Легкоплавкие сплавы: сплав Розе, Вуда и другие

Всем привет! С вами магазин Electronoff.ua.

В одном из прошлых выпусков мы спросили, будет ли интересным видео о различных типах припоев, которые не так часто используются в электротехнике и других областях. Получив достаточное количество отзывов об этом (чему мы очень рады!), было принято решение снять об этом видео. 

Итак, это видео мы уделим низкотемпературным сплавам. Расскажем о них, их применении, а потом скажем об одном очень важном нюансе в работе с низкотемпературными сплавами, так что досмотрите до конца.

Самая удивительная вещь в этих сплавах - то, что сами по себе металлы в их составе имеют температуру плавления значительно выше, чем в итоговом сплаве. Но их соединение вместе образует новый материал, разительно отличающийся по свойствам от его составляющих. 

Сплав Розе

Наиболее распространенный сплав — это сплав Розе. Его температура плавления - 94 °C. а состоит он из привычного нам оловяно-свинцового припоя в немного других соотношениях, но с добавлением необычного металла - висмута. Самое популярное соотношение - это 25% олова, 25% свинца и 50% висмута. Добавление такого элемента позволило два раза уменьшить температуру плавления припоя в сравнении с обычным ПОС60. 

Кстати, интересно, что похожий по составу сплав Сплав Ньютона, собственно, сам Ньютон получил еще в 1701 году. У него сплав состоял на 50% из висмута (Bi), 31,2% из свинца (Pb) и 18,8% из олова (Sn). А температура плавления была 97 градусов. 

Сфера применения сплава Розе не ограничивается радиотехникой. Да, в основном его применяют для лужения дорожек на плате (поскольку при такой температуре отсутствует риск их перегреть, чтобы они не отвалились), а еще для безопасного выпаивания компонентов - поскольку даже при смешивании сплава Розе и обычного припоя прямо на плате температура плавления последнего существенно уменьшается. Также он широко используется в плавких электрических предохранителях. Но, кроме этого, многие используют сплав в литье различных статуэток, других предметов исскуства и даже технологических изделий. 

Сплавом Розе не рекомендуется паять платы по понятной причине - для большинства радиодеталей 95 градусов - высокая, но вполне допустимая рабочая температура. Расплавление припоя при такой температуре ни к чему особо хорошему не приведет. При нагреве наши детали будут, скажем так, самостоятельно вываливаться с платы для охлаждения.

Сплав Розе похож на сплав Вуда (о нем мы скажем далее), но отличается от него меньшей токсичностью, так как не содержит кадмий. 

Сплав Вуда

Сплав Вуда практически так же широко популярен, как и сплав Розе. Он имеет еще меньшую температуру плавления (около 68°С), так что мог бы быть еще более популярным, если бы не один важнейший недостаток - кадмий в его составе является канцерогеном, он очень вреден и опасен для здоровья, особенно пары его оксида, которые как раз и выделяются при пайке.

Тем не менее, в радиолюбительской практике он также используется для лужения плат (это можно делать даже просто в горячей воде с раствором лимонной кислоты, растирая шарики сплава по плате). А еще его используют в художественном литье — поскольку усадка материала хоть и косвенно, но зависит от температуры, до которой он был нагрет, то минимальный перепад этих температур позволяет не принимать во внимание эффект усадки, настолько он мал. С помощью сплава Вуда можно отлить очень точные копии деталей.  Широко используют его свойство, заключающееся в удалении сплава горячей водой. Например, таким способом изгибают трубы с тонкими стенками, которые при изгибе без спецсредств будут деформированы, т.е. изомнутся, по меньшей мере, в неравномерный гофр. Чтобы не допустить такую деформацию, трубы внутри заполняют сплавом, который сдерживает гофрообразование. Затем, после сгибания трубы, сплав легко удаляется, вытекая наружу при нагреве. По этой же причине сплав применяется и в гальванопластике, где он заполняет полости в металлических изделиях.

Детали из сплава Вуда можно найти и датчиках, реагирующих на температуру, как правило, это датчики противопожарной сигнализации.
Практически идентичным по составу, но обладающим еще меньшей температурой плавления есть сплав Липовица. Он плавится уже при 60°С.  В его составе 50% висмута, 26,7% свинца, 13,3% олова и 10% кадмия.

Сплав Филдса

Интересен еще сплав Филдса - он представляет собой легкоплавкий сплав, который становится жидким при температуре около 70 °C. Назван в честь его изобретателя Саймона Келлена Филдса. Это эвтектический сплав висмута, индия и олова со следующими процентами по массе: 58% висмута, 17% индия, 25% олова. Имея практически такую же температуру плавления, он значительно безопаснее — вместо кадмия в составе используется индий. Правда, стоит он значительно дороже. Дорого, зато безопасно. Но у нас приобрести достаточно проблематично как сам индий, так и сплав Филдса.

Кстати, индий применяется для приготовления легкоплавких сплавов, используемых в плавких предохранителях (термоограничителях), терморегуляторах, спринклерах и других системах пожарной сигнализации. Сплав Вуда с добавкой индия применяется для соединения стекла со стеклом и металла со стеклом. 

Оловянно-висмутовый сплав

Популярным в Японии есть специальный оловянно-висмутовый припой. В его составе нет свинца, а висмут намного менее опасный для окружающей среды и человека. При этом температура плавления такого припоя меньше, чем у ПОС, около 139°С — это значит, что и для пайки деталей он более безопасный. По сути, это бессвинцовый припой, только с ним обращаться не сложнее, как с привычным нам оловяным, а наоборот, легче. Почему такой припой не стал популярным везде? Висмут — достаточно редкий и дорогой материал, так что такой припой обходится значительно дороже обычного. Японцы — педантичный и перфекционистичный народ, они могут пожертвовать ценой ради качества, чего не скажешь об остальном мире. 

Почему не стоит паять легкоплавкими припоями 

А теперь тот самый важный нюанс, о котором мы хотели сказать. И оловянно-висмутовый припой, и все другие легкоплавкие сплавы не любят смешивания с обычным оловяно-свинцовым (и наоборот). И при пайке ими возникают весьма неприятные последствия для работоспособности платы и радиодеталей. Дело в том, что если, например, к контакту детали на плате при запайке или выпайке добавить даже небольшую часть низкотемпературного сплава, его температура плавления резко упадет практически до предела плавления сплава. Естественно, это спровоцирует потерю прочности и разжижение контакта при нагреве.

Особенно плохая ситуация получается при лужении плат легкоплавным сплавом, поскольку он ложится на дорожки тонким слоем, который потом не полностью перемешивается с обычным припоем на контактных площадках выводных и SMD-деталей. При нагреве этот тонкий слой плавится и деталь может попросту отвалится.

Очень подробно этот эффект и то, почему не рекомендуется паять сплавами Розе, Вуда и другими (или паять, но придерживаясь определенных правил), описан в статье на информационном ресурсе Хабр, которую мы прикладываем в описании. В ней доходчиво объясняются все нюансы, которые мы не сможем вместить в видео. 

На этом, в общем-то, все. Мы рассмотрели популярные сплавы с низкой температурой плавления и зачем они нужны. С вами был интернет-магазин Electronoff, до следующих видео!