24artstroy.ru

Строительный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Луженая медь: понятие, состав, изготовление, характеристики и использование

Луженая медь: понятие, состав, изготовление, характеристики и использование

Лужение – это нанесение тонного слоя олова или его сплава на поверхность металлического изделия. Специалисты этот слой называют полудой. Лужение металла используется сегодня во многих отраслях промышленности: в радиотехнике, электротехнике, машиностроении и авиационной промышленности.

Жало паяльника лудят, чтобы он хорошо удерживал припой и не окислялся. Основное требование к процессу – это плотное и тонкое покрытие оловом, которое является защитным слоем для металла в борьбе с коррозией. Существуют две технологии лужения металлов: горячее и гальваническое.

Назначение и преимущества

Лужение металла оловом применяется в следующих отраслях промышленности:

  1. Электроника и радиотехника. Олово защищает платы от коррозии.
  2. Авиация и машиностроение. Многие элементы конструкции станков и летательных аппаратов подвергают обработке.
  3. Кабельно-проводниковая. Помимо резиновой изоляции олово предохраняет металлические проводники от воздействия серы, которая содержится в резине и пластике.
  4. Пищевая. Практические все кухонные принадлежности, имеющие отношение к приготовлению пищи, защищают с помощью специального пищевого олова, которое не несет угрозы для здоровья человека. Также оловом покрывают емкости, предназначенные для изготовления консервов: это увеличивает срок их хранения – многие солдаты срочной службы помнят советскую тушенку пятидесятых годов, которая до недавних пор находилась на военных складах как неприкосновенный запас.

Оловянное покрытие используют в качестве средства предварительной обработки подшипников перед их заливкой баббитом. Также лужение – неотъемлемая часть технологической цепочки выполнения беззазорного соединения, которое называют фальцевым швом.

Однако наибольшую популярность технология лужения приобрела в качестве средства для предварительной подготовки перед пайкой. Это обусловлено следующими причинами:

  1. Производительность. Современные технологии позволяют выполнить лужение большого числа элементов за короткий промежуток времени – недаром его активно применяют на массовом производстве.
  2. Надежность. Химическая инертность олова обеспечивает надежную защиту от влаги, солей и органических кислот.
  3. Стойкость покрытия. Олово и его сплавы обладают высокой адгезией к любой к металлической поверхности. Пластичный слой не разрушается под действием механической обработки детали.
  4. Термостойкость. Луженое покрытие выдерживает значительные перепады температур.

Гальваническая технология

Гальванический вариант облуживания делится также на два способа: в щелочных и кислых электролитах. Название говорит о том, что процесс нанесения олова основан на использовании электрического тока.

Отсюда и затратность процесса. Но именно эта технология гарантирует прочное сцепление наносимого сплава с металлической поверхностью. Есть и другие положительные стороны:

  • оловянный слой получается ровным и равномерным;
  • можно задавать необходимую толщину покрытия, даже на самых сложных конструкциях из металла;
  • низкая пористость покрываемого слоя;
  • экономия оловянного припоя.

Обычно изделия со сложными формами облуживают с помощью щелочных электролитов, потому что этот вариант лужения обладает большой кроющей и рассеивающей способностью.

К недостаткам гальванической технологии лужения относится то, что этот способ сложный. Проводить его могут работники с высокой квалификацией, а это затраты по зарплате. То есть, залудить металл этим способом в домашних условиях нельзя. К тому же для проведения процесса необходимы специальные ванны.

Если говорить о технологии лужения со щелочными электролитами, то сам раствор является нестабильным, его сложно готовить, и придется все время контролировать концентрацию щелочи и качественное состояние анодов.

Совместимость металлов

Совместимость материалов при гальванизации очень важна. Все металлы в соединениях корродируют. В некоторых случаях процесс протекает замедленно. Однако существуют материалы, которые соединять вместе крайне не рекомендуется.

С определенными трудностями связана работа с алюминием и его сплавами. Это связано с тем, что на поверхностях этих материалов присутствует окисная пленка, которая затрудняет процесс гальванизации.

Для алюминия можно использовать следующие сочетания материалов: никель-хром, медь-никель-хром, медь-олово, свинец-олово. Допускается также цинкование и латунирование алюминия.

Нанесение оловянных покрытий.

Олово – мягкий металл серебристо-белого цвета. В атмосферных условиях даже в присутствии влаги олово окисляется медленно. Разбавленные растворы минеральных солей при комнатной температуре практически не растворяют олова.

Читать еще:  Ремонт термоса с металлической колбой своими руками

В концентрированных растворах соляной и серной кислот олово при нагревании легко растворяется. В щелочах олово неустойчиво и при кипячении растворяется с образованием станнатов. С органическими кислотами олово образует комплексные соединения, при этом потенциал олова становится отрицательнее железа, т.е. олово становится анодным покрытием. Это обстоятельство, а также безвредность олова позволяют широко его использовать в пищевой промышленности для защиты внутренней поверхности консервной тары от коррозии.

Оловянное покрытие на поверхности консервной тары.

Оловянные покрытия наносят на детали из стали, меди, алюминия, цинка. Их защитные свойства на стальных деталях в атмосферных условиях надежны только при отсутствии пор.

Оловянное покрытие для защиты от коррозии.

Оловянные покрытия можно нанести:

    • горячим способом;
    • методом контактного осаждения;
    • методом гальванического осаждения.

Горячий способ прост в исполнении, но не позволяет получать равномерного по толщине покрытия.

Контактный способ применяется для деталей, изготовленных из металлов или сплавов менее электроотрицательных, чем олово, то есть из меди, латуни, бронзы.

Рекомендуется раствор состава, г/л:

Олово двухлористое 10 – 20

Тиомочевина 80 – 90

Натрий хлористый 75 – 90

Кислота соляная (1,19 см 3 /л) 15 – 17

Режим работы: температура 55 – 65°С, время осаждения 25 – 30 минут.

Толщина получаемого покрытия около 1 мкм. При этом не требуется контролировать время нанесения покрытия. Скорость осаждения снижается по мере перекрытия медной основы, пока процесс не прекратиться полностью. Толщина осадка определяется составом раствора и режимом процесса и должна быть практически одинаковой на всех участках, контактирующих с раствором.

Недостатком контактного метода нанесения оловянного покрытия является малая толщина осадка.

Только электрохимический способ позволяет получать покрытия заданной толщины практически на любом материале (на некоторых с предварительным подслоем).

Наиболее распространенный состав сернокислого электролита для нанесения оловянного покрытия, г/л:

Сернокислое олово 40 – 50

Серная кислота 50 – 80

Сернокислый натрий 30 – 50

Препарат ОС-20 2 – 5

Температура 15 – 20°С, плотность тока 1 – 2 А/дм 2 .

Для оловянных покрытий, полученных электрохимическим способом характерен самопроизвольный рост нитевидных кристаллов олова (см.«Осаждение сплавов олова»), длина которых достигает5 мм, что приводит к коротким замыканиям при эксплуатации электротехнической аппаратуры.

Избежать образование нитевидных кристаллов можно различными методами:

  • нанесением перед оловянированием тонкого подслоя никеля (см. «Никелирование»);
  • оплавлением оловянных покрытий;
  • применением оловянных сплавов (см. «Осаждение сплава олово-висмут»).

Нанесение олова контактным способом также исключает иглообразование, хотя при этом способе покрытие получается толщиной не более 1 мкм.

Этот процесс наиболее часто применяется в технологии изготовления печатных плат.

Похожие публикации:

  • «Осаждение сплава олово-свинец.»
  • «Покрытие сплавом олово-никель.»
  • «Химическое осаждение никеля – за и против!»

7 комментариев: Нанесение оловянных покрытий.

Здравствуйте Галина Владимировна!
Какие преимущества и недостатки гальванического нанесения олова на медную поверхность над горячим нанесением?

В интернете я нашел следующее:
Преимущества гальванического нанесения олова:
1. Можно наносить в 10-ки раз меньший слой олова, что приводит к значительной экономии дорогого металла.
2. Гальваническое покрытие не образует пор — т.е. оно сплошное и если соединить с преимуществом №1 это подтверждает целесообразность данной экономии.
3. Незначительное отклонение толщины покрытия по всей линейной поверхности.

Преимущества горячего нанесения:
1. Простота технологии и оборудования.

2. Мое мнение (теоретическое) — прав ли я?
Покрытие нанесенное горячим способом является более стойким к механическим воздействиям, не отслаивается от подложки благодаря большому диффузионному (адгезионному) слою.

Если я не прав, тогда в чем преимущество горячего наложении олова над гальваническим? Горячее наложение лужение используется на многих предприятиях, однако простота технологии не может конкурировать с экономичностью в условиях рынка…

С уважением, Александр А.

Хотелось бы узнать ваше мнение.
Какова возможная стойкость олова к полиморфным превращениям на медной жиле при длительном хранении в условиях крайнего севера? Медь предотвращает полиморфизм олова, но как она может подействовать на оловянное покрытие…?

Читать еще:  Как определить диаметр металлической трубы?

С уважением, Александр А.

Здравствуйте, Александр!
Области применения горячего способа нанесения олова и гальванического разные: на медную проволоку или листы гораздо проще и экономичнее нанести олово горячим способом, а детали сложной конфигурации необходимо покрывать гальванически, чтобы получить одинаковую толщину по всей поверхности.
Относительно полиморфизма установлено, что наибольшая скорость превращения белого олова в серый порошок при температуре минус 48С. При температуре минус 30С олово может находиться без изменения много лет.
К сожалению, данные наблюдений фазового перехода олова противоречивы, и поэтому до сих пор конструктора и технологи не имеют конкретных данных при проектировании, изготовлении и эксплуатации РЭА.
С уважением, Королева Галина Владимировна.

Здравствуйте, Галина Владимировна! Скажите, пожалуйста, по каким причинам может не растворятся сернокислое олово в дистиллированной воде? У меня на участке уже давно работает ванна оловенирования, электролит разводим периодически и раньше с такими проблемами не сталкивались. Пробовал растворить в теплой воде, в концентрированной серной кислоте, в разбавленной серной кислоте, но положительного результата не добился. Поставщик уверяет, что «Сернокислое олово свежее (август 2013)».

Здравствуйте, Игорь!
Олово сернокислое имеет очень маленькую растворимость, поэтому при приготовлении электролита олово-висмут в ванну сначала вливают расчетное количество серной кислоты, затем маленькими порциями при постоянном помешивании добавляют сернокислое олово. Нужно иметь терпение и делать все очень тщательно, тогда все получится.
С уважением, Королева Галина Владимировна.

Здравствуйте Галина Владимировна! Подскажите пожалуйста, какие лучше использовать аноды для ванны щелочного лужения?
У нас на предприятии используется ванна щелочного лужения на основе четыреххлористого олова и щелочи, используем никелевые аноды, но с ними возникают некоторые трудности (они расстворяются и ванна начинает шламить, и их тяжело чистить). В литературе читала, что лучше применять нерастворимые стальные аноды из нержавейки.

С уважением, Надежда.

Здравствуйте, Надежда!
При использовании щелочного электролита лужения состава:
Натрия станнат — 50-100 г/л
Натр едкий — 10-15 г/л
Натрий уксуснокислый — 15-25 г/л
Температура = 60-80°С
Плотность тока = 0,5-2 А/дм2
Применяют оловянные аноды, но предварительно их пассивируют при повышенном значении анодной плотности тока (в 2-3 раза больше рабочей) в течение 5 -10 мин. При этом на них образуется пленка желтовато-золотистого цвета. Обработанные таким образом аноды растворяются с образованием только четырехвалентных ионов олова. После формирования пленки анодная плотность тока может быть снижена. При нахождении анодов в электролите без тока пассивная пленка растворяется, поэтому при перерывах в работе аноды необходимо выгружать и помещать в ванну с водой. Загрузку и выгрузку анодов надо производить под током.
С уважением, Королева Галина Владимировна.

Лужение и пайка

  1. Горелка или другой источник огня.
  2. Паяльник.
  3. Расходные материалы.

Расходными материалами для выполнения работ является флюс, припой и канифоль. Лужение паяльником выполняют путем расплавления припоя горячим наконечником инструмента. Благодаря физическим свойствам олова для этого не требуется интенсивной обработки. Под действием температуры припой становится жидким, стекая на рабочую поверхность, образуя паяльную ванну. Распространение рабочего состава регулируется движением паяльника.

После использования всего состава рабочую плоскость протирают ветошью. Это необходимо сделать сразу же, пока поверхность еще горячая. Данная процедура поможет равномерно распределить состав.

Гальванический метод

Гальванический (электрохимический) метод лужения получил наибольшее распространение в современной металлургической промышленности. В основе технологии лежит электролиз – физико-химический процесс, который заключается в выделении, переносе и осаждении составных частей растворенных веществ с размещенного в электролите положительно заряженного электрода (анода), на отрицательно заряженный электрод (катод) под воздействием электрического тока. В роли исходного сырья здесь выступает оловянный анод марки О1, содержащий не менее 99,9% чистого олова. Катодом является обрабатываемое изделие, металлический лист или лента. В качестве электролитов используют концентрированные водные растворы кислот или щелочей, содержащие соли олова.

Читать еще:  Чем покрыть крышу металлического гаража от протекания?

Для справки
Химическая чистота оловянного анода обусловлена требованиями ГОСТ 860-75, в соответствии с которыми количество примесей в исходном сырье не должно превышать 0,1 процента от его общего объема. Плотность олова в анодах составляет около 7,29 г/см 3 . Используемые для лужения оловянные аноды могут иметь разные формы. Помимо традиционных плоских, можно заказать оловянный анод в виде сферы или шара. Как правило, аноды нестандартной формы используются для лужения деталей сложного профиля.

Технология гальванического лужения

Перед началом гальванического лужения подбирают оловянные аноды необходимого размера. Площадь анода должна быть, как минимум, вдвое больше площади поверхности защищаемого изделия. Затем определяется состав электролита, который может быть приготовлен из разных химикатов и добавок, иметь разную концентрацию. В целом электролиты для гальванического лужения делятся на два основных типа: кислые и щелочные.

Кислые электролиты выбирают для покрытия оловом несложных деталей, поскольку они обладают низкой рассеивающей способностью, но в несколько раз быстрее щелочных работают на «осаждение» олова, что позволяет экономить электроэнергию и удешевляет итоговый продукт. Щелочной (станнатный) электролит, содержащий заданное количество станната натрия (Na2SnO3) и свободной щелочи (NaOH), напротив, обладает высокой рассеивающей способностью, поэтому его обычно используют для лужения изделий сложных форм. В состав кислых электролитов входят соли олова в виде двухвалентных ионных соединений, а в состав щелочных электролитов – в виде четырехвалентных.

Следующим этапом гальванического лужения является подготовка поверхности защищаемого изделия, которое очищается от окислов и обезжиривается. После этого в оловянную ванну с определенным типом электролита погружается оловянный анод и защищаемое оловом изделие. К аноду подключается проводник от источника постоянного тока с положительным зарядом, а к изделию (катоду) – с отрицательным. При подаче напряжения на аноде начинается реакция окисления, олово растворяется в электролите и, подчиняясь законам Фарадея, оседает на поверхности катода – изделия. Толщина оловянного покрытия регулируется длительностью процесса и силой тока.

Достоинства и недостатки гальванического метода лужения

Главным преимуществом гальванического способа лужения является высокая эффективность технологии, позволяющая при минимальном расходе олова получать однородное и равномерное покрытие необходимой толщины по всей поверхности обрабатываемого изделия. Возможность регулировать толщину покрытия позволяет задавать ей любой размер, вплоть до сверхмалых величин от 1 мкм. Экономия олова при гальваническом способе лужения, в сравнении с горячим методом, может достигать 50 процентов.

К безусловным плюсам также относят высокую скорость формирования оловянного слоя, что обуславливает высокую производительность. Важно отметить и тот факт, что оловянные аноды растворяются в электролите равномерно, с максимально возможным полезным использованием их ресурса. В числе недостатков гальванического метода лужения оловом можно назвать несколько более пористое покрытие, чем то, которое получается при горячем лужении, а также необходимость в наличии специального оборудования и квалифицированного рабочего персонала.

Заключение

С изделиями, обработанными методом лужения, люди встречаются повседневно. Это предметы кухонной утвари: столовые приборы, кухонная посуда, консервные банки и другие изделия, связанные с длительным хранением и транспортировкой пищевых продуктов. Не меньшее применение лужение находит в сферах народного хозяйства. Олово предохраняет контакты деталей радиоаппаратуры от окисления, используется для защиты кабелей и проводов, изготовления жести. Кроме этого, покрытие оловом обеспечивает пластичность материалу, он легко обрабатывается штамповкой, вальцовкой вытяжкой и пайкой.

Заключение

Химическая металлизация своими руками вполне возможна, но требует соблюдения мер предосторожности: использования защитных перчаток, респиратора, очков, спецодежды, а при работе электрохимическим методом — еще и знания техники безопасности при электротехнических работах. Только соблюдая технологию и технику безопасности можно получить красивое и долговечное покрытие медью, серебром, хромом или другим металлом на любых изделиях от пуговицы до автомобильных дисков.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector