллической структурой, а также для обеспечения необходимого содержания олова в осадке. С увеличением содержания клея увеличивается содержание олова в сплаве, а при полном отсутствии клея выделяется один свинец.
Фенолсульоновый электролит применяют для нанесения прочносцепленных оловянно — свинцовых покрытий на подшипниковые сплавы, содержащие олово (баббиты и бронзы).
П ирофосфатные электролиты имеют более высокую рассеивающую способность, чем фторборатные, отличаются простотой приготовления и неагрессивностью. Электролиз ведут обычно при перемешивании. Содержание олова в покрытии увеличивается при увеличении температуры и плотности тока. Выход по току (анодный) может достигать 100%.
Кремнийфтористые электролиты очень дешевы./5/
ЭЛЕКТРОЛИТЫ ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВОВ СВИНЦА С ОЛОВОМ.
|
Электролит |
Состав, г/л. |
t, С. |
i, А/дм 2 |
Аноды |
Sn, % (в сплаве) |
|
|
Фенол-сульфоновый |
Фенолульфоновые: Свинец 100 — 130, Олово 25; Кислота 60 — 90, Желатин 2 |
20 — 40 |
1 — 2 |
Сплав с 10 % Sn |
8 — 12 |
|
|
Пиро-фосфатный |
Нитрат свинца 15 — 18, Пирофосфаты олова 20 — 22, Пирофосфаты натрия 120. |
60 |
0,5 — 4 |
Сплав с 10 % Sn |
1 — 12 |
|
|
Кремний фтористый |
Кремнийфториды:
Клей столярный 1 |
18 — 25 |
4 — 5 |
Сплав Pb с Sn |
16 — 18 |
|
ПРИМЕНЕНИЕ СПЛАВА
Чаще всего оловянные сплавы применяют в качестве антифрикционных материалов или припоев. Первые позволяют сохранять машины и механизмы, уменьшая потери на трение; вторые соединяют металлические детали.
Одна треть олова идет на изготовление припоев. Припои — это сплавы олова в основном со свинцом в разных пропорциях в зависимости от назначения. Сплав, содержащий 62% Sn и 38% Pb, называется эвтектическим и имеет самую низкую температуру плавления среди сплавов системы Sn — Pb. Он входит в составы, используемые в электронике и электротехнике. Другие свинцово-оловянные сплавы, например 30% Sn + 70% Pb, имеющие широкую область затвердевания, используются для пайки трубопроводов и как присадочный материал. Применяются и оловянные припои без свинца. Сплавы олова с сурьмой и медью используются как антифрикционные сплавы (баббиты, бронзы) в технологии подшипников для различных механизмов. Современные оловянно-свинцовые сплавы содержат 90-97% Sn и небольшие добавки меди и сурьмы для увеличения твердости и прочности. В отличие от ранних и средневековых свинецсодержащих сплавов, современная посуда из cплавов олова безопасна для использования.
Обычный припой (третник) представляет собой сплав примерно одной части свинца с двумя частями олова. Он широко применяется для соединения (пайки) трубопроводов и электропроводов. Из сурьмяно-свинцовых сплавов делают оболочки телефонных кабелей и пластины аккумуляторов. Сплавы свинца с кадмием, оловом и висмутом могут иметь точку плавления, лежащую значительно ниже точки кипения воды (~70° C); из них делают плавкие пробки клапанов спринклерных систем противопожарного водоснабжения. Пьютер, из которого ранее отливали столовые приборы (вилки, ножи, тарелки), содержит 85-90% олова (остальное — свинец).
Подшипниковые сплавы на основе свинца, называемые баббитами, обычно содержат олово, сурьму и мышьяк. Из всех антифрикционных сплавов наилучшими свойствами обладают оловянные баббиты, в составе которых до 90% олова. Мягкие и легкоплавкие свинцовооловянные припои хорошо смачивают поверхность большинства металлов, обладают высокой пластичностью и сопротивлением усталости. Однако область их применения ограничивается из-за недостаточной механической прочности самих припоев.
УДАЛЕНИЕ ОЛОВЯННЫХ И СВИНЦОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Один из эффективных щелочных растворов, получивших наиболее широкое применение для снятия олова со стали, имеет следующий состав (г/л):
NaOH…120
Нитроароматическое соединение…30
Режим обработки:
Из нитроароматических соединений рекомендуют нитробензойную кислоту и ее соли, в присутствии которых растворение олова в щелочи значительно ускоряется.
Кислый раствор для удаления олова с меди и латуни имеет следующий состав (г/л):
FeCI 3 *6H2 O…75-100
CuSO 4 *5H2 O…135-160
Ледяная уксусная кислота…175
Режим обработки:, Окислителями в этом растворе служат ионы
Олово хорошо растворяется в щелочном растворе, содержащем 0,5н. NaNO 3 при создании гальванической пары с угольным электродом, более положительным относительно олова.
Удаление некачественных свинцовых покрытий можно производить химическим или электрохимическим способом. Наиболее простой электрохимический способ заключается в анодном растворении свинца в 10%-ном растворе щелочи при температуре 60-70 о С и аеодной плотности тока ik =3 А/дм2 . В раствор рекомендуется добавлять глицерин или сегнетову соль./3/
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Олово легко образует сплавы со многими металлами. Оловянные покрытия имеют хорошее сцепление с основой, обеспечивают хорошую коррозионную защиту и красивый внешний вид. Оловянные и оловянно-свинцовые покрытия можно наносить, погружая специально приготовленный предмет в ванну с расплавом, однако большинство оловянных покрытий и сплавов олова со свинцом, медью, никелем, цинком и кобальтом осаждают электролитически из водных растворов. Наличие большого диапазона составов для покрытий из олова и его сплавов позволяет решать многообразные задачи промышленного и декоративного характера.
Одним из недостатков покрытий чистым оловом является быстрая потеря способности к пайке (после 1—2 недель), а также образование самопроизвольно растущих нитевидных кристаллов («вискеров» или «усов»), что недопустимо при изготовлении радиоэлектронных приборов, особенно печатных плат. Легирование олова висмутом, никелем, свинцом, кобальтом предотвращают как возникновение «усов», так и аллотропные видоизменения олова при низких температурах, сопровождающиеся превращением его в порошкообразное состояние («оловянная чума»).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/olovo-svinets-tsink-i-ih-splavyi/
Химическая энциклопедия: В 5т.: т.4: Полимерные — Трипсил/ Редкол.: Зефиров Н.С.(гл. ред.)и др. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — 639с.
Беленький М.А., Иванов А.Ф. Электроосаждение металлических покрытий. Справ. изд. М.: «Металлургия», 1985. — 288с.
Мельников П.С. Справочник по гальванипокрытиям в машиностроении. — М.: Машиностроение. 1979. — 296с.
Ильин В.А. Технология изготовления печатных плат. — Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение 1984. — 77с. (Б-чка гальванотехника/Под ред. П.М.Вячеславов; Вып 9).
Практикум по прикладной электрохимии: Учебное пособие для вузов/Н.Г. Бахчисарайцьян, Ю.В. Борисоглебский, Г.К. Буркат и др.; Под ред. В.Н. Варыпаева, В.Н. Кудрявцева. — 3-е изд., перераб. — Л.: Химия,1990. — 304с.
