2. Легкоплавкие сплавы и припои

Различают припои двух видов:

Мягкие припои с низкой температурой плавления, обеспечивающие лишь герметичность спая; механические свойства спая, как правило, очень низки, и спаянную деталь поэтому не следует подвергать механическим нагрузкам.

Твердые припои имеют высокую температуру плавления; пайка этими припоями затруднительна, но спай обладает высокими механическими свойствами. Например, спай сплавов на основе меди имеет свойства не хуже, чем основной металл.

В качестве мягких припоев применяют сплавы легкоплавких металлов: свинца, олова, висмута, кадмия, чаще всего сплавы свинца и олова. Наиболее легкоплавким сплавом является сплав, содержащий 62% Sn и 38% Рb (приблизительно 2/3 Sn и 1/3 Pb). В производстве его часто называют третником. Температура плавления сплава 183° С. Стандартное обозначение сплава ПОС-61 (припой, оловянно-свинцовый, 61% Sn). Припои ПОС-40 и ПОС-30 содержат, следовательно, 40 и 30% Sn и имеют, более высокую температуру плавления.

В табл. 4.12 и 4.13 приведены составы сплавов, применяемых для пайки (и лужения).

Таблица 4.12

Олово для пайки и лужения

Марка олова	Sn (не менее)	∑прим (не более)	Назначение
О1	99,90	0,10	Лужение консервной жести
О2	99,56	0,44	Лужение кухонной утвари

Кроме того, олово О1 и О2, а также более низких сортов (О3— 98,35% Sn и О4-96,25% Sn) применяют для пайки и для изготовления баббитов и припоев. Прочность олова при комнатной температуре составляет около 25 МПа, а прочность паяного шва, вследствие образования твердых растворов, с основным металлом и достигает 40—90 МПа и выше.

Твердые припои имеют температуру плавления в интервале 800—900 °С и являются сплавами меди и цинка (латуни) и меди, цинка и серебра (так называемые серебряные припои). Последние применяют при пайке электроприборов, когда электропроводность спая не должна уменьшаться по сравнению с электропроводностью основного металла.

Кроме перечисленных в таблице, находят применение мягкие припои и других марок, например малооловянистые припои ПОС-10, ПОС-5 и некоторые другие, содержащие всего 5 – 10%Sn и поэтому менее дефицитные, чем припои составов, приведенных в табл. 4.13.

Таблица 4.13

Составы и некоторые свойства легких припоев

Марка припоя	Содержание элементов, %
	Sn	Sb
ПОС-90	89 – 90	<0,15
ПОС-61	56 – 61	<0,8
ПОС-50	49 – 50	<0,8
ПОС-40	39 – 40	1,5 – 2,0
ПОС-30	29 – 30	1,5 – 2,0
ПОС-18	17 – 18	2,0 – 2,5
Примечание: остальное – свинец

Кроме оловянно-свинцовых припоев, применяют в оловянно-оцинковые, содержащие 90, 70, 60 и 40% Sn, остальное цинк (марки припоев: ПОЦ-90, ПОЦ-70, ПОЦ-60 и ПОЦ-40).

Наилучшим из этой серии сплавов является припой ПОЦ-90, имеющий самую низкую температуру начала кристаллизации (198° С). Оловянно-цинковые припои, по сравнению с оловянно-свинцовыми, имеют более высокую прочность, меньшую пластичность.

В табл. 4.14 приведены составы свинцово-серебряных припоев. Свинцово-серебряные припои применяют при пайке меди и ее сплавов При пайке меди припоем, содержащим олово, может образоваться соединение Сu₃Sn, что приводит к охрупчиванию шва; в первом случае это явление не должно наблюдаться.

Таблица 4.14

Составы свинцово-серебряных припоев

Марка припоя	Содержание элемента, %
	Ag	Sn	∑прим
ПСр-1,5	1,3 – 1,7	0,75 – 1,25	0,5
ПСр-2,5	2,3 – 2,7	—	0,5
ПСр-3	2,7 – 3,3	—	0,5

В качестве примера твердых припоев в табл. 4.15 приведены некоторые составы серебряных припоев.

Другими твердыми припоями, как уже говорилось, являются латуни, более дешевые, чем серебряные припои.

Таблица 4.15.

Составы серебряных припоев

Марка припоя	Содержание элемента, %
	Cu	Zn	∑прим
ПСр-72	27,3 – 28,5	—	0,25
ПСр-50	49,3 – 50,5	—	0,25
ПСр-45	29,5 – 30,5	24 – 26,5	0,59
ПСр-25	39 – 41	33,5 – 37	0,50
ПСр-10	52 – 54	35,5 – 39	0,50

К легкоплавким сплавам относят обычно сплавы с температурой плавления ниже 230°С (т.е. ниже температуры плавления олова). Компонентами этих сплавов являются металлы, имеющие низкую температуру плавления (свинец, олово, висмут, индий, ртуть).

Легкоплавкие сплавы применяют, например, для различных предохранительных пробок и вставок, в качестве особо легкоплавких припоев, а также в качестве материала для анатомических слепков и т. д.

Маркируются легкоплавкие металлы буквой Л и цифрой, показывающей температуру плавления сплава.

Основные марки легкоплавких сплавов указаны в табл. 4.16. К ним следует отнести и оловянно-свинцовые припои (ПОС-90 и ПОС-61).

Наконец, сплавы с добавкой ртути (называются амальгамами) имеют температуру плавления ниже 100° С. Наиболее легкоплавкий металлический сплав из известных в природе (сплав с 8,5% Тi, 91,5% Hg) плавится при —59°С.

Таблица 4.16

Химический состав легкоплавких сплавов

Марка сплава	Sn	Pb	Cd	Bi	Zn, In
Л199	91,1	—	—	—	8,9 Zn
Л183	61,9	38,1	—	—	—
Л141	50,0	30,0	—	20,0	—
Л145	49,8	32,0	18,2	—	—
Л130	52,0	30,0	13,0	5,0	—
Л96	18,75	31,25	—	50,0	—
Л68	12,5	25,0	12,5	50,0	—
Л58	12,0	18,0	—	60,0	21,0 In
Л47	8,3	22,6	5,3	44,7	19,1 In