[1]Изобретение относится к области машиностроения, а именно к припоям на основе свинца, в частности к составу припоя для низкотемпературной пайки деталей из цветных и черных металлов, используемых, например, для топливных фильтров, деталей приборов, электро- и радиооборудования.
[2]Из уровня техники известен припой на основе свинца ПСр3, содержащий 2,7-3,3% серебра, свинец - остальное (Справочник по пайке. Машиностроение, 2003 г., стр.89).
[3]Недостатками этого припоя являются использование дорогостоящего металла серебра и невысокая коррозионная стойкость паяных соединений.
[4]Известно техническое решение (Справочник по пайке. Машиностроение, 2003 г., стр.90), в котором для пайки медных сплавов предусмотрено использование припоя ВПр12 следующего состава, в масс.%:
[5]| Олово | 39,0-41,0 |
| Серебро | 4,5-5,5 |
| Медь | 4,5-5,5 |
| Сурьма | 1,5-1,7 |
| Фосфор | 0,1-0,2 |
| Свинец | Остальное |
[6]К недостаткам этого припоя относятся: использование дорогостоящего драгоценного металла серебра, невысокая рабочая температура соединений из-за значительного содержания олова и относительно низкая пластичность, обусловленная высоким содержанием сурьмы.
[7]Известен также припой СК-7 (Справочник по пайке. Машиностроение, 2003 г., стр.90) следующего состава, в масс.%:
[8]| Кадмий | 6,0-10,0 |
| Цинк | 0,5-1,5 |
| Сурьма | 1,0-1,5 |
| Натрий | менее 0,3 |
| Свинец | Остальное |
[9]Данный припой обеспечивает высокий предел ползучести паяных соединений, но содержит значительные количества высокотоксичного кадмия, что приводит к повышению риска для здоровья человека при работе с ним.
[10]Наиболее близким аналогом является припой для лужения и пайки керамики и стеклокерамики, известный из авторского свидетельства СССР №612767, следующего состава, в масс.%:
[11]| Олово | 8-10 |
| Цинк | 10-15 |
| Сурьма | 1-2 |
| Индий | 5-10 |
| Свинец | Остальное |
[12]Недостатками припоя, взятого за прототип, являются невысокая рабочая температура соединений (максимально до 200°C) из-за высокого содержания олова и индия, и низкая пластичность припоя из-за значительного содержания цинка и сурьмы.
[13]Технической задачей изобретения является разработка припоя, обеспечивающего повышение рабочих характеристик паяных соединений.
[14]Техническим результатом настоящего изобретения является повышение прочности при максимальной рабочей температуре 250°C, увеличение коррозионной стойкости паяных соединений, уменьшение брака при пайке.
[15]Поставленный технический результат достигается тем, что предложен припой на основе свинца, содержащий олово, цинк, сурьму, индий, отличающийся тем, что дополнительно содержит медь, натрий, висмут, никель и церий при следующем содержании компонентов, масс.%:
[16]| Олово | 4,0-7,0 |
| Индий | 0,5-2,0 |
| Медь | 0,001-0,1 |
| Сурьма | 0,2-1,0 |
| Натрий | 0,001-0,2 |
| Висмут | 1,0-3,0 |
| Никель | 0,1-0,5 |
| Церий | 0,005-0,1 |
| Цинк | 0,001-0,3 |
| Свинец | Остальное |
[17]Введение дополнительных компонентов в припой на основе свинца в заявленном соотношении с другими компонентами обеспечивает повышение прочности паяных соединений, предпочтительно в диапазоне температуры от 200 до 250°C, увеличение коррозионной стойкости соединений в тропической камере, дистиллированной воде или в камере солевого тумана, а также уменьшение брака паяных соединений.
[18]Примеры осуществления
[19]Предлагаемый припой, как и припой, известный из прототипа, выплавлялся в шамотно-графитовом тигле при нагреве до 400-450°C под слоем активированного угля. В расплавленный свинец вводилось расчетное количество олова. Затем вводилось расчетное количество никеля в виде лигатуры олово-никель. После расплавления лигатуры олово-никель вводят последовательно сурьму, висмут, индий, а затем в виде лигатур церий, цинк и натрий. После расплавления расплав перемешивали и разливали в изложницы. Припой пластичен и может изготавливаться в виде лент и проволоки. В таблице 1 представлены составы предлагаемого припоя согласно настоящему изобретению и припоя, известного из прототипа.
[20]| Таблица 1 |
| Составы предлагаемого припоя и припоя, известного из прототипа, в масс.%. Свинец - остальное |
| № п/п | Олово | Индий | Медь | Сурьма | Натрий | Висмут | Никель | Церий | Цинк |
| 1 | 4,0 | 1,2 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 3,0 | 0,75 | 0,005 | 0,015 |
| 2 | 7,0 | 0,5 | 0,001 | 0,6 | 0,001 | 2,0 | 0,1 | 0,05 | 0,3 |
| 3 | 5,5 | 2,0 | 0,05 | 1,0 | 0,2 | 1,0 | 0,5 | 0,1 | 0,001 |
| Прототип | 8,0-10,0 | 5,0-10,0 | - | 1,0-2,0 | - | - | - | - | 10,0-15,0 |
[21]Оценка прочности нахлесточных паяных соединений проводилась на медных образцах, изготовленных из листов толщиной 2 мм. Величина нахлестки составляла 6,0-6,5 мм, ширина рабочей части образцов - 10 мм. Результаты по прочности паяных соединений представлены в таблице 2.
[22]Пайку предложенным припоем и прототипом осуществляли паяльником мощностью 100 Вт. В качестве флюса использовали флюс спирто-канифольный паяльный (ФКСп).
[23]Оценка прочностных свойств паяных соединений производилась при температурах 20 и 250°C. При температуре 250°C припой, известный из прототипа, находится в расплавленном состоянии (по данным из авторского свидетельства №612767) и поэтому не производились испытания паяных образцов при этой температуре.
[24]Коррозионную стойкость паяных соединений оценивали по изменению их прочностных свойств после шести месяцев испытаний в различных средах (камера солевого тумана, дистиллированная вода или тропическая камера). Поскольку припой, известный из прототипа, не может обеспечить рабочую температуру соединений 250°C, не производились коррозионные испытания соединений, выполненных этим припоем. Результаты на коррозионную стойкость паяных соединений представлены в таблице 3.
[25]| Таблица 2 |
| Прочность на срез нахлесточных соединений меди |
| № п/п | Температура испытаний, °C | Прочность, МПа |
| 1 | 20 | 35,0-40,0 |
| 250 | 15,0-19,0 |
| 2 | 20 | 35,0-39,0 |
| 250 | 17,1-19,5 |
| 3 | 20 | 38,0-41,0 |
| 250 | 16,0-18,0 |
| Прототип | 20 | 30,0-32,0 |
| 250 | 0 |
[26]| Таблица 3 |
| Коррозионная стойкость паяных соединений меди. Потеря прочности после коррозионных испытаний в % |
| Припой по табл.1 | Дистиллированная вода | Тропическая камера | Камера солевого тумана |
| 1 | 0 | 0 | 2,0 |
| 2 | 0 | 0 | 2,0 |
| 3 | 0 | 0 | 3,0 |
[27]По данным из таблиц 2 и 3 видно, что предлагаемый припой имеет высокую прочность при 250°C и хорошую коррозионную стойкость в камере солевого тумана, дистиллированной воде и тропической камере. В то же время припой, известный из прототипа при температуре 250°C, не может обеспечить работоспособность соединений.
[28]Применение предлагаемого припоя при пайке деталей позволит существенно повысить надежность паяных соединений, уменьшить брак при пайке.
