Лужение металла

Лужение металлов — это ключевой процесс для обеспечения их защиты от агрессивных внешних факторов. Эта процедура особенно актуальна в подготовке к пайке, так как значительно улучшает соединение припоя с металлической поверхностью. Техника лужения, несмотря на свою длительную историю использования, до сих пор не потеряла своей релевантности.

Принципы лужения металла

Процесс лужения заключается в создании на поверхности металла защитной пленки из олова, которая предохраняет его от коррозии, улучшает паяемость и повышает электрическую проводимость.

Олово — это легкий, пластичный металл с серебристо-белым оттенком. Ключевые параметры олова включают плотность 7,28 г/см3 и температуру плавления 232 °С. Олово устойчиво к окислению в обычных условиях и мало реагирует на слабые минеральные кислоты. В то же время высокие концентрации кислот при нагреве могут способствовать его растворению.

Лужение исключительно чистым оловом может быть неэффективным и чревато возникновением металлических "волосков", что увеличивает риск короткого замыкания. Эти "волоски" могут формироваться из-за внутренних напряжений в слое покрытия.

Покрытие оловом металлов, таких как медь, цинк или латунь, увеличивает вероятность образования кристаллов. Применение никелевой прослойки может помочь замедлить этот процесс.

При понижении температуры олово может переходить в аллотропную форму, известную как "оловянная чума", что ведет к разрушению покрытия. Добавление висмута в сплав олова может значительно улучшить защитные свойства покрытия даже в случае незначительных добавок.

Эти меры позволяют улучшить долговечность и функциональность металлических изделий, подвергающихся лужению.

Практическое применение и выгоды от лужения металлов

Лужение металлов востребовано в различных промышленных секторах:

1. Электроника и создание радиоустройств. Метод применяется для обеспечения защиты печатных плат от коррозии.
2. Сборка механизмов и авиационное производство. Защитные покрытия необходимы для компонентов станков и элементов воздушных судов.
3. Кабельное производство. Оловянное покрытие предотвращает коррозию проводников от химически активных компонентов резины и пластика.
4. Пищевая отрасль. Кулинарные инструменты и упаковка для консервации обрабатываются пищевым оловом, что увеличивает сроки годности продуктов, аналогично сохранению армейских запасов консервов.
5. Промышленное использование. Оловянные покрытия применяются при подготовке подшипников к заливке сплавом баббит, способствуя созданию крепких и долговечных соединений.

Основные преимущества лужения металлов:

1. Повышение производительности. Автоматизация процесса позволяет увеличить скорость обработки элементов.
2. Защитные характеристики. Олово с низкой химической активностью обеспечивает отличную защиту от воздействия влаги, кислот и солей.
3. Адгезивные качества покрытия. Сплавы олова хорошо сцепляются с обрабатываемыми поверхностями, устойчивы к механическим воздействиям.
4. Термическая стабильность. Покрытия способны выдерживать значительные температурные колебания без деформации.

Используется высококачественное олово (Sn 99,1 % или Sn 99,5 %) и флюсы для предварительной очистки поверхности от загрязнений, такие как хлористый амоний и хлористый цинк, которые также помогают снизить температуру плавления.

Инструменты и оборудование для лужения:

1. Измерительные инструменты. Предназначены для точного определения размеров деталей.
2. Клещи и шаберы. Используются для манипуляций с деталями и их очистки.
3. Кисти и паяльные устройства. Нужны для нанесения флюса и подготовки деталей к покрытию.

Специализированное оборудование для лужения:

1. Гальванические и моечные ванны. Обеспечивают нанесение и очистку покрытий.
2. Комплексные установки для лужения. Автоматизированные системы с несколькими уровнями ванн упрощают и ускоряют процесс.
3. Рабочие станции и ванны для удаления жиров. Специально разработаны для удобства работы и эффективной очистки.

Эти технологии и оборудование позволяют достичь высоких стандартов качества в обработке металлов, гарантируя их надежность и долговечность в разнообразных промышленных приложениях.

Подготовительные меры перед лужением металла

Ключевым аспектом успешного лужения является подготовка поверхности металла. В зависимости от спецификаций изделия выбирается методика подготовки.

Одним из методов является механическая очистка с помощью щетки для удаления ржавчины или окалины. Сначала поверхность ополаскивают водой, после чего приступают к очистке щеткой, иногда применяя песок, пемзу или известь для усиления эффекта.

Альтернативный метод включает использование абразивных дисков или наждачной бумаги для точного выравнивания поверхности.

Дополнительно поверхность может быть обезжирена с использованием растворов на основе натрия: 10–15% раствор гидроксида натрия, фосфата натрия или карбоната натрия, которые подогревают до температуры 50–80 °C.

Химическая очистка с применением серной кислоты, известная как травление, также является распространенной практикой.

Методы лужения металла

Горячее делится на погружение и растирание. При погружении изделие опускают в ванну с расплавленным оловом, а при растирании олово вручную наносят и распределяют по поверхности изделия. Оба способа имеют длительную историю и не требуют сложного оборудования.

Недостатком горячего лужения является возможное неравномерное распределение олова, особенно на изделиях с комплексной структурой или мелкими деталями. Также олово может захватывать загрязнения в процессе пайки, что требует контроля чистоты сплава.

Гальваническое выполняется с использованием щелочных или кислотных электролитов и электрического тока, что позволяет добиться равномерного и качественного покрытия даже на сложных конструкциях. Метод снижает пористость покрытия и экономит расход материалов.

Основным минусом является сложность процесса и высокие требования к квалификации работников, что увеличивает стоимость процедуры. Необходимо специальное оборудование и точное соблюдение технологических параметров электролитов.

Безопасность при лужении металла

При работе с кислотами необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать химических ожогов. Кислоты следует хранить в специальных условиях и использовать в разбавленном виде, соблюдая меры предосторожности. Работать нужно в хорошо вентилируемом помещении, придерживаться норм пожарной безопасности и поддерживать порядок на рабочем месте.

Лужение представляет собой эффективный метод защиты металла и подготовки его к дальнейшей обработке, требующий внимания к деталям и специализированных знаний для достижения наилучших результатов.