Опыт разработки и освоения производства припойной продукции
Покупка
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Первое экономическое издательство
Автор:
Дьяков Виталий Евгеньевич
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 140
Дополнительно
Вид издания:
Монография
Уровень образования:
ВО - Магистратура
ISBN: 978-5-91292-412-5
Артикул: 801004.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Целью авторской монографии является обобщение исследований по разработке и освоению производства припоев, сплавов, флюсов, паст по запросу заказчиков. Разработаны аппараты производства порошков и ленточных припоев. С помощью лабораторий институтов СО РАН исследованы методами ИК, ЯМР, ЯГР, спектроскопии импортные образцы флюсов, припоев, паст и разработаны аналоги флюсов из доступных реагентов. После сравнительного исследования свойств разработанных и импортных образцов трубчатых припоев с флюсом и паст порошков с флюсом, одобренных потребителем, они приняты к производству. Особое внимание
уделено освоению производства припоев для пайки алюминия и медно-фосфористых припоев. Дополнительно показаны возможности центробежной регенерации припоев с отходов производства их использования, а также разделения металлов электропереносом из вторичных отходов сложного состава. Монография предназначена для инженерно-технических работников производственных предприятий и студентов учебных заведений.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Магистратура
- 11.04.04: Электроника и наноэлектроника
- 13.04.02: Электроэнергетика и электротехника
- 15.04.01: Машиностроение
- 22.04.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.04.02: Металлургия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
В.Е. Дьяков ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ОСВОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПРИПОЙНОЙ ПРОДУКЦИИ монография Vitaly E. Dyakov EXPERIENCE IN THE DEVELOPMENT AND DEVELOPMENT OF PRODUCTION SOLDER PRODUCTS (monograph) Москва 2021
УДК 669 ББК 34.3 Д93 Р е ц е н з е н т ы : Олейникова Н.В. – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры метал- лургии цветных металлов Института цветных металлов и материаловедения ФГОАУ ВО «Сибирский федеральный университет». Кокоева Н.Б. – кандидат технических наук, доцент кафедры металлургии цветных металлов и автоматизации металлургических процессов ФГБОУ ВО СКГМИ (ГТУ). Дьяков В.Е. Д93 Опыт разработки и освоения производства припойной продукции: моно- графия / В.Е. Дьяков. – Москва: Первое экономическое издательство, 2021. – 140 с. ISBN: 978-5-91292-412-5 DOI: 10.18334/9785912924125 Целью авторской монографии является обобщение исследований по разработ- ке и освоению производства припоев, сплавов, флюсов, паст по запросу заказчиков. Разработаны аппараты производства порошков и ленточных припоев. С помощью лабораторий институтов СО РАН исследованы методами ИК, ЯМР, ЯГР, спектроскопии импортные образцы флюсов, припоев, паст и разработаны анало- ги флюсов из доступных реагентов. После сравнительного исследования свойств раз- работанных и импортных образцов трубчатых припоев с флюсом и паст порошков с флюсом, одобренных потребителем, они приняты к производству. Особое внимание уделено освоению производства припоев для пайки алюминия и медно-фосфористых припоев. Дополнительно показаны возможности центробежной регенерации припоев с отходов производства их использования, а также разделения металлов электропере- носом из вторичных отходов сложного состава. Монография предназначена для инже- нерно-технических работников производственных предприятий и студентов учебных заведений. Ключевые слова: припои, порошки, флюсы, паяльные пасты, пайка меди, алю- миния. © Дьяков В.Е., 2021 © Оформление, дизайн обложки Первое экономическое издательство, 2021 ISBN: 978-5-91292-412-5
Реферат В авторской монографии описывается работа научно-исследова- тельской заводской лаборатории в сфере освоения производства при- поев, флюсов по запросу потребителей. В первых пяти главах описывается процесс разработки и освое- ния производства различных припоев, сплавов, порошков и лент. В следующих двух главах рассматривается опыт освоения технологии получения флюсов и паяльных паст и постановки их в производство. В последующей главе обсуждаются варианты регенерации припоев из вторичного сырья и разделения металлов из металлических отходов. Монография предназначена для инженерно-технических работников производственных предприятий и студентов учебных заведений.
Содержание Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Глава 1. Разработка и освоение производства припоев . . . . . . . . . . .7 1.1. Модифицирование оловянно-свинцовых припоев . . . . . . . . . . .7 1.2. Разработка технологии получения фосфорной лигатуры для припоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 1.3. Освоение производства припоя ПОИнМ-0,5-2 . . . . . . . . . . . . 13 1.4. Освоение производства припоя ПОСВи-36-4 для лужения печатных плат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.5. Поисковые работы по разработке бессвинцовистого припоя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.6. Припой для безогневой пайки газопроводов . . . . . . . . . . . . . . 21 1.7. Разработка и освоение производства легкоплавкого висмутового сплава . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Глава 2. Разработка технологии производства баббита БК-2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.1. Разработка восстановительного варианта получения баббита БК-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Глава 3. Освоение производства ленточных оловосодержащих припоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Глава 4. Освоение производства припоев для пайки алюминия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.1. Низкотемпературные припои для пайки алюминия на основе олова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 4.2. Припои для пайки алюминия на основе олова и цинка . . . . . 38 4.3. Разработка припоя на основе цинка для пайки алюминия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.4. Освоение производства припоя 34А для пайки сплавов на основе алюминия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Глава 5. Освоение производства медно-фосфористых припоев для пайки меди . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.1. Освоение производства ленты медно-фосфористых припоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Глава 6. Разработка производства порошков оловосодержащих припоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 6.1. Разработка способа и аппарата получения порошков . . . . . . 56 6.2. Освоение ультразвукового распыления порошка припоя для паст . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 6.3. Сепарация порошков припоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 6.4. Модификация поверхности порошков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Глава 7. Разработка флюсов и освоение их производства . . . . . . . 77 7.1. Освоение производства активного раскисляющего флюса для трубки припоя . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 7.2. Канифольный флюс без хлора для пайки электроники . . . . . 80 7.3. Флюс низкотемпературной пайки алюминия припоем с флюсом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 7.4. Разработка и освоение флюса высокотемпературной пайки алюминия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 7.5. Освоение производства твердого флюса 34а для пайки алюминия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Глава 8. Разработка и освоение производства паст для пайки . . . 97 8.1. Разработка и освоение производства паяльных паст для автопрома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 8.2. Разработка и освоение паст пайки радиоэлектронной аппаратуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 8.3. Разработка пасты для пайки медных сплавов . . . . . . . . . . . . 108 8.4. Исследование качества порошка для пасты . . . . . . . . . . . . . . . 112 8.5. Освоение производства медно-фосфористой пасты . . . . . . 119 Глава 9. Обзор по регенерации припоев из отходов производства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 9.1. Разделения отходов легкоплавких сплавов диафрагменным электролизом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Введение Припои находят широкое применение в машиностроении и радиоэлектронике. Технический прогресс непрерывно предъявляет повышенные требования к новым свойствам припоев и качеству сплавов и изделий из них, таких как трубчатый припой, паяльные пасты. Причем изменения требований к продукции все время ускоряются, и годовое планирование разработок не оправдывает себя. Требуется оперативная реакция производителя на запросы потребителя. Цель авторской монографии – показать опыт разработки продукции и освоения ее производства во взаимодействии с заказчиком и привлечением инструментальных исследований исследовательских институтов. В трех главах приведен опыт разработки припоев и сплавов по запросу потребителей, разработки аппаратуры производства порошков припойной продукции, ленточного припоя. В двух главах описано освоение производства припоев для пайки алюминия и медно-фосфо- ристых припоев для пайки медных изделий. Особое внимание уделено разработке флюсов, аналогов импорт- ным, освоению трубчатых припоев с флюсом и их производству. Сравнительными испытаниями разрабатывались паяльные пасты на основе порошков припоев для пайки радиоэлектронной аппаратуры и медно-фосфористой пасты для пайки медных изделий. В заключение авторской монографии сделан обзор вариантов реге- нерации припоев из вторичных отходов паяных изделий.
Глава 1. Разработка и освоение производства припоев Припои широко применяются во всех отраслях промышленности. Отдельные узлы радиоэлектронного и электрического оборудования соединяются методом пайки. При пайке припои выполняют роль связки в металлических изделиях. Припои на оловянно-свинцовой основе обладают высокой коррозионной стойкостью, пластичностью, низкой температурой плавления, хорошей жидкотекучестью и смачи- ваемостью. Качество припоя определяется его смачиваемостью, на которую оказывает влияние величина поверхностного натяжения на границе раздела между жидким и твердым металлами [1]. Ухудшает смачива- ние сера, находящаяся в припое. Содержание серы 0,03% в припое счи- тается опасным. В высококачественных припоях количество серы не должно превышать несколько частей на миллион [2]. Такие примеси, как алюминий, магний, цинк, железо, также оказывают вредное вли- яние на смачивание и на механические свойства соединений, паяных оловянно-свинцовыми припоями. Знание влияния тех или иных эле- ментов на технологию пайки в индивидуальных условиях позволяет использовать приемы их удаления или нейтрализовать модифициру- ющими добавками. 1.1. Модифицирование оловянно-свинцовых припоев Основное назначение оловянных припоев – это смачивание метал- лических поверхностей. Поэтому технологи постоянно ищут условия повышения характеристики смачиваемости припоев, особенно для пайки радиоэлектронной аппаратуры. Одним из факторов, влияющих на растекаемость припоя по паяемой поверхности, является содержание растворенного кислорода в припое. Наиболее совершенным способом считается переплавка сплавов в вакуумных печах [3]. В зарубежной практике внимание уделяется приготовлению свинцово-оловянного припоя эвтектического состава под вакуумом. Припой такого
типа носит название припоя типа «вакулой», выпускаемой фирмой Alpha Metals. Однако вакуумная переплавка обеспечит удаление несвязанных газов – азота, водорода. Кислород связан в прочные окислы, растворенные в основном металле. Для снижения содержания окислов в припое предложен способ модифицирования оловянно-свинцовых припоев. Способ [4] получения оловянно-свинцового припоя, при котором осуществляют сплавление компонентов с защитным легированием путем введения легко- окисляющегося металла, преимущественно алюминия, с последующей обработкой в вакууме, характеризующийся тем, что плавку припоя ведут под слоем расплава щелочи. Способ осуществляют сплавлением компонентов с защитным легированием путем введения легкоокисляющегося металла. В тигле расплавляют при 300°С олово, свинец и алюминий в количестве 0,01–0,3%. При этом кислород, находящийся в олове и свинце в виде окислов, взаимодействует с более активным легирующим компонентом по реакциям: 3РbO + 2А1 = А12O3 + 3Рb (1.1) 3SnО + 2А1 = А12O3 + 3Sn (2.1) В процессе плавки связанный кислород остаются пленкой в сплаве в виде окислов алюминия. После перемешивания расплавленного припоя его обрабатывают при температуре 350–500°С едким натром, взятым с расходом 5–10%. Окисные примеси связываются активным флюсом по реакции: А12O3 + 2NаОН = 2NaAlO2 + Н2O (3.1) Вместо обработки расплавленного припоя едким натром предпочтительно обрабатывать более жидкотекучей смесью едкого натра и едкого калия в отношении 0,5–1,3. Припой отделяют от флюса и подвергают вакуумной обработке при температуре 400–500°С. При этом из припоя удаляют растворенный водород и азот. При испытании способа 480 г олова марки О1пч расплавляют,
нагревают до 300°С, вводят 312 г свинца марки СО, 18 г оловянной лигатуры, содержащей 0,87% алюминия. Полученный припой обрабатывают едким натром в количестве 50 г при 400°С в течение часа. После этого припой подвергают вакуумной обработке при 360–400°С в тече- ние 30 мин при вакууме 10–2 мм рт. ст. Коэффициент растекаемости припоя, полученного описанным спо- собом, равен 1,25 (содержание кислорода – 0,6 мл на 1 г припоя), в то время как коэффициент растекаемости припоя, полученного сплавле- нием компонентов, равен 1,12, а обработанного только в вакууме – 1,15 (содержание кислорода – 3,6 мл на 1 г припоя). Модифицированный припой ПОС-61 по заказу испытан на одном из предприятий Санкт- Петербурга. 1.2. Разработка технологии получения фосфорной лигатуры для припоев Известно, что снижению содержания оксидов в свинцово-оло- вянные припои способствует добавление фосфора [5], которое вли- яет на растекание. Для дозирования фосфора в припой используют олово-фосфорную лигатуру. Однако красный фосфор не смачивается металлом и всплывает на поверхность расплава из-за высокой раз- ницы удельных весов. Сплав олова с фосфором получают сплавлением порошкообразных компонентов в ампулах вакууме при высокой тем- пературе и вибрационном встряхивании. Такая технология малопроиз- водительна и усложняет аппаратурное оформление процесса. Поэтому предложен упрощенный способ приготовления олова с фосфором нагревом порошков [6]. Способ получения сплавов и лига- тур олова с фосфором сплавлением смеси порошкообразных компо- нентов в ванне расплавленного олова, характеризующийся тем, что с целью повышения скорости образования сплава и снижения угара фосфора в исходную смесь компонентов олово вводят в форме аль- фа-модификации. В исходную смесь компонентов олово вводят в виде порошка серого олова альфа-модификации, которая обладает повышенной реакци- онной способностью. Этот способ позволяет выплавлять сплавы или
лигатуры на основе олова, содержащие до 2% фосфора, в обычных тиглях без сложного вибрационного оборудования. При этом тре- буется затравка в форме альфа-модификации лишь 5–10% олова от общей его потребности на изготовление сплава, а основная его часть применяется в виде обычного чушкового белого олова (бета-модифи- кация). Способ осуществляется следующим образом. Сначала смешивают порошкообразный тонкодисперсный красный фосфор с порошко- образным серым (альфа-модификация) оловом. Оптимальная дисперс- ность порошка – частицы 0,1–0,3 мм. Количество серого олова в смеси превышает содержание в ней фосфора в 5–10 раз. Порошкообразную смесь засыпают на дно тигля. Затем тигель подогревают и заливают расплавленное олово в количестве, необходимом по расчету для полу- чения сплава или лигатуры заданного состава. После этого расплав выдерживают при температуре 320–370°С в течение 2–3 часов, по исте- чении которых разливают готовый сплав. Полезное извлечение фос- фора в сплав 87–88%, олова – 99,7–99,8%. По составу сплав однороден с равномерным распределением в нем компонентов. Технологии получения сплавов на основе олова с легко испаряю- щимися компонентами, например с мышьяком, фосфором, связаны с большими потерями элементов за счет их окисления и испарения. Для получения таких лигатур предложен низкотемпературный способ. Способ [7] получения сплавов и лигатур на основе олова состоит в том, что растворение ведут в олове, нагретом до 300–500°С, при пропу- скании через поверхность контакта олова с легирующим компонентом постоянного электрического тока плотностью 3–7 а/см2. Легирующий компонент в виде кристаллов или небольших кусков насыпают в перфорированные сосуды из жаростойкого и химически инертного материала. Внутрь каждого сосуда вводят графитовый стер- жень, который присоединяют к источнику постоянного электрического тока. Сосуды с легирующим компонентом нижней частью погружают в расплавленное олово. При этом олово через отверстия в стенках сосудов проникает внутрь и контактирует с легирующим компонентом. При прохождении постоянного электрического тока через поверх- ность контакта расплавленного олова с легирующим компонентом происходит ускоренное растворение последнего, причем это достига-
ется при температуре, более низкой, чем температура, необходимая для растворения легирующего элемента без наложения постоянного тока. В случае работы с электропроводными легирующими материалами графитовый токопроводящий стержень контактирует с легирующим компонентом, а при легировании неэлектропроводным элементом – с расплавленным оловом. На рис. 1.1а показано устройство, применяемое при легировании электропроводными компонентами; на рис. 1.1б показано устройство с неэлектропроводными компонентами. Рис 1.1. Устройство легирования олова тугоплавкими металлами Основные узлы: 1 – печь; 2 – ванна; 3 – расплав олова; 4 – перфорированный сосуд; 5 – легирующий компонент; 6 – графитовые стержни; 7 – поддерживающие трубки; 8 – трубчатый графитовый электрод; 9 – мешалка. При легировании олова неэлектропроводными фосфором или германием их растворение происходит более интенсивно, если стержни 6 подключены к отрицательному полюсу источника тока. Процесс ведется при незначительном напряжении на зажимах разноименных электродов, составляющем 0,4–0,8 в. Сила тока зависит от поверхности контакта олова с легирующим компонентом. Плотность тока – 3–7 а/см2. Температура расплава – в пределах 300–500°С. Способ позволяет получать лигатуры олова с никелем, мышьяком, фосфором, германием. Указанный принцип приготовления лигатур применительно для токсичных компонентов усовершенствован с целью гарантированного исключения испарений.
Предложен аппарат [8] для получения оловянно-фосфорной лигатуры методом электропереноса, включающий графитовый тигель для расплава, служащий анодом, и графитовый катод, характеризующийся тем, что поверхность катода изолирована токонепроводящим материалом, нижний конец катода, погружаемого в расплавленное олово, выполнен с внутренней полостью для помещения в нее фосфора, а межэлектродное пространство разделено токонепроводящим экраном у поверхности раздела фаз расплава металла и фосфора. Особенность аппарата в том, что поверхность катода изолирована токонепроводящим материалом, нижний конец катода, погружаемого в расплавленное олово, выполнен с внутренней полостью для помещения в нее фосфора, а межэлектродное пространство разделено токоне- проводящим экраном у поверхности фаз расплава металла и фосфора. Этот аппарат позволяет улучшить условия растворения фосфора в олове, сократить испарение фосфора и улучшить санитарные условия работы. Рис 2.1. Аппарат получения лигатур электропереносом Основные узлы: 1 – графитовый катод; 2 – графитовый тигель; 3 –стеклянный цилиндр; 4 – внутренняя полость; 6 – экран. Аппарат (рис. 2.1) содержит графитовый катод 1 и графитовый тигель 2, служащий анодом. Поверхность катода изолирована токоне- проводящим материалом, например стеклянным цилиндром 3, нижний конец катода, погружаемый в расплавленное олово, выполнен с внутренней полостью 4 для помещения в нее фосфора. Межэлектродное пространство разделено токо непроводящим экраном стеклянным 6.
Доступ онлайн
В корзину