Припой ПМЦ48

Припой ПМЦ48 — твёрдый медно-цинковый припой для высокотемпературной пайки. Относится к группе тугоплавких припоев на основе системы Cu–Zn. Применяется при соединении медных сплавов с содержанием меди свыше 68 %. Марка, химический состав и физико-механические свойства регламентированы ГОСТ 23137-78.

Цифра «48» в маркировке указывает на номинальное содержание меди — 48 %. Основу сплава составляет цинк (остальное), что определяет относительно невысокую (для твёрдых припоев) температуру плавления и хорошую растекаемость расплава по поверхности соединяемых деталей.

Химический состав припоя ПМЦ48 по ГОСТ 23137-78

Согласно ГОСТ 23137-78, массовые доли компонентов припоя ПМЦ48 составляют:

Примечание по ГОСТ: по соглашению между изготовителем и потребителем пределы содержания меди и содержание примеси свинца могут быть снижены.

Содержание цинка в стандарте определено как «остальное» — расчётный диапазон составляет примерно 49,4–53,4 % в зависимости от фактического содержания меди и примесей в конкретной партии.

Физические и механические свойства ПМЦ48

Справочное приложение к ГОСТ 23137-78 приводит следующие характеристики припоя ПМЦ48 при температуре 20 °C:

Температура плавления припоя ПМЦ48

Интервал кристаллизации ПМЦ48 составляет 15 °C (от 850 °C до 865 °C). Это сравнительно узкий интервал, что положительно сказывается на качестве паяного соединения: при затвердевании сплав быстро переходит из жидкого состояния в твёрдое, что снижает риск образования пористости и горячих трещин в шве.

Для сравнения: температура ликвидуса ПМЦ36 составляет 825 °C, а ПМЦ54 — 880 °C. Таким образом, с увеличением доли меди в медно-цинковом припое температура плавления закономерно возрастает.

Прочность и твёрдость паяного шва

Предел прочности ПМЦ48 при растяжении — не менее 205,8 МПа. Это существенно выше, чем у мягких (оловянно-свинцовых) припоев (16–100 МПа), однако ниже, чем у марки ПМЦ54 (343 МПа). Относительное удлинение ≥ 3 % указывает на ограниченную пластичность — паяные соединения, выполненные ПМЦ48, относительно хрупкие и не предназначены для работы под значительными ударными или изгибающими нагрузками.

Твёрдость НВ ≥ 130 свидетельствует о формировании достаточно твёрдого шва, что важно для деталей, работающих на истирание или в условиях контактного давления.

Назначение и область применения ПМЦ48

Согласно ГОСТ 23137-78, припой ПМЦ48 предназначен для пайки медных сплавов, содержащих свыше 68 % Cu. К таким сплавам относятся, в первую очередь, высокомедистые бронзы и томпак (латунь с содержанием меди 90 % и выше).

На практике область применения ПМЦ48 охватывает следующие задачи:

Важно: для пайки латуни с содержанием Cu до 68 % по ГОСТ 23137-78 рекомендован припой ПМЦ36, а для пайки меди, томпака, бронзы и стали — ПМЦ54. Выбор марки припоя определяется составом соединяемых материалов.

Сравнение марок медно-цинковых припоев

Для правильного выбора припоя полезно сопоставить основные характеристики всех трёх марок по ГОСТ 23137-78:

Из таблицы видно, что ПМЦ36 — наиболее хрупкий из трёх, ПМЦ54 — наиболее пластичный и прочный, а ПМЦ48 занимает промежуточное положение.

Формы поставки припоя ПМЦ48

Медно-цинковые припои из-за повышенной хрупкости (относительное удлинение всего 3 %) не поддаются прокатке в тонкую ленту или волочению в проволоку, как это делается с более пластичными сплавами. Поэтому основные формы поставки ПМЦ48:

Припой ПМЦ48 в гранулах (зёрнах)

Гранулированный припой — наиболее распространённая форма поставки для медно-цинковых марок. Получают литьём расплава в воду (грануляцией) с последующим рассевом по фракциям. Зернистая форма удобна для дозирования припоя непосредственно в зону пайки.

По крупности зерна гранулированный припой подразделяется на два класса:

Другие формы поставки

Помимо гранул, ПМЦ48 может поставляться в виде:

Прутки и стержни — литые заготовки для газопламенной пайки, когда пруток вручную подаётся в зону нагрева. Форма и размеры прутков из медно-цинковых сплавов для пайки могут регламентироваться ГОСТ 28873-90.

Чушки — литые слитки для последующей переработки или дробления.

Порошок — тонкодисперсная фракция для приготовления паяльных паст на основе ПМЦ48 с добавлением флюса и связующего.

Технология высокотемпературной пайки припоем ПМЦ48

Пайка медно-цинковыми припоями относится к высокотемпературной (температура нагрева свыше 550 °C). Процесс требует соблюдения ряда технологических условий для получения качественного соединения.

Способы нагрева при пайке

Для достижения рабочей температуры 850–870 °C применяют следующие способы нагрева:

Газопламенный нагрев — наиболее распространённый способ. Используют кислородно-ацетиленовые или пропано-кислородные горелки. Пламя должно быть нейтральным или слегка восстановительным (избыток горючего газа), чтобы минимизировать окисление меди и цинка.

Индукционный нагрев — применяют в серийном и массовом производстве. Позволяет точно контролировать температуру и время нагрева, обеспечивает равномерный прогрев зоны пайки.

Печная пайка — детали с предварительно уложенным припоем и флюсом помещают в печь с контролируемой атмосферой. Применяют для партий однотипных изделий.

Подготовка поверхности перед пайкой

Качество паяного соединения напрямую зависит от состояния поверхности. Перед пайкой необходимо:

1. Механически зачистить соединяемые поверхности от оксидов, окалины и загрязнений (наждачная бумага, металлическая щётка, абразивная обработка).

2. Обезжирить поверхности органическим растворителем (ацетон, бензин «Нефрас»). Присутствие жировых плёнок препятствует смачиванию поверхности припоем.

3. Обеспечить зазор между деталями в пределах 0,05–0,5 мм. Оптимальный зазор для капиллярного затекания припоя обычно составляет 0,1–0,3 мм.

Флюсы для пайки припоем ПМЦ48

Пайка медно-цинковыми припоями требует обязательного применения флюса. Флюс выполняет три задачи: растворяет оксидные плёнки на соединяемых поверхностях и на самом припое; защищает зону пайки от окисления при нагреве; улучшает смачиваемость и растекание расплавленного припоя.

Основные флюсы для высокотемпературной пайки:

При пайке рекомендуется предварительно прокалить буру при 400–450 °C для удаления кристаллизационной воды. Прокалённая (обезвоженная) бура не вспенивается при нагреве и равномернее покрывает зону пайки.

Порядок выполнения пайки

Типовая последовательность операций при газопламенной пайке припоем ПМЦ48:

1. Подготовить поверхности (зачистка, обезжиривание).

2. Собрать детали с заданным зазором, зафиксировать.

3. Нанести флюс на зону соединения и на припой.

4. Равномерно прогреть зону пайки до температуры, близкой к рабочей (850–870 °C). Нагрев ведут восстановительной зоной пламени.

5. Подать припой в зону соединения. При использовании гранул — засыпать в зазор заранее; при использовании прутка — поднести к краю зазора.

6. Дождаться полного растекания припоя по зазору (капиллярное заполнение).

7. Убрать источник нагрева. Деталь не перемещать до полного затвердевания припоя.

8. После остывания удалить остатки флюса (промывка горячей водой, механическая зачистка).

Особенности работы с припоем ПМЦ48

Испарение цинка при нагреве

При температурах выше 850 °C цинк интенсивно испаряется с поверхности расплава. Это приводит к нескольким последствиям: снижение содержания цинка в шве изменяет его механические свойства; пары оксида цинка (ZnO) образуют характерный белый дым; чрезмерное испарение увеличивает пористость соединения.

Для минимизации потерь цинка рекомендуется: не перегревать зону пайки выше необходимой температуры; использовать достаточное количество флюса для защиты расплава; выполнять пайку быстро после достижения рабочей температуры.

Ограничения по нагрузкам

Относительное удлинение ПМЦ48 составляет всего 3 %, что свидетельствует об ограниченной пластичности. Паяные соединения не рекомендуется подвергать значительным вибрационным, ударным и знакопеременным нагрузкам. Для ответственных нагруженных узлов, требующих высокой пластичности шва, следует рассматривать серебряные припои (ПСр) или марку ПМЦ54 (δ ≥ 20 %).

Контроль качества паяного соединения

После завершения пайки проводят визуальный осмотр на предмет: непропаев (неполное заполнение зазора); наплывов и подтёков припоя; трещин и пор; остатков флюса. При необходимости применяют капиллярный контроль (цветная дефектоскопия) для выявления поверхностных дефектов, а также рентгенографический контроль для ответственных соединений.

Хранение и маркировка припоя ПМЦ48

Припой хранят в сухих складских помещениях, защищённых от воздействия влаги и агрессивных сред. Гранулированный припой поставляется в герметичной таре (металлические банки, полиэтиленовые мешки, картонные барабаны). На упаковке указывают: марку припоя, номер партии, массу, класс грануляции (А или Б), обозначение стандарта.

При длительном хранении в условиях повышенной влажности на поверхности гранул может образовываться тонкая плёнка оксидов, которая удаляется флюсом в процессе пайки.

Нормативные документы на медно-цинковые припои

Основные стандарты, регламентирующие припой ПМЦ48 и смежную продукцию: