Цветные металлы и сплавы. Тема 3

1.

Тема 3
ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ

2.

Значение цветных металлов в развитии всех отраслей народного хозяйства очень
велико. Цветные металлы являются важнейшим конструкционным материалом.
Несмотря на большие успехи органической химии и быстрое развитие полимерных
материалов, выпуск цветных металлов не только не снижается, но и растет
опережающими темпами. Это объясняется их уникальными свойствами жаропрочностью, тугоплавкостью, высокой электропроводностью, пластичностью,
коррозионной стойкостью, малым удельным весом, твердостью, способностью
образовывать многочисленные сплавы и др.
Создание мощной материально-технической базы тесно связано с развитием
производства новых материалов со специальными свойствами для прогрессивных
технологических процессов, характеризующихся высокими температурами, давлением,
скоростями, работой в среде плазмы, в условиях ядерного излучения, в агрессивных
средах. В получении таких материалов ведущую роль играют цветные металлы и сплавы
на их основе.
Цветные металлы применяются в машиностроении, электротехнике, приборостроении,
радиотехнике, электронике, химической промышленности, строительстве, в быту, в
атомной и ракетной технике.

3.

Области применения цветных металлов и сплавов исключительно широки, поэтому
ассортимент их производства чрезвычайно разнообразен. Обычно цветные металлы и
сплавы используются в виде полуфабрикатов (листов, лент, фольги, труб, прутков,
профилей, проволоки) или отливок и поковок. Развитие новых отраслей
промышленности потребовало освоения производства цветных металлов высокой
степени чистоты. Чистые и сверхчистые цветные металлы обладают свойствами,
отличными от так называемых технически чистых металлов, т. е. повышенной
коррозионной стойкостью, электро- и теплопроводностью, высокой пластичностью и др.
Сырьем для производства цветных металлов являются руды, горючие полезные
ископаемые, флюсовые материалы. Производство многих цветных металлов связано с
потреблением большого количества электроэнергии.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

СВИНЦОВЫЕ БРОНЗЫ

16.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

Пайка является технологическим процессом соединения двух или больше деталей,
выполненных из металлов, а также их сплавов с помощью припоя, причем его
температура плавления должна быть меньшей, чем у деталей, которые нужно соединить.
Припой - металл или сплав, применяемый при пайке для соединения заготовок и
имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы. Применяют сплавы
на основе олова, свинца, кадмия, меди, никеля и др.
Пайку осуществляют или с целью создания механически прочного (иногда герметичного)
шва, или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением.
При пайке места соединения и припой нагревают. Так как припой имеет температуру
плавления значительно ниже, чем соединяемый металл (или металлы), то он плавится, в
то время как основной металл
остаётся твёрдым. На границе соприкосновения
расплавленного припоя и твёрдого металла происходят различные физико-химические
процессы. Припой смачивает металл, растекается по нему и заполняет зазоры между
соединяемыми деталями. При этом компоненты припоя диффундируют в основной
металл, основной металл
растворяется в припое, в результате чего образуется
промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.
Выбирают припой с учётом физико-химических свойств соединяемых металлов,
требуемой механической прочности спая, его коррозионной устойчивости и стоимости.

28.

Припои разделяются на легкоплавкие и тугоплавкие.
К легкоплавким относятся припои с температурой плавления до 400 °С, имеющие
сравнительно невысокую механическую прочность (сопротивление разрыву до 7 кг/мм2).
К тугоплавким относятся припои с температурой плавления свыше 500 °С, создающие
высокую механическую прочность соединения (сопротивление разрыву до 50 кг/мм2).
Недостатком последних является именно то, что они требуют высокой температуры
нагрева, и хотя прочность такой пайки получается весьма высокой, интенсивный нагрев
может привести к нежелательным
последствиям: можно «отпустить», например,
стальную деталь.
При радиотехнических монтажных работах применяются главным образом легкоплавкие
припои. Наиболее известны из них ПОС-30 и ПОС-60, в состав которых входят в
различных пропорциях два металла - олово и свинец. Припой ПОС-30 состоит из одной
части олова и двух частей свинца, ПОС-60 - из одной части олова и одной части свинца.

29.

Для пайки радиодеталей и проводов может быть использован стойкий к окислению
«серебристый сплав», состоящий из одной части чистого олова и семи частей чистого
свинца. Существуют также сплавы, в состав которых, кроме олова и свинца, входят
висмут и кадмий. Эти сплавы - наиболее легкоплавкие, у некоторых из них температура
плавления менее 100°С. Механическая прочность соединения такими сплавами весьма
невелика. Раньше их применяли для пайки кристаллов в кристаллических детекторах. В
настоящее время легкоплавкие кадмий-висмутовые сплавы находят применение при
ремонте печатного монтажа. Используются они также для пайки полупроводниковых
триодов, так как по техническим условиям триоды рекомендуется паять припоем с
температурой плавления, не превышающей 150 °С.

30.

В промышленности оба типа припоев применяются одинаково активно, в быту
тугоплавкие составы практически не задействуются, а легкоплавкие применяются очень
часто.
Самыми распространенными в этой группе являются бессурьмянистые припои, к
которым относятся составы марок ПОС 10, 30, 40, 61, 90 и все их модификации.
Расшифровываются названия чрезвычайно просто: буквы ПОС в названии марки припоя
означают, что это именно оловянно-свинцовый припой, а цифры указывают на процент
содержания олова. Средняя температура плавления для таких припоев составляет от
двухсот до трехсот градусов.
Достаточно распространенным и полезным не только в хозяйстве, но и в мелкой
предпринимательской деятельности является малосурьмянистый припой ПОССУ 18-0,5.
Данный состав предназначается для пайки и лужения трубок в теплообменниках,
электролампах и в прочем подобном.
Чаще всего выпускаются такие легкоплавкие припои в виде небольших литых чушек, а
также в форме проволоки, прутков и трубок с диаметром до пяти миллиметров, уже
заполненных канифолью. Встречаются составы в виде паст, скомпонованных из порошка
припоя и разжиженного флюса.
В качестве мягких припоев используются также оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК)
для пайки деталей, чувствительных к перегреву и пайки выводов к конденсаторам и
пьезокерамике, оловянно-цинковые (ОЦ) для пайки алюминия, бессвинцовые припои,
содержащие наряду с оловом медь, серебро, висмут и др. металлы.

31.

Припой марка
Состав
Температура
плавления, °С
Плотность,
Мг/м3
Медно-цинковый ПМЦ-36
36 % Сu; 64 % Zn
825-950
7,7
Медно-цинковый ПМЦ-54
54 % Cu; 46 % Zn
860-970
8,3
Серебряный ПСр-15
15 % Ag; остальное Сu и Zn
635-810
8,3
Серебряный ПСр-45
45 % Ag; остальное Сu и Zn
600-725
9,1
ПМТ-45
49-52 % Сu; 1-3 % Fе;
0,7-0,1 % Si; 45-49,3 % Ti
955
6,02

32.

Флюс - вещества (чаще смесь) органического и неорганического происхождения,
предназначенные для удаления оксидов с поверхности под пайку,
снижения
поверхностного натяжения, улучшения растекания жидкого припоя и защиты от действия
окружающей среды.
Паяльный флюс не должен взаимодействовать с припоем, кроме флюсов для реактивнофлюсовой пайки. В зависимости от технологии, флюс может использоваться в виде
жидкости, пасты или порошка.
Паяльные флюсы подразделяются по следующим признакам:
по температурному интервалу активности:
низкотемпературные (до 450 °C); высокотемпературные (свыше 450 °C);
по природе растворителя:
водные; неводные;
по природе активатора определяющего действия:
канифольные,
кислотные,
галогенидные,
гидразиновые,
фторборатные, анилиновые, стеариновые (низкотемпературные) и галогенидные, боридноуглекислые (высокотемпературные);
по механизму действия:
защитные, химического действия, электрохимического действия, реактивные;
по агрегатному состоянию:
твёрдые, жидкие и пастообразные.

33.

Флюсы для пайки чёрных металлов
Сильно-кислые флюсы («активные флюсы»): хлорид цинка;
Флюсы средней и малой активности: хлорид аммония.
Флюсы для электротехники
Основные требования к таким флюсам - низкий ток утечки и низкая
коррозионная активность. Простейшие флюсы такого типа создают на
основе канифоли - например, растворы канифоли в спирте или спиртобензиновой смеси.
Флюсы для алюминиевых сплавов
Хотя алюминиевые сплавы можно паять свинцово-оловянными припоями,
лучшие результаты достигаются с многокомпонентными припоями,
содержащими цинк, кадмий, висмут и другие металлы. Применяется
«бинарный» флюс: концентрированная ортофосфорная кислота (часто
называемая просто фосфорной) - до побеления, затем 20%-я эвтектика
NaOH-KOH в глицерине.
Флюсы для пайки нержавеющих сталей
ортофосфорная кислота.
Флюсы
для
высокотемпературной
пайки
медно-фосфорными
припоями
При пайке тугоплавкими припоями в качестве флюса используется
тетраборат натрия (бура).

34.

1.
Классификация цветных металлов.
2.
Свойства сплавов меди. Где применяются сплавы меди?
3.
Как маркируются различные виды сплавов меди?
4.
Свойства сплавов алюминия. Где применяются сплавы алюминия?
5.
Как маркируются сплавы алюминия?
6.
Свойства сплавов магния. Где применяются сплавы магния?
7.
Как маркируются сплавы магния?
8.
Свойства сплавов титана. Где применяются сплавы титана?
9.
Как маркируются сплавы титана?
10. Свойства антифрикционных сплавов. Где применяются антифрикционные сплавы?
11. Свойства припоев. Классификация и маркировка припоев.
12. Что такое флюсы? Где они применяются?