Металлообрабатывающая компания VT-METALL Гибкий подход – железное качество
Звоните, мы сейчас работаем:
21.09.2022
Металлообработка
250
Время чтения: 6 минут

Лужение металла: правила и способы

Редакция сайта VT-Metall
Сохранить статью:

Из этого материала вы узнаете:

  • Суть лужения металла
  • Преимущества и сферы использования лужения металла
  • Материалы и инструменты для лужения металла
  • Подготовка металла к лужению
  • Технологии лужения металла
  • Техника безопасности при лужении металла

Лужение металла необходимо для его защиты от внешней среды. Например, к процедуре часто прибегают перед паяльными работами для лучшего сцепления припоя с основой. Несмотря на то, что эта технология известна уже очень давно, она не утратила актуальности и сегодня.

Существует несколько технологий данной обработки, которые выбираются в зависимости от целей и условий работы. В нашей статье мы расскажем о преимуществах лужения, разберем его процесс и затронем вопросы техники безопасности.

Суть лужения металла

Под лужением металла подразумевают действия, направленные на покрытие изделия тончайшей пленкой из олова. После этой процедуры объект манипуляций приобретает требуемые свойства, такие как способность сопротивляться коррозии, паяемость, электрическая проводимость и прочие.

Олово – цветной металл, пластичный и легкий. Цвет его – серебристо-белый. Другие показатели имеют следующее значение: плотность олова – 7,28 г/см3; масса атома – 118,7 г/моль; температура плавления – 232 °С.

В природе и даже в условиях влажности реакция окисления олова проходит вяло. В условиях комнатной температуры разведенные растворы минеральных кислот почти не разъедают металл. Зато соединение насыщенных кислот (серной и соляной) при нагревании способствуют его растворяемости.

Также при контакте с раствором гидроксида натрия и повышении температуры металл разрушается. В результате образуются соли оловянной кислоты (станнаты).

Впоследствии реакции олова и органических кислот формируются координационные (комплексные) соединения. Олово, по сравнению с железом, приобретает более отрицательный потенциал, а также превращается в защитное (анодное) покрытие.

 

Висмут – блестящее, серебристо-белое с розовым оттенком вещество. Его основные характеристики: масса атома – 208,98 г/моль, плотность – 9,747 г/см³, температура плавления – 271,35 °C. Показатели степени окисления металла -3, +1, +2, +3, +4, +5.

В условиях сухости и при комнатной температуре реакция окисления не происходит, зато влажность воздуха запускает процесс потери атома или молекулы одного или более электронов и приводит к образованию тонкого слоя оксида. С некоторыми металлами может создавать интерметаллические соединения – висмутиды.

Лужение металла только одним чистым оловом – процесс неэффективный и имеет некоторые изъяны:

  • Изделия, покрытые оловом, во время хранения могут изменяться. Так, на поверхности металла появляются небольшие (5–10 мм) отростки в виде нитей. Кристаллы, а это именно они, приводят к короткому замыканию, которое происходит в случае, если между электрорадиотехническим оборудованием нет свободного пространства.

    Почему происходит именно так, специалисты на сто процентов сказать не могут. Существует предположение, что на появление «металлических усиков» влияет материал катода.

    Главная причина – существование остаточного (внутреннего) напряжения сжатия в покрывающей основе. Оно появляется в результате напряжения в материале основы, формирования осадка в процессе химической реакции, попадания посторонних элементов или проникновения вещества-основы в покрытие.

    Например: если олово наносится на медь, цинк и латунь, появление и скорость распространения кристаллов увеличивается. При этом если позаботиться заранее и сделать никелевую прослойку, то процесс замедлится.

  • Олово обладает свойствами полиморфизма. Обычно оно находится в бетта-модификации – белое олово и является устойчивым соединением, если температура держится выше +13,2 °C.

    В ином случае – при снижении градуса тепла – металл совершает переход в аллотропную модификацию и превращается в серое олово. При этом изменяется в большую сторону удельный объем, а покрытие разрушается. Такой процесс специалисты называют – «оловянная чума».

  • Лужение металла чистым оловом замедляет оптимальные сроки работы изделия, при использовании на поверхностях, предназначенных для пайки. Существует множество примеров, когда паяемость становилась хуже через пару дней после нанесения слоя олова.

На отрицательное качество работы оказывают влияние наличие большой площади несплошностей на металле (его пористость), существование примесей в покрывающей основе, которые способны привести к реакции электрокристаллизации или проникновения части компонентов основы в слой защиты, например, цинка из латуни.

Показатель паяемости может ухудшиться и при возникновении интерметаллидов (например, Cu3Sn, Cu6Sn5) на стыке медь-олово. Это приводит к потере пластичности при толщине соединения меньше 3 мм.

Этих неприятных последствий можно избежать, если добавить к олову висмут. Причем важно иметь в виду, что добавление висмута в основной сплав для создания гальванического покрытия может быть незначительным и держаться на уровне десятых долей процентов. Уже при такой легировке свойства защитного слоя будут в разы лучше.

Преимущества и сферы использования лужения металла

Лужение металла находит свое применение в разнообразных сферах производства:

  • Электронная промышленность и производство радиоаппаратуры. Используется для предотвращения коррозии плат.
  • Промышленное производство машин, приборов, орудий и выпуск авиационной техники. Составные элементы станков, полетные аппараты требуют нанесения защитных покрытий.
  • Изготовление кабельных изделий. Хотя у продуктов этой отрасли уже имеется резиновая защита, оловянное покрытие спасает металлический проводник от влияния серы, которая содержится в резиновых материалах и пластике.

2.jpg

  • Пищевое производство. Большинство аксессуаров для кухни, необходимых в процессе готовки, покрывают слоем особого пищевого олова. Такая основа не несет вреда для здоровья человека. Этот состав наносят и на тару для хранения продуктов консервации, что увеличивает сроки хранения. Вспомните тушенку из середины прошлого века, которая до последних дней стояла на полках складов российской армии про запас.
  • Слой олова наносят на подшипники в качестве подготовительного этапа перед заливкой баббитом. Лужение металла – важная составляющая процесса создания беззазорного прочного неразъемного соединения. Одна из его разновидностей – фальцевое соединение (шов).

За всю историю оловянных покрытий эту защиту чаще всего применяли в целях подготовки поверхностей для последующей спайки.

Популярность метода связана со следующими факторами:

  • Продуктивность. Благодаря новым технологиям увеличивается объем обработанных элементов за короткий срок. Поэтому лужение поставлено на автоматизированное производство.
  • Прочность. Малая химическая активность олова гарантирует защиту от влажности, органических кислот и солей.
  • Стойкость защитного слоя. Сплавы олова и металл в чистом виде имеют высокий уровень сцепления (адгезии) с другими поверхностями. При механической обработке изделия покрытие не деформируется.
  • Термическая стойкость. Покрытая оловом поверхность способна выдержать сильные изменения температуры.

Материалы и инструменты для лужения металла

Лужение металла подразумевает использование олова и дополнительных неорганических веществ – флюсов.

  • Технология лужения предполагает применение марочного олова: 01 (Sn 99,1 %, примеси 0,1 %) или 02 (Sn 99,5 %, примеси 0,5 %). В чистом виде металлом покрывают посуду. Во время спайки двух частей изделия олово не используют. Это связано с тем, что низкие температуры разрушают металл. Добавление примесей допустимо для улучшения качеств соединения. Для прочности, например, используют свинец. Одни из популярных сплавов – ПОС-18, ПОС-30, ПОС-50, ПОС-90, где цифра – процентный показатель олова.

3.jpg

  • Флюсы помогают подготовить поверхность для дальнейшей работы: очищают от жиров, грязи, окислов, помогают снизить температуру плавления. Среди таких веществ популярны – хлористый амоний (нашатырь) и хлористый цинк (паяльная кислота). Во время пайки меди и стали очень часто применяют эти два соединения.

Инструментами для лужения металла служат:

  • средства для измерения (линейка, рулетка, штангенциркуль);
  • специальные клещи для удержания и перемещения деталей;
  • инструменты для скобления грязи с поверхности – шаберы;
  • приспособления для смазывания и чистки – специальные кисти;
  • нагревательные паяльные лампы, чтобы подготовить изделие перед нанесением слоя сплава.

Необходимость тех или иных приспособлений для работ складывается на основании методов лужения и пайки. Специалисты используют основное и дополнительное оснащение:

  • Гальванические ванны, применяемые для лужения. Бывают стационарными и вращающимися (ванны-колоколы).
  • Установки и аппараты для лужения. Это многоуровневые системы, которые подразумевают наличие разнообразных ванн для подготовки и самого нанесения покрытия. Для удобства они находятся под жестким корпусом, футляром, содержат аспирационные зонты. Это делает производственный процесс намного проще.
  • Верстаки для покрытия оловом и выполнения других задач. Могут быть деревянными полностью или со стальными столешницами. При проектировании рабочего стола важно учитывать наличие щелей для свободного стекание жидкостей, применяемых в процессе лудильных работ. Чтобы собрать жидкость под верстаком, нужно ставить ванну.
  • Ванны обезжиривающие. Для избавления поверхности от жира химическим способом применяют разнообразные сосуды, емкости, контейнеры. Например, можно использовать котел с крышкой или металлическую ванну со специальным прибором для подогрева. Важно, чтобы вся тара, используемая в работе, была чистая.
  • Промывочные ванны. Специалисты советуют использовать их до и после лужения металла. Сосуды для промывки – ванны – могут быть изготовлены из дерева или металла. Также нужно создать условия для постоянного холодного и горячего водоснабжения.

Подготовка металла к лужению

Чистая поверхность металла – гарант прочного покрытия. С учетом требований к будущей заготовке принимается решение, каким способом будет осуществляться подготовка.

4.jpg

Один из вариантов – очищение поверхности изделия щеткой. Это помогает снять ржавчину или окалину. Предварительно поверхность промывают водой, а потом берут в руки щетки. Дополнительно можно использовать песок, пемзу и известь.

Другой вариант предварительных работ предусматривает шлифование поверхности дисками и шкурками. По сути, эта доработка – идеальное выравнивание поверхности изделия.

Иногда поверхность перед лужением металла обезжиривают, применяя натриевые растворы – гидроксид натрия (едкий натр) – 10–15 %, натрия фосфат – 10–15 %, натрий углекислый – 10–15 %.

Важное уточнение: подобные химические смеси перед применением нагревают до +50…+80 °С.

Специалисты используют очистку химическим способом – с помощью серной кислоты. Этот процесс носит название – травление.

Технологии лужения металла

Горячее лужение

Существует две разновидности такой технологии. Метод погружения заключается в том, что металлический предмет окунают в ванну с предварительно расплавленным оловом. Метод растирания означает, что слой олова наносится на поверхность заготовки, а затем растирается по ней.

Оба способа имеют давнюю историю, весь процесс проработан от а до я. Технология проста и не нуждается в особенном оборудовании и инструментах.

5.jpg

Упоминая лужение металла и пайку, чаще подразумевают горячий способ. Как и у любого метода обработки, здесь есть свои отрицательные характеристики. Прежде всего, специалисты жалуются, что олово плохо распределяется по поверхности детали.

Это часто заметно при погружном способе. Если конструкция изделия сложна, то разница между слоями на разных плоскостях может быть значительна. В таком случае требуется последующая доработка обрабатываемого предмета.

Когда оловом обрабатывают изделия с маленькими узкими отверстиями или небольшой нарезкой, то горячее лужение противопоказано.

Еще одно несовершенство данного метода – трудность в избавлении от загрязнений, формирующихся внутри сплава и остающихся внутри тонкого покрытия. Такие примеси возникают после пайки изделий. Поэтому важно проверять качество сплава – он должен быть высокой степени очистки.

Гальваническое лужение

Лужение металла гальваническим путем также подразумевает две различные методики: с помощью щелочных электролитов и кислых. Суть технологии – применение в процессе работ электрического тока.

Процедура при этом становится более затратной. Хотя только таким способом можно обеспечить крепкое сцепление поверхности изделия и сплава. Существуют и другие плюсы:

  • слой олова наносится однородно и равномерно;
  • если конструкция изделия сложная – не нужно беспокоиться, что толщина будет неодинаковая со всех сторон изделия;
  • небольшая пористость покрытия;
  • меньшее использование материала для припоя.

Чаще всего сложные конструкции подвергают лужению с использованием щелочных электролитов. Связано это с тем, что такой способ славится равномерным нанесением и проникаемостью в труднодоступные места.

Самый явный недостаток гальванической технологии лужения металла – ее сложность. Нужны особые знания и квалификация, а это означает повышение расходов по заработной плате. Дома подручными материалами такую процедуру не провести. Более того, необходимо специальное оборудование – ванны.

Во время работы нужно учитывать свойства растворов щелочных электролитов. Поскольку смесь нестабильна и сложна в приготовлении, требуется постоянный контроль показателей концентрации щелочи и состояния анодов.

Техника безопасности при лужении металла

При лужении и паянии обращайте внимание на следующие рекомендации:

  • Необходимо аккуратно взаимодействовать с соляной и серной кислотами, при попадании на открытые участки тела они могут вызвать ожоги. Контакт с глазами вызывает слепоту, кислотные пары ядовиты.
  • Серную кислоту нужно хранить в стеклянной таре с очень плотно закрывающими горлышко пробками, готовые бутыли поместить в деревянные или плетеные ящички с бумажной прослойкой или подкладкой из стружки.
  • Кислоту использовать только в разведенном виде. При подготовке вливайте ее в емкость с водой тонкой струей, постоянно помешивая. Воду в кислоту наливать запрещено, иначе произойдет сильнейшая реакция с выделением большого количества тепла. Незначительное количество жидкости, добавленное в кислоту, может привести к взрыву, так как вода очень быстро нагревается и переходит в состояние пара.
  • Следует оборудовать помещения для лужения металла приточно-вытяжными вентиляционными установками.
  • Необходимо строго соблюдать технику пожарной безопасности, проверить наличие огнетушителя и ящика с песком.
  • Содержать место работы в чистоте и аккуратности.

Подводя итоги, можно сказать, что лужение – простой и действенный метод защиты металла от разрушения и подготовки к паяльным работам. Хотя порой он может быть трудоемким и дорогостоящим, его можно выполнять и в условиях домашней среды.

Но для того, чтобы результаты были более качественными, рекомендуем обращаться к специалистам.

Читайте также
Получить бесплатный чертеж

Получить бесплатный чертеж

Скачать прайс

Скачать прайс

Пересчет проекта

Пересчет проекта

Позвонить бесплатно

Позвонить бесплатно

Скачать прайс

Скачать
прайс

Написать WhatsApp

Написать WhatsApp

Яндекс.Метрика