Припой ПМЦ42

Медно-цинковые припои серии ПМЦ относятся к группе твёрдых (тугоплавких) припоев с температурой плавления выше 450 °С. Они предназначены для высокотемпературной пайки изделий из меди, латуни, бронзы, томпака и стали. Основу сплава составляют медь и цинк — от их соотношения зависят температура плавления, прочность паяного шва и область применения конкретной марки.

Нормативная база и марки медно-цинковых припоев

Марки и химический состав медно-цинковых припоев промышленного назначения регламентированы ГОСТ 23137-78 «Припои медно-цинковые. Марки». Стандарт устанавливает три марки: ПМЦ36, ПМЦ48 и ПМЦ54. Классификация и обозначения припоев в целом определены ГОСТ 19248-90.

Обозначение расшифровывается так: П — припой, М — медь, Ц — цинк, цифра — среднее содержание меди в процентах. Соответственно, чем выше число, тем больше меди в сплаве и тем выше температура плавления.

Марка ПМЦ42, которая встречается в ряде справочных изданий и технической литературе, формально не включена в действующий ГОСТ 23137-78. Такие припои с промежуточным содержанием меди (около 40–44 %) могут выпускаться по техническим условиям (ТУ) отдельных предприятий. По своим свойствам ПМЦ42 занимает промежуточное положение между ПМЦ36 и ПМЦ48.

Химический состав медно-цинковых припоев по ГОСТ 23137-78

По соглашению между изготовителем и потребителем допускается снижение пределов содержания меди и содержания примеси свинца (примечание к ГОСТ 23137-78).

Физические и механические свойства припоев ПМЦ

Свойства медно-цинковых припоев определяются соотношением меди и цинка: увеличение доли меди повышает температуру плавления, прочность и пластичность. Данные ниже приведены из справочного приложения к ГОСТ 23137-78.

* ПМЦ36 характеризуется повышенной хрупкостью из-за высокого содержания цинка (более 60 %). По данным ГОСТ 23137-78, значения прочности и твёрдости для этой марки не нормируются.

Характеристики ПМЦ42 по справочным данным

По данным технической литературы (справочники, энциклопедии), для припоя с содержанием меди около 42 % указывают температуру ликвидуса порядка 833 °С. По физическим свойствам ПМЦ42 занимает промежуточное положение между ПМЦ36 и ПМЦ48: плотность приблизительно 7,9–8,0 г/см³, сплав двухфазный (α + β), обладает ограниченной пластичностью. Точные характеристики зависят от конкретных ТУ изготовителя.

Назначение и область применения припоев ПМЦ

Каждая марка медно-цинкового припоя предназначена для пайки определённых групп материалов. Выбор марки зависит от содержания меди в паяемом изделии — температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления основного металла.

ПМЦ42, как промежуточная марка, применяется в аналогичных условиях — преимущественно для пайки латунных изделий и медных сплавов. Конкретный круг применения определяется ТУ изготовителя.

Общие области использования медно-цинковых припоев:

• соединение латунных, бронзовых, медных деталей в машиностроении;
• ремонт и восстановление узлов из цветных металлов;
• пайка стальных деталей (при использовании марок с повышенным содержанием меди — ПМЦ48, ПМЦ54);
• создание герметичных швов в теплообменниках и трубопроводных системах.

Влияние состава на свойства медно-цинкового припоя

Соотношение меди и цинка в сплаве определяет его фазовую структуру и, как следствие, эксплуатационные характеристики.

При содержании цинка до 39 % (т.е. меди более 61 %) сплав имеет однофазную α-структуру — твёрдый раствор цинка в меди. Такие составы пластичны, но имеют высокую температуру плавления. При увеличении цинка до 46–50 % структура становится двухфазной (α + β), что приводит к росту прочности при снижении пластичности. Сплавы с содержанием цинка более 50 % переходят в β-фазу — они хрупкие и обладают низкой механической прочностью. Именно поэтому ПМЦ36 (содержащий около 64 % цинка) классифицируется как хрупкий по ГОСТ 23137-78.

При пайке медно-цинковыми припоями неизбежно выгорание (испарение) цинка из расплава. Это приводит к повышению фактической температуры кристаллизации шва и может снижать качество соединения. Для подавления этого эффекта в состав некоторых модифицированных припоев вводят присадки кремния (снижает испарение цинка, повышает прочность шва) и олова (улучшает растекаемость).

Формы поставки медно-цинковых припоев

Припои серии ПМЦ поставляются в формах, удобных для различных технологических процессов:

• Гранулы (зёрна) — основная форма поставки. По величине зерна делятся на два класса: класс А (от 0,2 до 3 мм) и класс Б (от 3 до 5 мм).
• Прутки — для ручной и механизированной пайки горелкой.
• Полосы (ленты) — для закладки в зазор при печной и индукционной пайке.
• Порошок — для приготовления паяльных паст.

Подробнее о марках и формах поставки медно-цинковых припоев — на странице медно-цинковый припой ПМЦ.

Технология пайки медно-цинковыми припоями

Медно-цинковые припои относятся к группе среднеплавких (по ГОСТ 19248-90, температура расплавления 450–1100 °С). Пайка с их применением требует соблюдения ряда технологических условий.

Подготовка поверхности перед пайкой

Паяемые поверхности должны быть очищены от оксидов, жира, загрязнений. Механическая зачистка (наждачная бумага, щётка) или химическое травление обеспечивают надёжное смачивание припоем. Зазор между соединяемыми деталями выдерживают в диапазоне 0,05–0,5 мм — в зависимости от конфигурации узла и метода пайки.

Применение флюсов при пайке

При пайке медно-цинковыми припоями обязательно применение флюса для удаления оксидной плёнки и защиты зоны нагрева от окисления. Для припоев ПМЦ используют флюсы на основе буры (Na₂B₄O₇) или смеси буры с борным ангидридом (B₂O₃). Бура расплавляется при температуре около 741 °С и образует жидкий шлак, растворяющий оксиды. Соотношение компонентов флюса подбирают в зависимости от паяемого металла и условий нагрева.

Методы нагрева

Основные способы нагрева при пайке припоями ПМЦ:

• газопламенный — ацетилено-кислородным или пропано-кислородным пламенем; пламя должно быть нормальным или слегка окислительным;
• индукционный — с использованием токов высокой частоты (ТВЧ), обеспечивает локальный равномерный нагрев;
• печной — в защитной атмосфере или вакууме, применяется для серийных изделий.

При газопламенной пайке сначала прогревают зону соединения до температуры, близкой к температуре плавления припоя, затем вводят припой в зазор. После заполнения зазора расплавом пламя кратковременно выдерживают для обеспечения равномерного растекания. Перегрев недопустим — он усиливает испарение цинка и ухудшает качество шва.

Остаточные операции

После охлаждения паяного соединения необходимо удалить остатки флюса, поскольку борсодержащие флюсы гигроскопичны и могут вызывать коррозию. Удаление производят промывкой горячей водой или механической зачисткой.

Выбор марки припоя ПМЦ для конкретных задач

Подбор марки медно-цинкового припоя определяется составом паяемого материала, требуемой прочностью шва и условиями эксплуатации. Основные рекомендации:

Пайка латуни (содержание Cu до 68 %): применяют ПМЦ36 — его температура плавления (800–825 °С) ниже температуры плавления латуни, что исключает перегрев основного металла. Недостаток — хрупкость шва. Подробнее о характеристиках этой марки — в статье Припой ПМЦ36.

Пайка медных сплавов (содержание Cu свыше 68 %): применяют ПМЦ48 — более прочный и пластичный, обеспечивает надёжное соединение. Относительное удлинение 3 %, твёрдость 130 НВ.

Пайка меди, томпака, бронзы и стали: применяют ПМЦ54 — обладает наиболее высокой прочностью (343 МПа) и пластичностью (удлинение 20 %) среди припоев серии ПМЦ.

ПМЦ42 может применяться как компромиссный вариант для пайки латунных и медных изделий, когда требуется температура плавления ниже, чем у ПМЦ48, но более высокая прочность шва по сравнению с ПМЦ36.

Сравнение медно-цинковых припоев с другими типами твёрдых припоев

Медно-цинковые припои — не единственный вариант для высокотемпературной пайки. В зависимости от требований к шву и экономических ограничений могут применяться также серебряные (ПСр) и медно-фосфорные (ПМФ) припои.

Серебряные припои (по ГОСТ 19738-74) обеспечивают более высокую прочность, пластичность и коррозионную стойкость паяного шва. Температуры плавления серебряных припоев, как правило, ниже, чем у ПМЦ (например, ПСр-45 — 720 °С). Однако серебряные припои значительно дороже.

Медно-фосфорные припои (ПМФ) обладают свойством самофлюсования при пайке меди — фосфор при нагреве окисляется и выполняет функцию флюса. Это упрощает технологический процесс. Медно-фосфорные припои не применяются для пайки стали и чугуна из-за образования хрупких фосфидов железа.

Медно-цинковые припои ПМЦ занимают промежуточное положение: они дешевле серебряных и универсальнее медно-фосфорных, пригодны для пайки широкого круга металлов — от латуни до стали.

Условия хранения и транспортировки

Медно-цинковые припои в гранулированной форме хранят в сухих закрытых помещениях, защищённых от влаги. Гранулы поставляются в герметичной таре (банки, мешки с полиэтиленовым вкладышем). При транспортировке не допускается увлажнение и загрязнение продукции посторонними включениями. Прутки и полосы хранят в упаковке, исключающей механические повреждения.