Редкий рассказ о пайке, если он достаточно подробный, обходится без упоминания паяльных флюсов. Это легко объяснимо, если вы понимаете физику процессов, которые происходят при соединении двух, одинаковых или разнородных, металлов при помощи расплава третьего. Как нас учат теория и практика, самыми общими этапами производства пайки будут следующее:
- разогрев зоны пайки (места будущего соединения);
- расплавление припоя от температуры коренного материала или источника нагрева;
- заполнение припоем, перешедшим в жидкую фазу в процессе нагревания, пустот паяльного шва путем затекания в них;
- диффузия, или проникновение на молекулярном уровне, припоя в поверхностные слои материала спаиваемых деталей;
- формирование паяльного шва и замоноличивание соединения при переходе припоя назад в твёрдую фазу, т.е. застывании.
Трудно сказать, что флюсы для пайки выполняют вспомогательную функцию в роли второстепенного материала, зная, насколько они облегчают, а то и вовсе обеспечивают возможность пройти 3-й и 4-й этапы. И вот почему.
Флюсы для пайки – это техническое наименование класса веществ, с органической и неорганической природой происхождения, обладающих при расплавлении свойствами:
- по удалению оксидной пленки в зоне пайки, образующейся на металлах из-за естественного окисления и предохранение от образования окислов под воздействием температур при разогреве;
- по увеличению свойства текучести припоя (за счёт снижения поверхностного натяжения жидкости расплава), что способствует лучшей его растекаемости по пустотам;
- по улучшению свойства смачивания материалов, т.е. способности силе сцепления молекул расплавленного припоя с молекулами спаиваемого материала преобладать над силой взаимного притяжения молекул в жидкости расплава.
Видите совпадение? Удаление оксидов и защита от их новообразования обеспечивает возможность диффузии, а повышенная смачиваемость способствует усилению процесса взаимопроникновения металлов. Рост текучести же ведет к максимальному заполнению пустот на стыке и создаёт наибольшую площадь, где эта диффузия может произойти.
Как и любой класс веществ, имеющих промышленное значение, состав, область применения, разделение по свойствам флюсов для пайки регламентируются ГОСТами. Так, согласно одному из них, а именно ГОСТ 19250-73 «Флюсы паяльные. Классификация», агрегатное состояние флюсов может быть:
- твёрдым;
- жидким;
- пластичным (пастообразным).
Механизм, при помощи которого флюс для пайки выполняет свою работу, бывает:
- защитного действия;
- химический;
- электрохимический;
- реактивной природы.
Есть ещё разделение по виду растворителя, если он применяется. Важным разделом классификации выступает градация флюсов на:
- низкотемпературные, у которых фаза активации рабочих свойств наступает в пределах диапазона температур до 450°С, и
- высокотемпературные, у которых упомянутый процесс начинается при нагреве выше 450°С.
Самый известный представитель группы «а», канифоль, имеет температуры размягчения/плавления в диапазоне 50/70÷100/130°С, применяется при низкотемпературной пайке свинцово-оловянными припоями, обладает свойством растворения оксидов и повышает смачиваемость. Пригоден для работ со сталью, медными сплавами, самой медью, цинком, другими цветными металлами, за исключением алюминия. К этой же группе относятся активные, или кислотные флюсы, представляющие из себя растворы и смеси хлористого цинка в соляной кислоте, воде, спирте, куда могут добавляться вазелин, канифоль, глицерин – для придания нужного агрегатного состояния. Применяются они при пайке черных, цветных (например, никеля) металлов и их сплавов. Используются в работе драгоценными (в т.ч. платиной) металлами. Специалистам также известны стеариновые, фторборатные, анилиновые, гидразиновые, и галогенидные низкотемпературные флюсы из этой группы. Последний из перечисленных классов, галогенидный, наряду с борно-углекислыми веществами образуют состав группы «б» - высокотемпературную. Такие вещества используются при пайке т.н. твердыми припоями, с температурой плавления порядка 800-1150 °С. Вот классические представители этой группы:
- бура (она же – тетраборат натрия, натриевая соль борной кислоты);
- борная кислота;
- смесь первых двух.
Эти вещества, как по отдельности, так и будучи смешанными, выполняют все функции, из-за которых применяются флюсы, т.е. борются с оксидами и обеспечивают текучесть для максимальной адгезии. Применяются они во всем диапазоне паяльных работ: со сталью, медью, золотом, серебром и многими другими материалами.
Ещё один взгляд на многообразие флюсов, как веществ, можно сделать через призму видов материалов, подвергаемых пайке. Таким образом, укрупнённо, выделяют следующие группы:
- для пайки легированных нержавеющих сталей. Сюда входят бура, смесь её с борной кислотой, ортофосфорная кислота;
- для пайки черных металлов применяют активные флюсы, хлориды цинка и аммония;
- для электротехнических работ, где важны требования к электропроводности и стойкости к окислению, применяют нейтральные флюсы из канифоли и её растворов в спиртах, смесь бензина со спиртами, глицерин и слабокислотные флюсы. Применение двух последних подразумевает промывку места соединения после производства работ;
- для работ с алюминием применяют ортофосфорную кислоту, щелочные масла по типу оружейных и тех, что применяются для точных механизмов, 5-17% смесь йодида лития олеиновой кислотой с механической зачисткой оксидных плёнок уже под слоем флюса.
Как при промышленном производстве, так и при самостоятельном изготовлении, исполнение агрегатного состояния готовых флюсов подстраивается под технологию применения в процессе пайки.
Твёрдый вид флюса сам по себе используется редко, как правило, непосредственно используют для флюсования уже расплав твёрдого вещества. Макание паяльника в кристалл канифоли – как раз пример такого применения. Вариант – включение флюса в твёрдом состоянии в состав припоя для одновременного их расплава. По такому принципу изготавливают полые трубки из материала припоя, внутренний объем которых и заполняется флюсом. Там, где контактные зоны открыты и пространны, подходят порошки – частный случай твёрдого вида. Один из плюсов мелкодисперсной фракции – легкость добавления в процессе работ, на уже разогретые поверхности. Жидкости незаменимы как при труднодоступности зазоров под пайку, так и наоборот, при больших площадях, когда можно использовать нанесение кистью или вообще, окунание. Ещё один вид – пасты, в которых действующие вещества включаются в вязкое связующее. Тогда, когда важны точность нанесения, способность прилипнуть к поверхности – выбирают, по возможности, их. По возможности – справедливо будет сказано и относительно других агрегатных состояний, потому как удобство нанесения всё же вторичный критерий выбора флюсов, первичным же остаётся технологическая пригодность применения.
Ну и в завершение сложной темы, отсылающей нас то к химии, то к физике, то к металловедению, приведем пару, как сейчас говорят, лайфхаков из области «практического флюсования», подтверждающие парадигму о том, что не всё с виду сложное является таковым, особенно при творческом подходе к вопросу и при невероятной доступности информации в современном мире.
При пайке особо гибких многожильных медных проводов очень затруднительно зачистить их и механическим способом (тонкие жилы рвутся от воздействия инструмента даже при небольших усилиях воздействия), и путем обжигания – жилы малых диаметров легко попросту пережечь, если не физически, то до недопустимой потери прочности. Выручит вас полихлорвиниловая трубка, или кусочки изоляции. Прижимая разогретым паяльником жилы провода к полихлорвинилу на несгораемой подложке, аккуратно, лишь легко надавливая, пару тройку раз «проглаживают» жилки. Такая обработка разрушает эмалевое покрытие, удаляет оксидирование – лужение произведено, обработка канифолью этого участка уже не понадобится.
Ну и еще фокус. Алюминий, один из самых сложных материалов для пайки, в отсутствие специальных средств отлично флюсуется покрытием тонким слоем канифоли, поверх которого сразу же натирается таблеткой обыкновенного аспирина, что суть ацетилсалициловая кислота. Затем, сильно раскаленным паяльником, производят лужение поверхности оловянно-свинцовым припоем с равным содержанием этих металлов, аккуратно дозируя усилие давления жала на место обработки. Следом остатки флюса удаляют при помощи ацетона в несколько приёмов, чередуя с нагреванием. После такой обработки производят пайку обычным оловянным припоем, содержащим цинк.
Видите? Никаких загадок и заумностей, и таких хитростей не счесть. Так что дерзайте, пробуйте, приобщайтесь к знаниям, изучайте чужой опыт и приобретайте свой, всё получится, было бы желание.