Припой ПОЦ 20

Припой ПОЦ 20 (он же ПОЦ 80, ПОЦ 80/20, П250А) — бессвинцовый оловянно-цинковый припой, относящийся к категории мягких (низкотемпературных). Основу сплава составляют олово (79–81 %) и цинк (остальное). Отсутствие свинца определяет экологическую безопасность данного присадочного материала, что в условиях ужесточения природоохранных нормативов существенно расширяет область его промышленного применения.

Обозначение «ПОЦ» расшифровывается как Припой Оловянно-Цинковый. Цифра 20 указывает на массовую долю цинка (20 %), а альтернативное обозначение ПОЦ 80 — на содержание олова (80 %). Буквенно-цифровой код П250А отражает приблизительную температуру ликвидуса сплава. Международная запись состава — Sn80Zn20.

Нормативная документация на припой ПОЦ 20

Производство и применение оловянно-цинкового припоя марки ПОЦ 80/20 (П250А) регламентируется отраслевым стандартом ОСТ 4Г 0.033.200 «Припои и флюсы для пайки, припойные пасты. Марки, состав, свойства и область применения». Этот ОСТ распространяется на присадочные материалы, разрешённые к применению в производстве радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) при лужении и пайке монтажных соединений и конструкционных узлов.

Сортамент слитков регламентирован по ОСТ 48-132-78. Отдельные формы поставки (прутки, проволока, слитки) выпускаются также по ТУ 48-0220-62-2018. Классификация припоя соответствует ГОСТ 19248-90 «Припои. Классификация и обозначения».

Химический состав оловянно-цинкового припоя ПОЦ 80/20

Сплав является двухкомпонентным — основу образуют олово и цинк. Помимо основных компонентов, допускается присутствие примесей, суммарное содержание которых строго ограничено и контролируется, поскольку даже незначительное превышение допустимых пределов способно существенно изменить физико-химические свойства припоя.

В качестве примесей могут присутствовать: сурьма (Sb), медь (Cu), висмут (Bi), мышьяк (As), железо (Fe), никель (Ni), сера (S), алюминий (Al). Содержание серы не должно превышать 0,02 %. Общее содержание прочих примесей ограничено нормативной документацией.

С точки зрения металлургии, система Sn–Zn представляет собой простую эвтектическую диаграмму. Эвтектика располагается при содержании около 8,8–9 % Zn (масс.) и температуре ~198–199 °С. Припой ПОЦ 20 с содержанием 20 % Zn является заэвтектическим составом: при охлаждении расплава первыми кристаллизуются зёрна первичного цинка, а затем при достижении эвтектической температуры затвердевает оставшаяся жидкость в виде эвтектической смеси (Sn) + (Zn). Олово и цинк практически не растворяются друг в друге в твёрдом состоянии.

Физико-механические свойства припоя ПОЦ 20 (П250А)

Ключевые характеристики сплава приведены в таблице ниже. Следует учитывать, что конкретные значения могут незначительно различаться в зависимости от партии и источника данных.

Примечание. Температура солидуса соответствует эвтектической температуре системы Sn–Zn. Разброс значений ликвидуса (240–250 °С) обусловлен различиями в составе конкретных партий и методиках измерения. Обозначение П250А указывает на номинальную температуру ликвидуса 250 °С.

Особенности свойств припоя ПОЦ 80/20

Среди характерных свойств сплава выделяются высокая жидкотекучесть расплава и хорошая смачиваемость поверхностей. Это облегчает процесс ручной пайки и делает припой пригодным для механизированных операций лужения. Низкое удельное электрическое сопротивление (сопоставимое с чистым оловом) позволяет применять ПОЦ 20 при пайке токоведущих элементов, где требуется минимальное электрическое сопротивление в месте соединения.

Сплав демонстрирует хорошую коррозионную стойкость, обусловленную высоким содержанием олова. Вместе с тем при температурах выше 650–700 °С припой интенсивно окисляется, что ограничивает верхний температурный предел его эксплуатации.

Относительно широкий интервал кристаллизации (40–50 °С) означает, что в процессе затвердевания сплав проходит через «кашеобразное» состояние. Это необходимо учитывать при организации технологического процесса: детали не должны перемещаться относительно друг друга в период застывания шва, иначе прочность соединения снижается.

Область применения оловянно-цинкового припоя ПОЦ 20

Основная область применения припоя ПОЦ 20 — лужение и пайка изделий из алюминия и алюминиевых сплавов. Электрохимический потенциал оловянно-цинкового сплава достаточно близок к потенциалу алюминия, что минимизирует риск электрохимической (гальванической) коррозии в месте паяного соединения. Это ключевое преимущество ПОЦ 20 перед многими другими мягкими припоями.

Пайка и лужение алюминия

Припой ПОЦ 20 широко используется для устранения поверхностных дефектов (раковин, пор) на литых деталях из алюминиевых сплавов. Лужение алюминиевых поверхностей данным сплавом повышает их коррозионную стойкость и обеспечивает возможность последующей пайки более легкоплавкими припоями.

При пайке алюминия принципиально важна подготовка поверхности: необходимо разрушить и удалить оксидную плёнку Al₂O₃, которая обладает высокой химической стойкостью и препятствует смачиванию. Для этого применяют механическую абразивную обработку непосредственно под слоем расплавленного припоя либо используют активные флюсы.

Пайка медных сплавов и других цветных металлов

Помимо алюминия, припой ПОЦ 80/20 применяется для пайки деталей из медных сплавов, никеля. Хорошая жидкотекучесть и относительно невысокая температура пайки позволяют использовать его в производстве радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) — для лужения и пайки корпусов, каркасов, экранирующих элементов, ферритовых и керамических деталей (в том числе с применением ультразвука).

Применение в электронике и приборостроении

Бессвинцовый состав и низкое удельное сопротивление делают ПОЦ 20 востребованным в электронной промышленности. Сплав используется при пайке обмоток электрических машин, где критичны электропроводность в зоне спая и жидкотекучесть припоя. Также его применяют в производстве конденсаторов — в качестве защитного покрытия, препятствующего утечке тока.

Согласно ОСТ 4Г 0.033.200, припой ПОЦ 80 (П250А) разрешён для лужения и пайки ферритовых и керамических изделий с применением ультразвуковой пайки.

Флюсы для пайки припоем ПОЦ 20

Для обеспечения качественного паяного соединения при работе с оловянно-цинковыми припоями необходимо применение флюсов. Флюс выполняет несколько функций: удаляет оксидные плёнки с поверхности основного металла и припоя, защищает зону пайки от повторного окисления в процессе нагрева, снижает поверхностное натяжение расплава и улучшает его растекание по паяемой поверхности.

Выбор флюса зависит от паяемого материала и условий пайки. Для припоя ПОЦ 20 применяют:

После завершения пайки остатки коррозионных флюсов (на основе соляной кислоты, хлоридов) необходимо тщательно удалить. В противном случае остаточные хлориды вызовут коррозию в зоне паяного шва, что особенно критично для деталей из алюминия.

Технология пайки припоем ПОЦ 20

Пайка оловянно-цинковым припоем ПОЦ 80/20 выполняется стандартными методами низкотемпературной пайки: электропаяльником, газовой горелкой, погружением (окунанием) в расплав. Также возможна ультразвуковая пайка — особенно актуальная для соединения керамики и ферритов.

Основные этапы пайки

Подготовка поверхности. Паяемые детали тщательно очищают от загрязнений, масел и оксидных плёнок. Для алюминия применяют механическую зачистку (абразив, шабрение). Для медных сплавов и стали достаточно обезжиривания и травления.

Нанесение флюса. Очищенные поверхности покрывают соответствующим флюсом. Тип флюса выбирается в зависимости от паяемого материала (см. таблицу выше).

Нагрев и подача припоя. Зона пайки нагревается до рабочей температуры 280–300 °С. Припой подаётся в зону соединения и расплавляется, заполняя зазор между деталями.

Формирование шва и охлаждение. После заполнения зазора нагрев прекращают. Во время затвердевания (в интервале от ликвидуса до солидуса) детали должны оставаться неподвижными.

Удаление остатков флюса. После полного охлаждения зону шва промывают для удаления флюсовых остатков. Для коррозионных флюсов этот этап обязателен.

Особенности пайки алюминия припоем ПОЦ 20

Пайка алюминия — технологически более сложная операция по сравнению с пайкой меди или стали. Основная трудность — тугоплавкая оксидная плёнка Al₂O₃ на поверхности алюминия. Она имеет температуру плавления около 2050 °С и не растворяется в расплаве припоя.

Для разрушения оксидной плёнки при пайке алюминия оловянно-цинковым припоем применяют два основных подхода:

Абразивная пайка. Расплавленный припой наносится на поверхность алюминия, после чего оксидная плёнка разрушается механически (металлической щёткой, шабером) непосредственно под слоем расплава. Расплав немедленно смачивает очищенный металл, не допуская повторного окисления.

Ультразвуковая пайка. Кавитационное воздействие ультразвука в расплаве припоя эффективно разрушает оксидную плёнку. Этот метод обеспечивает высокое качество соединения и не требует химически активных флюсов.

Формы поставки припоя ПОЦ 20

Сплав выпускается в нескольких формах, выбор которых определяется конкретным способом пайки и требованиями технологического процесса:

Сравнение припоя ПОЦ 20 с другими марками серии ПОЦ

Серия оловянно-цинковых припоев ПОЦ включает несколько марок, различающихся соотношением олова и цинка. С увеличением доли цинка снижается стоимость сплава, но растёт температура ликвидуса и изменяются механические свойства. При содержании олова менее 30 % сплав становится хрупким.

Примечание. Температуры солидуса для всех марок серии ПОЦ практически одинаковы (~199 °С), поскольку они определяются эвтектической температурой системы Sn–Zn. Значения ликвидуса для ПОЦ 40, ПОЦ 50 и ПОЦ 60 являются ориентировочными, определёнными по диаграмме состояния.

ПОЦ 20 (П250А) — наиболее пластичный и технологичный сплав в серии. Высокое содержание олова обеспечивает хорошую смачиваемость и низкую хрупкость. Марки с повышенным содержанием цинка (ПОЦ 40 и выше) характеризуются более высокой температурой пайки и сниженной пластичностью.

Преимущества бессвинцового припоя ПОЦ 20

Отсутствие свинца в составе — главное отличие припоев серии ПОЦ от традиционных оловянно-свинцовых припоев ПОС. В условиях ужесточения экологических требований (директивы RoHS и аналогичные российские нормативы по ограничению содержания вредных веществ) бессвинцовые припои становятся всё более востребованными.

К практическим преимуществам ПОЦ 20 относятся: близость электрохимического потенциала к алюминию (минимальный риск гальванической коррозии), высокая жидкотекучесть и хорошее смачивание паяемых поверхностей, низкое удельное электрическое сопротивление, пригодность для механизированных и автоматизированных процессов лужения.

Следует учитывать и ограничения: цинк в составе припоя склонен к окислению при контакте с воздухом в расплавленном состоянии, что требует защитной среды или активных флюсов. Коррозионная стойкость паяных соединений на медных подложках ниже, чем у оловянно-свинцовых или Sn-Ag-Cu припоев, — это связано с разницей электрохимических потенциалов Zn и Cu.

Условия хранения и транспортировки

Припой ПОЦ 20 хранят в закрытых складских помещениях, защищённых от прямого воздействия влаги и агрессивных сред. Проволока и лента поставляются в бухтах, прутки — в пучках, чушки — на поддонах. Упаковка и маркировка выполняются в соответствии с требованиями нормативной документации.

При длительном хранении на поверхности изделий из припоя может образовываться тонкий слой оксидов цинка (белёсый налёт). Это не является браком и не влияет на качество пайки при условии соблюдения технологии подготовки поверхности.