БУКИНИСТ

Перевод с немецкого Н.Б. Сциборовской.

Под редакцией проф. докт. техн. наук В.И. Лайнера.

Так же как и I часть, III часть переведена не полностью, так как вопросы, изложенные в отдельных главах (например, электролитическое оксидирование алюминия, фосфатирование, хроматирование и т. д.), освещены в отечественной литературе достаточно полно. Зато более подробно переведены разделы, содержание которых либо совсем не освещалось в отечественной литературе, либо освещалось недостаточно. Сюда относятся, в частности, процесс оксалации —обработка поверхности стальных изделий, в особенности из легированной стали, водными растворами щавелевой кислоты; окрашивание металлов и металлопокрытий, удаление последних с основы, различного рода испытания металлов и металлопокрытий и т. д.

Одна из глав посвящена паяемости электролитических покрытий. Рассматривается механизм процесса пайки, влияние вида и толщины металлопокрытий, приводятся наиболее распространенные виды покрытий, облегчающие и ускоряющие процесс пайки различных металлов и сплавов главным образом в радиотехнической и электронной промышленности.

Излагаются методы испытаний способности к пайке металлической поверхности, измерения площади паяного шва, определения глубины проникновения, минимального времени смачивания.

Описаны химические и электрохимические методы окрашивания поверхности металлических изделий и металлопокрытий с целью повышения их коррозионной стойкости или декоративной отделки путем погружения в растворы солей, образующие устойчивые цветные соединения, например в растворы хлорного железа и красной кровяной соли, перманганата калия и других, главным образом, неорганических соединений. Приводятся также методы высокотемпературной или электрохимической обработки.

Рассмотрены методы удаления металлических покрытий по возможности без повреждения основного металла. К такой операции приходится прибегать в тех случаях, когда покрытия получились с дефектами и их необходимо тщательно удалить. Подробно рассмотрено применение для этой цели нитроароматических соединений как в кислых, так и в щелочных растворах. Предложены электролитический способ удаления покрытий и способ погружения. Уделено большое внимание удалению никелевых и медных покрытий.

Особенно большие трудности возникают при необходимости удаления покрытий, электрохимические свойства которых мало отличаются от свойств основного металла. Удаление медных, хромовых, оловянных, свинцовых и цинковых покрытий, различными способами без каких-либо затруднений. Золото и серебро легко удаляются анодно со стальной основы в цианистом растворе, но значительно труднее с медной основы, поскольку и медь анодно растворяется в цианистых растворах под действием тока.

Одна из глав посвящена коррозии основного металла, металлопокрытий и покрытых изделий. Помимо общих сведений о коррозии, приведено влияние контакта различных металлов в присутствии влаги, рассматриваются коррозионные процессы, протекающие с водородной и кислородной деполяризацией, метод построения поляризационных кривых, значения потенциалов важнейших металлов в воздушной атмосфере, свободной от хлоридов, и в морской воде. Рассмотрены типовые виды коррозии: равномерная и местная коррозия, коррозия легко пассивирующихся металлов, коррозионное растрескивание, межкристаллитная коррозия. Приведены некоторые частные случаи коррозии: обесцинкование, корродирующее действие сильно щелочных цианистых растворив; коррозия цинковых, кадмиевых, медных, алюминиевых и других покрытий под действием пара; сравнительная коррозионная стойкость цинковых кадмиевых покрытий, никель-хромовых покрытий, двухслойного никеля и так называемого три-никеля; влияние соотношения поверхности Ni : Cr; различные ускоренные методы коррозионных испытаний покрытых изделий.

Большой материал содержит описание методов испытания основных металлов, покрытий и покрытых изделий. Приведены самые разнообразные методы контроля физических, физико-механических и физико-химических свойств основных металлов и покрытий. Особое внимание уделяется наиболее точным микроскопическим методам определения толщины покрытий. Рассмотрены методы определения средней и местной толщины покрытий - химические и электрохимические методы, при которых покрытия разрушаются, и физические методы без разрушения покрытий (магнитный метод, метод вихревых токов с помощью рентгеновских электронных лучей, оптический и интерференционный метод).

Помимо этого, описываются методы определения текстуры покрытий, собственных напряжений, электро- и теплопроводности, жаростойкости и магнитных свойств, эмиссии и адсорбции тепловых лучей и газопроницаемости, методы определения твердости по Бринелю, Роквеллу, Виккерсу и другие. Приведены методы определения плотности покрытий, количества пор и их размеров, чистоты поверхности, коэффициента отражения света, емкостные методы, даны качественные методы определения прочности сцепления покрытий с основой, поскольку количественных методов нет.

Есть основание считать, что переведенные па русский язык главы представят значительный интерес для советского читателя.

При пайке электролитических металлических покрытий применяют почти исключительно мягкую пайку с использованием таких мягких припоев, как олово-свинец или свинец - олово (DIN 1707), если только не предусмотрен какой-либо мягкий припой для специальных целей применения.

Способность к пайке поверхностей отдельных металлов различна в зависимости от их кристаллической структуры. Кроме того, имеет значение состояние металлической поверхности отливки, вальцованного материала, прутка, поковок или детали с гальваническим покрытием. Таким образом, при мягкой пайке основное значение имеет качество поверхности, которое в свою очередь определяется обработкой изделия, степенью износа и действием коррозии. Коррозия в значительной мере зависит от условий хранения материала (времени, температуры, влажности и т. д.).

Даже если свежие металлические поверхности свободны от окислов и благодаря этому легко смачиваются мягким припоем, то через некоторое время на них все равно образуются окисные пленки, через которые не проникает расплавленный мягкий припой. Беспрепятственно можно вести пайку только в случае удаления этих пленок, что обеспечит непосредственное соприкосновение припоя с поверхностями, подлежащими соединению.

Основной отличительной чертой процесса мягкой пайки является то, что частица олова из припоя образует сплав с металлом поверхности и тем самым делает ее способной к схватыванию с остальной массой припоя. Свинец, являющийся компонентом мягкого припоя, не участвует в этом соединении двух поверхностей и самого припоя, он лишь снижает точку плавления олова (232°С), в результате чего мягкая пайка происходит при более низкой рабочей температуре и, следовательно, более экономична.

Практически олово сплавляется со всеми металлами, включая титан; исключение составляют лишь хром и тантал. Многие металлы, которые обычно считаются неспособными к пайке, смачиваются оловом и становятся пригодными к пайке при условии отсутствия на их поверхности окисных пленок.

В каждом случае мягкой пайки соединяемые поверхности металлов нагревают до температуры жидкого плавления припоя; при этом заметно повышается скорость окисления поверхности. Поэтому необходимо применять флюсы, которые удаляют имеющуюся на поверхности окисную пленку и защищают ее от нового окисления. Однако имеются еще дополнительные реакции первого предварительного лужения, которые при использовании, например, в качестве флюса раствора хлористого цинка, протекают по следующим уравнениям:

а) образуется свободная соляная кислота:

б) кислота растворяет окисел {паяемой поверхностью служит медь):

в) кислота растворяет также олово припоя:

г) олово вытесняется медью и осаждается на медной поверхности:

Согласно этим реакциям в результате полного обмена на поверхности металла происходит осаждение олова прежде, чем оно само войдет в мягкую пайку. Это осажденное олово соприкасается с расплавленным оловом припоя и плавится вместе с ним.

Согласно Гардингу, понятие паяемость нельзя определить однозначно, так же, например, как механические свойства - прочность на растяжение, твердость и т. д. Вследствие этого на основании отдельных показателей нельзя сделать заключение о способности к пайке.

Если припой нагреть выше температуры его плавления, то он расплавляется и распускается в большей или меньшей степени по поверхности металла. Для определения способности к пайке металлических покрытий необходимо соблюдать постоянными такие условия, как состав и количество припоя, вид и количество флюса, способ нагрева, максимальную температуру, время между расплавлением и затвердеванием припоя. Переменной является только толщина покрытия, наносимого всегда на одну и ту же основу (например, тонкий медный лист). Мерой способности к пайке в этом случае служат измеренные поверхность затвердевшего припоя, краевой угол стекающих капель припоя или же высота капель припоя.

Для того чтобы определить пригодность к пайке металла, важно знать не только время распространения расплавленного припоя, но также и минимальное время, требуемое для полного смачивания поверхности металла. В английской литературе приводится описание простой аппаратуры для этого определения.

Для получения соединения путем мягкой пайки необходимо не только смачивание мягким припоем соединяемых металлов, но и проникновение этого припоя в узкие зазоры под действием капиллярных сил. Согласно Нардингу и Звейтесу, проверка глубины проникновения возможна.

Понятие о способности к пайке металлов или металлических покрытий не может иметь однозначного определения; только комбинация различных методов испытания может способствовать определению фактической способности к пайке.

Тзн-Дуис разработал метод оценки способности к пайке. По этому методу, кроме определения промежутка времени, измеряют также напряжение поверхности, возникающее при отсутствии смачивания (погружение испытуемой пробы) и при смачивании (образование наплыва припоя). Бремя образования наплыва припоя и его масса подлежат определению.

в) в порах электролитически осажденных металлических покрытий может появиться коррозия, в результате чего в этих местах пайка будет неравномерной;

Металлические покрытия наносят также с целью облегчения мягкой пайки. Существует много видов механических и электротехнических деталей, на которые наносят металлические покрытия лишь для облегчения пайки при монтаже. В электротехнической и электронной промышленности, в которой больше всего применяют для подобных случаев металлопокрытия, прежде всего, облегчается способность к пайке таких металлов, как сталь (шасси и т. п.), медь (соединительная проволока, припаянные клеммы) и латунь (электрические контакты, припаянные ушки). В этих случаях декоративный вид, если им не пренебрегают полностью, не имеет особого значения по сравнению с облегчением процесса последующей мягкой пайки.

Металл, наиболее пригодный к мягкой пайке, является сам мягким припоем; поэтому часто целесообразно наносить припой в виде электролитического покрытия. В том случае, если расплавленный мягкий припой вступает в соединение с покрытием оловом или припоем, оба расплавляются одни в другом и таким образом исключается попадание посторонних частиц в припой в местах присоединения.

Способность к пайке различных видов покрытий описана ниже. На рис. 6 и 7 указываются поверхности паяных швов и минимальное время смачивания для ряда металлических покрытий.

Точка плавления никеля составляет 1453°С, поэтому никелевые покрытия не расплавляются при пайке. Никель не дает особенно хорошего качества пайки и к тому же у него мала площадь паяного шва. Свеженанесенные покрытия матовым никелем также требуют сильно действующего флюса.

Глянцевые никелевые покрытия паяются хуже, чем матовые. Исключение составляют латунные детали, которые надо всегда никелировать перед мягкой пайкой во избежание диффузии цинка из латуни в мягкий припой. Никелирование производят независимо от того, какой металл (олово - свинец, чистое олово и т. д.) будет нанесен в количестве последнего покрытия. Для чистой латуни слой никеля толщиной 5 мкм является достаточной защитой от диффузии цинка.

Покрытие серебром обычно считают не очень пригодно для пайки, так как оно легко тускнеет. Кроме того, серебро быстро растворяется в олове припоя. Опасность перехода серебра в раствор значительно уменьшается в результате применения защитного мягкого припоя олово-свинец с содержанием серебра до 4%. Это особенно важно при мягкой пайке посеребренных керамических деталей. Покрытия серебром, нанесенные ранее химически путем восстановления из щелочного раствора аммиака, должны быть усилены перед мягкой пайкой покрытиями серебра, меди или другого металла, нанесенными электролитически. Толщина этих покрытий должна составлять около 8 мкм.

Покрытия золотом создают очень хороший электрический контакт, а поэтому в электронной промышленности их часто предпочитают другим металлам. Очень тонкие покрытия золотом толщиной менее 0,3 мкм создают лишь слабую защиту основного металла от коррозии и окисления, а также не улучшают способность к пайке после хранения. В электронной промышленности чаще всего применяют покрытие золотом толщиной более 1,3 мкм, однако, при высокой температуре пайки образуются, прежде всего, интерметаллические соединения олово-золото, что может вызвать хрупкость паяных соединений. Величина скорости распространения олова на толстом покрытии золотом та же, что и у кадмиевых покрытий. Способность к пайке покрытий сплавами золота существенно зависит от состава сплава.

Покрытия палладием паяются хуже, чем покрытия золотом; они также могут вызвать хрупкость паяных соединений.

По сравнению с палладием покрытие платиной или другими благородными металлами не имеет никаких преимуществ в отношении способности к пайке.

Минимальное время смачивания мягким припоем оловянно-никелевых покрытий достаточно высоко; площадь паянного шва меньше, чем у кадмия и почти одинакова с серебром. Особым преимуществом оловянно-никелевых покрытий является их стойкость, сохраняющаяся и после длительного хранения, а также и тот факт, что даже после нескольких лет на покрытиях не образуется никаких усов. Оловянно-никелевые покрытия представляют собой надежный затвор против диффузии при последующем нанесении покрытий золотом; при этом они особенно пригодны для скользящих контактов.

Минимальное время смачивания мягким припоем оловянно-цинковых покрытий меньше, чем у кадмиевых. Свеженанесенное покрытие обладает свойствами чистого олова, правда, это положение действительно лишь до первого появления коррозии.

При нанесении припоя электролитически содержание олова обычно составляет 25-60%. Как уже говорилось, высокие паяльные свойства этих покрытий получаются лишь при их толщине не менее 5 мкм.

С точки зрения способности к пайке надо отдать предпочтение оловянным покрытиям, полученным из станнатных электролитов перед покрытиями, полученными из других электролитов. Необходимо отметить также, что способность к пайке оловянных покрытий сохраняется даже при длительном хранении.

Способность к пайке электролитических покрытий чистым оловом и оловянно-свинцовым сплавом может быть улучшена путем оплавления покрытий. Паяемость оплавленных покрытий из чистого олова или оловянно-свинцового сплава соответствует способности к пайке аналогичных покрытий, полученных горячим способом. Оплавленные покрытия чистым оловом не теряют своей способности к пайке после длительного хранения. Введенное за последнее время в промышленности блестящее лужение получают из электролита, содержащего сульфат олова с добавлением различных блескообразователей и смачивающих сред. Блестящие покрытия оловом толщиной 6 мкм месяцами сохраняют хорошую способность к пайке.

Медные покрытии, осажденные электролитически на латуни, тоже служат затвором против диффузии цинка, проникающего из основного металла в покрытие чистым или оловянно-свинцовым сплавом, которое в свою очередь наносят для улучшения способности к пайке.

Ухудшение способности покрытий к пайке может происходить в результате следующих причин:

б) диффузии металлических покрытий в основной металл, которая настолько уменьшает толщину покрытия, что оно может полностью потерять свои паяльные свойства, и, наоборот, может произойти диффузия, например, цинка из латуни как основного металла в покрытие, и послужить причиной окисления или коррозии. Подобная диффузия может быть предотвращена путем нанесения промежуточного слоя из никеля или меди. Кроме того, такой промежуточный слой никеля наносят на латунь перед лужением ее горячим способом.

На рис. 6 и 7 показано влияние различных условий хранения на площадь паяного шва и на минимальное время смачивания для целого ряда покрытий.

Хроматные, фосфатные и им подобные защитные пленки должны быть удалены перед мягкой пайкой специально предназначенными для этого средствами. В случае невозможности удаления таких пленок, что бывает довольно часто, применяют сильно кислотный флюс, воздействующий большей частью на покрытие. Хроматные пленки, нанесенные на серебро, в качестве временной защиты от тускнения, еще могут обеспечить беспрепятственную пайку без удаления их.

Оглавление:

Причины тускнения металлов. Быстрый метод определения устойчивости к тускнению. Тускнение гальванически осажденных металлов и их сплавов и его практическое значение. Медь и ее сплавы. Золото и его сплавы. Серебро и его сплавы. Способы защиты серебра от тускнения. Сплавы серебра, устойчивые к тускнению. Устойчивые к тускнению диффузные пленки. Защита от тускнения ингибиторными или пассивными пленками. Прозрачные лаки. Защита от тускнения при упаковке. Удаление потускнения.

Способы окраски металлов. Последующая обработка. Способы защиты. Стандартизация. Способы окраски наиболее употребляемых металлов. Окраска алюминия. Окраска свинца. Окраска железа и стали. Окраска углеродистой стали. Окраска нержавеющей стали. Окраска золота. Окраска кадмия. Окраска меди и ее сплавов. Окраска магния. Окраска никеля. Окраска серебра и его сплавов. Окраска цинка и его сплавов. Окраска олова и его сплавов.

Характерные особенности растворов, применяемых для удаления покрытий. Сравнение методов погружения и анодных способов. Растворы для удаления металлических покрытий. Удаление никелевых покрытий. Удаление медных покрытий. Удаление хромовых покрытий. Удаление цинковых покрытий. Удаление кадмиевых покрытий. Удаление оловянных покрытий. Удаление свинцовых покрытий. Удаление серебряных покрытий. Удаление золотых покрытий. Удаление металлов группы платины. Удаление металлических покрытий, нанесенных без внешнего тока. Переработка растворов для удаления металлов.