RU2208505C2

RU2208505C2 - Flux for soldering and tinning with use of easy-to-melt solder

Info

Publication number: RU2208505C2
Application number: RU2000127987A
Authority: RU
Inventors: З.И. Шишкина; А.А. Кутьина; Б.А. Павлов
Original assignee: Открытое акционерное общество "ГАЗ"
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2003-07-20

Abstract

FIELD: soldering process and devices, namely fluxes for soldering and tinning steel, copper and its alloys with use of easy-to-melt solders. SUBSTANCE: flux contains (mass%): carbamide, 0.1 -10; zinc chloride, 3.5 - 50; water - the balance. Selected relation of components of soldering flux allows to substitute it with liquid solder without splashing and smoking up atmosphere at soldering temperature during tinning and soldering steel, copper and its alloys. EFFECT: simple universal flux suitable for manual and automatic modes of heating at soldering by means of solderer, gas-flame burner, by dipping into melt solder. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области пайки, в частности к флюсам для пайки и лужения оловянно-свинцовыми припоями стали, меди и медных сплавов. The invention relates to the field of soldering, in particular to fluxes for soldering and tinning with tin-lead solders of steel, copper and copper alloys.

Известен флюс для пайки легкоплавкими припоями, содержащий следующие компоненты, мас.%:
Хлористый аммоний - 5 - 7
Углекислый аммоний - 5 - 8
Виннокислый аммоний - 8 - 12
Фтористый аммоний - 2 - 5
Хлористый цинк - 28 - 32
(см. a.c. 1250430, МКИ В 23 К 35/363).Known flux for soldering fusible solders containing the following components, wt.%:
Ammonium Chloride - 5 - 7
Ammonium carbonate - 5 - 8
Ammonium tartrate - 8 - 12
Ammonium Fluoride - 2 - 5
Zinc Chloride - 28 - 32
(see ac 1250430, MKI B 23 K 35/363).

Флюс активно и интенсивно растекается по паяемой поверхности, однако не технологичен с точки зрения нанесения его на паяные соединения (трудна дозировка концентрированного флюса и требуется тщательная промывка изделия от остатков, не прореагировавших в процессе пайки), он также многокомпонентен, при пайке сильно дымит, что ухудшает условия труда рабочих. The flux actively and intensively spreads over the soldered surface, however, it is not technologically advanced from the point of view of applying it to soldered joints (the dosage of concentrated flux is difficult and thorough washing of the product from residues that did not react during the soldering process is required), it is also multicomponent, it smokes heavily during soldering, which worsens the working conditions of workers.

Имеется флюс для пайки легкоплавкими припоями следующего состава при соотношении компонентов, мас.%:
Хлористый цинк - 40
Вода - 60
(см. Справочник по пайке под ред. Петрушина И.Е. - М.: Машиностроение, 1984, с. 116).There is a flux for brazing with fusible solders of the following composition with a ratio of components, wt.%:
Zinc Chloride - 40
Water - 60
(see Handbook of soldering under the editorship of I.E. Petrushin - M .: Mashinostroenie, 1984, p. 116).

Данный флюс обладает высокой коррозионной активностью, обусловленной реакцией гидролиза хлористого цинка, то есть при тщательном смывании остатков флюса водой или спиртом наблюдается сильная коррозия паяных соединений. Флюс также не обладает высокими травильными свойствами, так как содержит только один компонент - хлористый цинк, а в условиях пайки его активность недостаточна. Обычно активизация основы флюса для пайки (водного раствора хлористого цинка) достигается путем добавления одного или нескольких компонентов, улучшающих такие свойства флюса, как флюсоактивность, коррозиестойкость паяных соединений и др. This flux has a high corrosivity, due to the hydrolysis of zinc chloride, that is, with thorough washing of the flux residues with water or alcohol, severe corrosion of the soldered joints is observed. The flux also does not have high pickling properties, since it contains only one component - zinc chloride, and its activity is insufficient during soldering. Usually, activation of the soldering flux base (an aqueous solution of zinc chloride) is achieved by adding one or more components that improve flux properties such as flux activity, corrosion resistance of soldered joints, etc.

Наиболее близким по составу и назначению является паяльный флюс (см. авторское свидетельство 761206 следующего состава, вес.%:
Мочевина - 0,4 - 3,0
Хлористый цинк - 5,0 - 30,0
Хлористый аммоний - 0,4 - 3,0
Вода - 62,0 - 94,0
Уксуснокислый тетраэтиламмоний - 0,2 - 3,0
Растворитель - Остальное
По составу это техническое решение наиболее близкое к заявленному изобретению, но по сравнению с предыдущим составом флюса здесь в несколько раз уменьшено содержание хлористого аммония и мочевины, значит в меньшей степени флюс дымит при пайке. Введение в состав флюса уксуснокислого тетраэтиламмония снижает коррозионную активность флюса, упрощается операция отмывки остатков флюса после пайки. Флюс многокомпонентен, содержит пахнущий неприятно уксуснокислый тетраэтиламмоний, содержит спирт, глицерин, который оставляет на паяном месте черноту. Флюс может применяться только в производстве радиоэлектронной аппаратуры, пайка паяльником.The closest in composition and purpose is solder flux (see copyright certificate 761206 of the following composition, wt.%:
Urea - 0.4 - 3.0
Zinc chloride - 5.0 - 30.0
Ammonium Chloride - 0.4 - 3.0
Water - 62.0 - 94.0
Acetic tetraethylammonium - 0.2 - 3.0
Solvent - Other
In terms of composition, this technical solution is closest to the claimed invention, but compared with the previous composition of the flux, the content of ammonium chloride and urea is several times reduced, which means that the flux smokes to a lesser extent when soldering. The introduction of tetraethylammonium acetic acid into the flux reduces the corrosion activity of the flux, and the operation of washing flux residues after soldering is simplified. The flux is multicomponent, it contains the smell of unpleasant acetic acid tetraethylammonium, it contains alcohol, glycerin, which leaves blackness in the soldered place. Flux can only be used in the manufacture of electronic equipment, soldering with a soldering iron.

Поставлена задача - разработать такой состав паяльного флюса, который наряду с простотой приготовления и дешевизной компонентов соответственно имел бы универсальность для ручных и автоматизированных способов нагрева при пайке паяльником, газопламенной горелкой, окунанием в расплавленный припой и т. д. Назначение флюса - пайка и лужение сталей и сплавов из цветных металлов. То есть создание такого флюса, в котором упрощена технология изготовления, обеспечена возможность получения соединений с заданной структурой (комплексы), которые подвергаются дегазации при нагревании, в расплавленном состоянии флюс не должен содержать твердых частиц и образовывать их в процессе флюсования, усилено химическое взаимодействие комплексов с оксидами и металлом взамен многокомпонентного состава, не должны ухудшаться свойства паяемого металла и паяных соединений в результате развития межзеренной и химической эрозии, однородность, адгезия расплавленного флюса к основному металлу должна быть меньшей, чем расплавленного припоя, что достигается соответствующей композицией предлагаемого флюса, универсальность по способу нагрева под пайку. The task was to develop such a composition of the solder flux that, along with the simplicity of preparation and low cost of the components, would accordingly have universality for manual and automated methods of heating when soldering with a soldering iron, gas-flame torch, dipping into molten solder, etc. The purpose of the flux is soldering and tinning of steels and alloys from non-ferrous metals. That is, the creation of such a flux in which the manufacturing technology is simplified, it is possible to obtain compounds with a given structure (complexes) that undergo degassing during heating, in the molten state the flux should not contain solid particles and form them during fluxing, the chemical interaction of the complexes with oxides and metal instead of a multicomponent composition, the properties of the brazed metal and soldered joints should not deteriorate as a result of the development of intergranular and chemical erosion, however One, the adhesion of the molten flux to the base metal should be less than the molten solder, which is achieved by the corresponding composition of the proposed flux, versatility in the method of heating by soldering.

Для достижения указанного результата оптимальный состав флюса взят в следующем соотношении, вес.%:
Карбамид - 0,1 - 10,0
Хлористый цинк - 3,5 - 50,0
Вода - Остальное
Флюс очень технологичен, имеется сочетание высокой коррозионной стойкости паяных соединений и травильных свойств с одновременным улучшением экологических условий рабочего места паяльщика.To achieve this result, the optimal composition of the flux is taken in the following ratio, wt.%:
Urea - 0.1 - 10.0
Zinc chloride - 3.5 - 50.0
Water - Else
The flux is very technological, there is a combination of high corrosion resistance of soldered joints and pickling properties, while improving the environmental conditions of the workplace of the soldering iron.

В этом составе хлористый цинк - основа флюса - хорошо растворимый в воде. Широкий диапазон содержания хлористого цинка (до 50%) даст возможность достичь оптимальных травильных свойств флюса за счет медленного гидролиза хлористого цинка по реакции
ZnCl₂+H₂O = Zn(OH)Cl+НСl
Медленный гидролиз также происходит за счет введения в раствор карбамида, негигроскопичного и растворимого в воде компонента. Карбамид в данном случае является комплексообразователем. Он также добавлен для подавления коррозионных явлений в паяных соединениях, при нагревании разлагается на СО₂ и NH₃, создавая оболочку над паяной поверхностью в виде паров углекислого газа и аммиака, тем самым достигается защита от окисления как самой паяемой поверхности, так и припоя, паяного шва, а главное, пары ядовитого свинца, выделяющиеся в процессе пайки оловянно-свинцового припоя, частично связываются в соединение с СO₂, чем улучшаются экологические условия рабочего места паяльщика и в целом атмосферы цеха. Паяльный флюс длительное время стабильно сохраняет свои технологические свойства. Время контакта детали с флюсом - минимальное, достаточное для полного травления. Кроме того, карбамид, как и компонент паяльного флюса, улучшает смачиваемость деталей флюсом и адгезию припоя.In this composition, zinc chloride - the basis of the flux - is highly soluble in water. A wide range of zinc chloride content (up to 50%) will make it possible to achieve optimal etching properties of the flux due to the slow hydrolysis of zinc chloride by reaction
ZnCl ₂ + H ₂ O = Zn (OH) Cl + Hcl
Slow hydrolysis also occurs due to the introduction of a carbamide, a non-hygroscopic and water-soluble component, into the solution. Urea in this case is a complexing agent. It is also added to suppress corrosion phenomena in soldered joints, decomposes on heating into CO ₂ and NH ₃ , creating a shell over the soldered surface in the form of carbon dioxide and ammonia vapors, thereby protecting against oxidation of both the brazed surface itself and the solder soldered the seam, and most importantly, poisonous lead vapors released during the soldering of tin-lead solder, are partially associated with CO ₂ , thereby improving the environmental conditions of the work of the soldering iron and the atmosphere of the workshop as a whole. Soldering flux stably maintains its technological properties for a long time. The contact time of the part with the flux is the minimum sufficient for complete etching. In addition, urea, as well as a component of solder flux, improves the wettability of parts by flux and the adhesion of solder.

Хорошее вытеснение флюса с хлористым цинком расплавленными припоями при пайке сталей объясняется влиянием карбамида, который сильно снижает адгезию расплава при смачивании поверхности стали. The good displacement of the flux with zinc chloride by molten solders during the brazing of steels is explained by the influence of urea, which greatly reduces the adhesion of the melt when the surface of the steel is wetted.

После смачивания основного металла соответствующей композицией предлагаемого флюса и удаления с него окисной пленки образуется активная межфазная граница твердый металл - жидкий флюс, которая замещается расплавленным припоем в условиях, практически исключающих возможность взаимодействия с атмосферой воздуха, что обеспечивает высокое качество спая. After wetting the base metal with the appropriate composition of the proposed flux and removing the oxide film from it, an active solid-metal – liquid flux interface is formed, which is replaced by molten solder under conditions that practically exclude the possibility of interaction with the atmosphere of air, which ensures high junction quality.

Технология изготовления предлагаемого флюса проста. Флюс не содержит дорогостоящих компонентов. Универсальный флюс для пайки и лужения оловянно-свинцовыми припоями стали, меди и медных сплавов приготавливается простым смешиванием компонентов в любой последовательности и растворением их в воде до полного растворения при цеховой температуре. Срок использования флюса неограничен, в случае длительного хранения флюса в цеховых условиях паяльные свойства флюса стабильно сохраняются. The manufacturing technology of the proposed flux is simple. The flux does not contain expensive components. A universal flux for soldering and tinning with tin-lead solders of steel, copper and copper alloys is prepared by simply mixing the components in any order and dissolving them in water until completely dissolved at the workshop temperature. The period of use of the flux is unlimited, in the case of long-term storage of the flux in workshop conditions, the soldering properties of the flux are stably preserved.

Предложенный состав паяльных флюсов работает в режимах пайки при температуре от 200 до 450^oС.The proposed composition of solder fluxes operates in soldering at temperatures from 200 to 450 ^o C.

Флюс пожаробезопасен, и, поскольку современное паяльное производство характеризуется многообразием применяемого нагревательного оборудования с локальным нагревом (паяльники, газопламенные горелки, паяльные лампы и т.д. ), предлагаемый флюс обеспечивает возможность реализации любого выбранного термического цикла пайки изделий, особенно для массивных деталей с глубокими зазорами сопряжения, когда для обеспечения качества пайки требуется газопламенный нагрев вместо паяльника. The flux is fireproof, and since modern soldering production is characterized by the variety of local heating equipment used (soldering irons, gas-flame burners, blowtorches, etc.), the proposed flux provides the possibility of implementing any selected thermal soldering cycle of products, especially for massive parts with deep mating gaps, when gas-flame heating is required instead of a soldering iron to ensure the quality of soldering.

Примеры различных составов паяльных флюсов и характеристики свойств и флюсующей активности приведены в таблице. Examples of various solder flux compositions and characteristics of properties and fluxing activity are given in the table.

Составы 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 имеют хорошую флюсующую активность, остатки после пайки некоррозионны. Compositions 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 have good fluxing activity, the residues after soldering are non-corrosive.

Отдельно взятые исходные компоненты, растворенные в воде, не могут быть применены в качестве паяльного флюса по причине нестабильности из-за гидролиза (см. контрольный состав 11) и тем более меньшей флюсующей активности (см. контрольные составы 10, 11, 12), коррозия имеет место при применении составов 9 и 10. Separate initial components dissolved in water cannot be used as a solder flux due to instability due to hydrolysis (see control composition 11) and, especially, lower fluxing activity (see control compositions 10, 11, 12), corrosion takes place when applying formulations 9 and 10.

Таким образом, разработанный состав универсального по способу нагрева и назначению паяльного флюса обеспечивает качественное лужение стальных деталей и пайку деталей при ручной пайке и на автоматических линиях, может быть использован для пайки оловянно-свинцовыми припоями марки ПОССу 25-0,5, ПОССу 25-2, ПОССу 30-0,5 и др. Thus, the developed composition of the soldering flux, universal in the method of heating and purpose, provides high-quality tinning of steel parts and soldering of parts during manual soldering and on automatic lines, can be used for soldering with tin-lead solders of the POSSU 25-0.5, POSSU 25-2 grade , POSSU 30-0.5, etc.

Выбранное количественное соотношение компонентов обеспечивает предлагаемому универсальному по способу нагрева и назначению паяльному флюсу способность без разбрызгивания и задымления атмосферы замещать его жидким припоем при температуре пайки в процессе лужения и пайки стали, меди и медных сплавов. The selected quantitative ratio of the components provides the ability of the soldering flux, which is universal in the method of heating and designation, to replace it with liquid solder at the temperature of brazing and brazing of steel, copper and copper alloys without spraying and smoke of the atmosphere.

Claims

Flux for soldering and tinning with fusible solder containing zinc chloride, urea and water, characterized in that these components are taken in the following ratio, wt.%:
Zinc Chloride - 3.5-50
Urea - 0.1-1.0
Water - The Rest