Припой ПОК-56

Оловянно-кадмиевый припой ПОК-56 — двухкомпонентный мягкий припой системы Sn–Cd, предназначенный для низкотемпературной пайки соединений, где недопустим значительный нагрев. Сплав отличается малой усадкой при затвердевании и пригоден для ступенчатой пайки, однако имеет повышенную хрупкость и высокую токсичность из-за содержания кадмия. Ниже подробно рассмотрены состав, физико-механические свойства, области применения, совместимые флюсы и требования безопасности при работе с ПОК-56.

Расшифровка маркировки ПОК-56

Обозначение припоя формируется по общепринятой схеме, характерной для отечественных оловянных припоев:

Таким образом, ПОК-56 — это бинарный оловянно-кадмиевый сплав (без свинца), в котором олово является основным компонентом, а кадмий — легирующей добавкой, понижающей температуру плавления.

Химический состав припоя ПОК-56

Припой относится к бинарной системе Sn–Cd. Номинальный химический состав:

Суммарное содержание компонентов составляет 100 %. Допускаются незначительные примеси, регламентированные техническими условиями предприятия-изготовителя. Свинец в составе ПОК-56 отсутствует, что отличает его от трёхкомпонентных оловянно-свинцово-кадмиевых припоев серии ПОСК (например, ПОСК 50-18).

Температура плавления и фазовая характеристика

Припой ПОК-56 принадлежит к бинарной системе Sn–Cd. Согласно диаграмме состояния данной системы (Dutkiewicz J. et al., «The Cd–Sn System», Bulletin of Alloy Phase Diagrams, Vol. 10, No. 3, 1989), эвтектика располагается при температуре ≈177 °С и составе ≈69 мас.% Sn (31 мас.% Cd).

Состав ПОК-56 (56 % Sn, 44 % Cd) расположен на кадмиевой стороне от эвтектики — это гипоэвтектический сплав по олову. Для него характерны следующие температурные параметры:

По классификации ГОСТ 19248-90 (ИСО 3677-76) «Припои. Классификация и обозначения», ПОК-56 относится к припоям для низкотемпературной (мягкой) пайки — категория «легкоплавкие» (с температурой плавления выше 145 °С и не более 450 °С).

Важное замечание. В ряде коммерческих источников для ПОК-56 указывается температура плавления 120–124 °С. Эта величина не подтверждается диаграммой состояния бинарной системы Sn–Cd: минимальная температура плавления (эвтектика) в данной системе составляет ≈177 °С, и ни один сплав Sn–Cd не может иметь солидус ниже этого значения. Инженерам и технологам рекомендуется уточнять фактические температуры у конкретного поставщика по паспорту партии.

Физико-механические свойства оловянно-кадмиевого припоя

Основные физико-механические характеристики припоя ПОК-56 определяются его двухкомпонентной структурой Sn–Cd:

Хрупкость — общая черта кадмийсодержащих припоев. Для повышения прочности паяного соединения практикуется предварительное лужение поверхностей оловянно-свинцовым или висмутовым припоем перед пайкой ПОК-56.

Области применения припоя ПОК-56

Оловянно-кадмиевый припой ПОК-56 применяется преимущественно там, где необходимо избежать перегрева соединяемых деталей и обеспечить минимальную усадку шва. Основные области использования:

Пайка термочувствительных электронных компонентов

ПОК-56 используется при монтаже выводов полупроводниковых приборов, пайке высокочастотных кабелей и соединений, где тепловое воздействие может повредить элементную базу. Низкая температура пайки позволяет работать в зоне, где нагрев соединения не превышает критических для полупроводников значений.

Ступенчатая (вторичная) пайка

При сборке сложных узлов, где уже выполнена пайка тугоплавкими припоями, ПОК-56 применяется для последующих соединений вблизи ранее выполненных паяных швов. Более низкая температура плавления ПОК-56 позволяет не разрушить первичные соединения.

Пайка изделий из серебра

Относительно невысокая температура пайки делает ПОК-56 пригодным для соединения серебряных деталей и элементов с серебряным покрытием.

Пайка легкоплавких конструкций

Припой может использоваться в узлах, которые сами подвержены расплавлению при сравнительно невысоких температурах, — например, при сборке плавких вставок спринклерных систем пожаротушения.

Формы поставки оловянно-кадмиевого припоя

Припой ПОК-56 поставляется в нескольких формах полуфабриката, выбор которых зависит от способа пайки и масштаба производства:

Точные размеры и массу полуфабрикатов определяют технические условия предприятия-изготовителя. Проволока и пруток — наиболее востребованные формы для производственной пайки.

Флюсы для пайки припоем ПОК-56

Выбор флюса определяется материалом соединяемых деталей и условиями эксплуатации изделия. Для пайки припоем ПОК-56 применяются следующие типы флюсов:

При выборе флюса для пайки ответственных электронных узлов следует учитывать остаточную коррозионную активность: канифольные флюсы предпочтительнее для электроники, а хлоридные — для общетехнической пайки.

Токсичность и техника безопасности при работе с ПОК-56

Кадмий — токсичный тяжёлый металл. Его пары и соединения представляют опасность для здоровья человека при вдыхании и длительном контакте. При работе с припоем ПОК-56 необходимо строго соблюдать следующие требования:

Общие требования охраны труда

Пайка должна выполняться в помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией или местными отсосами непосредственно у рабочего места. Предельно допустимая концентрация (ПДК) кадмия и его неорганических соединений в воздухе рабочей зоны составляет 0,05 мг/м³ (по кадмию) — класс опасности I (чрезвычайно опасные вещества).

Средства индивидуальной защиты

При пайке ПОК-56 рекомендуется использовать респиратор с противоаэрозольным фильтром, защитные очки, спецодежду и перчатки. После работы необходимо тщательно мыть руки.

Хранение и утилизация

Хранить припой следует в сухом проветриваемом помещении. Отходы кадмийсодержащих припоев относятся к опасным отходам и подлежат утилизации в соответствии с действующими экологическими нормами.

Из-за высокой токсичности кадмия применение ПОК-56 в новых разработках постепенно ограничивается. В ряде отраслей проводится замена кадмийсодержащих припоев на менее опасные аналоги. Тем не менее в специфических применениях — ступенчатая пайка, пайка термочувствительных узлов — ПОК-56 сохраняет востребованность.

Нормативная документация

Припой ПОК-56 изготавливается по техническим условиям (ТУ) предприятия-изготовителя. Классификация и система обозначений припоев регламентируются ГОСТ 19248-90 (ИСО 3677-76) «Припои. Классификация и обозначения», по которому ПОК-56 относится к группе легкоплавких припоев для низкотемпературной (мягкой) пайки.

Общие требования к формам выпуска мягких припоев (проволока, пруток, чушка) содержатся в ГОСТ 21930-76 «Припои оловянно-свинцовые в чушках» и ГОСТ 21931-76 «Припои оловянно-свинцовые в изделиях», однако эти стандарты распространяются на оловянно-свинцовые, а не оловянно-кадмиевые сплавы. Для ПОК-56 определяющими являются ТУ конкретного производителя.

Сравнение ПОК-56 с близкими по назначению припоями

При выборе припоя для низкотемпературной пайки полезно сравнить ПОК-56 с другими марками, применяемыми при аналогичных задачах:

В качестве менее токсичных альтернатив ПОК-56 могут рассматриваться легкоплавкие припои на основе висмута (серия ПОСВ), не содержащие кадмия. Однако окончательный выбор определяется конкретными условиями пайки: температурными ограничениями, требуемой коррозионной стойкостью и допустимостью свинца.

Рекомендации по пайке припоем ПОК-56

Подготовка поверхности

Паяемые поверхности должны быть очищены от окислов, жира и загрязнений. Механическая зачистка, обезжиривание или травление выполняются непосредственно перед пайкой. Качество подготовки поверхности прямо влияет на прочность и герметичность соединения.

Предварительное лужение

Из-за повышенной хрупкости паяного шва рекомендуется предварительное лужение соединяемых поверхностей оловянно-свинцовым или висмутовым припоем. Тонкий подслой улучшает адгезию и повышает механическую прочность итогового соединения.

Температурный режим пайки

Температуру жала паяльника или паяльной ванны следует устанавливать на 30–50 °С выше температуры ликвидуса припоя. Перегрев нежелателен: он усиливает испарение кадмия, увеличивает окисление и может повредить термочувствительные детали.

Удаление остатков флюса

При использовании активных (хлоридных) флюсов обязательна тщательная промывка паяных соединений после пайки для предотвращения коррозии. Канифольные флюсы допускается не удалять, если это не противоречит требованиям эксплуатации.