Сплав Вуда: состав, характеристики, области применения

Что такое сплав Вуда?

Это легкоплавкий материал, изготавливаемый из тяжёлых металлов. Он выпускается в виде стержней или гранул серебристого цвета, которые используются в различных сферах производства. Смесь не требует особых условий для хранения и транспортировки.

Краткие характеристики сплава

Выпускается сплав Вуда в виде серебристо-белого цвета круглых стержней или капелек-гранул. Предел прочности на разрыв составляет около 45 МПа, относительное удлинение 7%, твердость по Бринеллю 10,5 единиц, плотность 9720 кг/м3. Срок хранения слитков сплава – 3 года.

Металлографические исследования сплава показывают, что компоненты, из которых он состоит, не растворяются друг в друге и не образуют химических соединений. Структура сплава – эвтектическая, включающая в себя светлые дендриты твердого раствора, содержащие в себе висмут, и темную сложную эвтектику (содержащую в себе все четыре компонента).

Общие сведения

Сплав Вуда представляет собой химическое соединение на основе висмута и обладает серо-черным цветом и металлическим блеском. Поставляется в виде гранул в специальных пакетах, общая масса которых не превышает 100 грамм.

Cостав Вуда регулируется отраслевым стандартом ТУ 6 09 4064-87. Согласно ТУ включает в себя следующие элементы:

• Олово – 12%.
• Кадмий – 12,5%.
• Свинец – 20%.
• Висмут – 50%.

Сразу стоит отметить, сто существует несколько разновидностей сплавов Вуда. Они включают в себя один и тот же тип элементов, но имеют их разное соотношение между собой.

Особенности и характеристики

Главной особенностью Вуда является его низкая температура плавления, которая составляет порядка 72 ºC. Данный параметр остается неизменным даже при смене условий окружающей среды, что особенно ценно в электротехнике.

Вторая особенность – это относительное высокое значение плотности. Оно равно 9720 кгм3, что выше аналогичного показателя конструкционной стали примерно на 20%. Сплав Вуда имеет одну из самых высоких значения плотности по сравнению с другими видами припоев, температура плавления которых не превышает 100 ºC.

Вуда – материал, обладающий высоким значением пластичности. Относительное растяжение составляет 40%, а относительное сужение 60%.

Также отметим легкодоступность сплава для рядового потребителя. Купить Вуда сейчас не составляет труда. Большинство магазинов электротехники имеют его в наличии.

Но помимо плюсов, Вуда обладает рядом недостатков. Главным из них является невозможность выдерживать высокую температуру в течение продолжительного периода времени, что значительно сокращает область применения.

Второй минус – склонность к образованию трещин. Любое ударное воздействие на сплав способно привести к его разрушению. В связи с этим обращение с ним при эксплуатации должно быт крайне аккуратным.

Стоит также отметить повышенную токсичность материал в силу наличия кадмия в своем составе. По этой причине при работе с Вуда необходимо строгое соблюдение правил безопасности и наличие качественной вытяжной системы.

Применение

Сплав Вуда имеет множество вариантов использования в техническом производстве. Его можно встретить и в особо точном литье, и в гальванопластике. С помощью него проделывают лужение печатных плат и используют в качестве реактива в химической промышленности. Вуда служат материалом для выплавления всевозможных металлов в металлургии. Но среди всего этого разнообразия использования, до сих пор основным назначением сплава является его применение как припоя при пайке.

Особенность пайки сплавами Вуда заключается в использовании паяльников небольшой мощности. Так мы снижаем риск перегрева металла и не позволяем сплавам терять свои вязкостные свойства.

Для избежания перерасхода материала при пайке малогабаритных деталей следует применять паяльник с тонким и плоским жалом. Обильное количество припоя еще не гарантирует более высокого качества соединения. При пайке сплавом Вуда большее значение имеет точность движения при его нанесении.

Также при пайке необходимо применять флюс, хоть материал и обладает низкой температурой плавления. Это предотвратит попадание в сплав нежелательных элементов таких как кислород, водород и прочих газов, которые содержатся в атмосфере. Таким образом, наличие флюса способствует лучшему качеству и схватыванию припоя.

После проведения пайки необходимо дать время чтобы сплав закристаллизовался. Но даже после этого не рекомендуется подвергать микросхему механическим нагрузкам по причине высокой хрупкости сплава. Для контроля качества пайки достаточно проведение визуального контроля.

Фазовый и химический состав сплава Вуда

Ретгеновские данные подтверждают то, что в сплаве Вуда нет химических соединений между компонентами. На рентгенограмме присутствуют интерференционные линии металлов, составляющих сплав. Ниже показана рентгенограмма сплава Вуда, выполненная на дифрактометре ДРОН-3 в излучении меди, а также результаты ее расшифровки.

Рентгенограмма сплава Вуда.

Для определения того, какие элементы есть в составе сплава, можно использовать сканирующую электроннум микроскопию (СЭМ). При этом можно установить состав в определенной точке поверхности. Ниже показан состав сплава на двух участках — на светлом (в растровом микроскопе он выглядит светло-серым) и на темном. На светлом участке обнаружен только висмут. Его в сплаве 50%, значит светлые дендриты — это висмут. В темных участках обнаружены все 4 элемента, составляющие сплав.

Состав сплава Вуда на светлом участке (отмечен красным маркером).

Состав сплава Вуда на участке эвтектики.

Интересно выглядит структура сплава Вуда после многократного использования? Такой сплав загрязнен, поэтому трудно сказать, какой точно он имеет состав (да и нет необходимости!). А вот как он выглядит знать надо. Поскольку сплав литой, то в нем присутствуют дендриты. Светлый дендрит может быть висмутом. Темные — возможно и на основе свинца, но точно сказать можно только после проведения элементного анализа.

а	б
в	г

Рисунок 8. Дендриты в «грязном» сплаве Вуда»: а — светлое поле, б, в, г- дифференциально-интерференционный контраст.

Паять и лудить — сплавом «вудить»

В кругу радиолюбителей и электронщиков сплав Вуду нашел применение для выполнения пайки и лужения, и вот почему. Лужение, как известно, заключается в нанесении тонкого слоя олова на другой металл, защищая при этом металл от окисления и коррозии. А как мы узнали выше, сплав Вуда – это сплав, содержащий в своем составе олово. Кроме легкоплавкости сплав Вуда обладает хорошей текучестью, которая позволяет ему равномерно растекаться по поверхности и заполнять малейшие щели. Для того, чтобы выполнить лужение дорожек на печатной плате необходимы: вода, зерна или стержни самого сплав, лимонная (или паяльная) кислота. Лужение с помощью сплава Вуда происходит следующим образом (см. видео, правда в нем идет речь о сплаве Розе, но для сплава Вуда оно тоже подойдет с небольшим уточнением):

1. В емкость заливаем воду (или глицерин), нагревают ее, замеряя температуру, доводят до температуры точки плавления, т.е. около 68,5 градуса Цельсия.

2. В горячую (очень горячую, но не обязательно кипящую) воду чуть-чуть добавляется лимонная кислота.

3. Затем в емкость укладывают предварительно почищенную плату, которую необходимо лудить и на медные дорожки платы выкладывают несколько кусочков сплава Вуда. Воду нагревают, сплав нагревается и переходит в жидкое состояние.

4. Тампоном, а лучше деревянной или пластиковой лопаткой выполняют лужение дорожек путем растирания капель жидкого сплава по дорожкам платы.

5. После лужения покрывают плату канифолью (флюсом) и моют.

Описанный способ лужения относиться к горячим, с нанесением покрытия растиранием. Другим горячим методом нанесения является погружение. Но в этом случае, понятно используется ванна со сплавом, для которой требуемое количество сырья намного больше, чем для метода с растиранием.

При пайке, вернее выпаивании элементов из плат – процессоров и микросхем, разъемов и других деталей – сплав Вуда хорош тем, что его температура плавления намного меньше температуры плавления пластика корпусов деталей. Следовательно, не нужно опасаться, что при выпаивании (или запаивании) пластиковый корпус будет поврежден. Конечно, все операции пайки в любом случае нужно делать максимально осторожно и внимательно. Паять этим сплавом можно различные металлы и сплавы (медь, и никель, алюминий, бронзу и латунь), а также изделия из драгоценных металлов.

В целом сплав Вуда значительно облегчает процесс лужения, что очень важно для новичков в этом деле.

Области использования меди

Благодаря физико-механическим свойствам, она широко используется для различных отраслей промышленности. Наиболее часто ее можно встретить в электротехнической области в качестве составляющей части электрического провода. Не меньшей популярностью она пользуется также в производстве систем отопления и охлаждения, электроники и системах теплового обмена.

В строительной отрасли она используется, прежде всего, для создания разного рода конструкций, которые получаются гораздо меньше по массе, чем из любых других аналогичным материалов. Часто ее используют для кровли, так как такие изделия обладают легкостью и пластичностью. Такой материал легко обрабатывается и позволяет менять геометрии профиля, что очень удобно.

Как уже говорилось выше, основное свое применение она находит в изготовлении электрических и иных токопроводящих кабелей, где она используется для изготовления жил проводов и кабелей. Обладая хорошей электропроводностью, она дает достаточное сопротивление электронам тока.

Широко используются также сплавы меди, например, сплав меди и золота повышает прочность последнего в разы.

На стенках медных прокатов никогда не образуются соляные отложения. Такое качество полезно для транспортировки жидкостей и паров.

На основе оксидов меди получают сверхпроводники, а в чистом виде она идет на изготовление гальванических источников питания.

Схема гальванического источника питания

Она входит в состав бронзы, которая обладает стойкостью к агрессивным средам, как морская вода. Поэтому часто ее используют в навигации. Также бронзовые продукты можно увидеть на фасадах домов, как элемент декора, так как такой сплав обрабатывается легко, так как очень пластичен.

Где еще применяется сплав Вуда

Существует большая сфера применения материала со свойствами сплава Вуда. Это в первую очередь его технологические свойства, заключающиеся в возможности удаления сплава горячей водой. Таким, например, применением, является способ изгибания труб с тонкими стенками, которые при изгибе без спецсредств будут деформированы, т.е. изомнутся, по меньшей мере, в неравномерный гофр. Чтобы не допустить такую деформацию, трубы внутри заполняют сплавом, который сдерживает гофрообразование. Затем, после сгибания трубы, сплав легко удаляется, вытекая наружу при нагреве. По этой же причине сплав применяется и в гальванопластике, где он заполняет полости в металлических изделиях.

Еще одно технологическое назначение сплава – прецизионное литье, т.е. такое литья при котором получаемые размеры требуется соблюсти очень точно, даже с учетом термоусадки сплава отливки. Сплав Вуда имеет очень малую усадку.

Также сплав находит применение в научных целях. Он используется для получения металлографических образцов, когда сам по себе исследуемый образец очень мал и неудобен для шлифовки и полировки. Тогда его заливают сплавом Вуда до такого размера, который позволяет выполнять обработку микрошлифов. Кроме этого известно применение сплава в химических лабораториях для создания низкотемпературной нагревательной бани.

Известно, что детали из сплава Вуда можно найти и датчиках, реагирующих на температуру, как правило, это датчики противопожарной сигнализации.

Известно, что сплав Вуда в 1976 году также побывал и в космосе на орбитальной станции «Салют-5», на которой в рамках технологического эксперимента с кодовым названием «Сфера» космонавты Б.Волынов и В.Жолобов выступили в роли металлургов, исследуя процесс затвердевания жидкого металла в условиях невесомости.

Примеры маркировки твердых сплавов

По принципу маркировки твердые сплавы делят согласно химическому составу:

1. ВК — в составе карбид вольфрама и кобальт. Цифра означает содержание кобальта в процентах. Например это сплав ВК8, ВК10, ВК6
2. ТК. Титаносодержащие сплавы, содержащие карбид титана, карбид вольфрама, кобальт. Обозначение буквами ТК. Цифра после буквы Т означает содержание карбида титана в процентах, а после буквы К — процент содержания кобальта. Это сплавы Т5К10, Т14К8, Т15К6, ТЗ0К4
3. ТТК. Титано-тантало-вольфрамовые. Сплав включает в себя сразу три металла: титан, вольфрам и тантал и кобальт. Маркируется буквами ТТК. Цифра после ТТ, например «7» указывает на содержание карбидов титана и тантала, цифра после «К» , например «12» — процент кобальта. Марки ТТ7К12, ТТ20К9;
4. ТН. Безвольфрамовые. ТНМ20, ТНМ25, ТНМ30.

Структура сплава Вуда

Поскольку настоящий сайт посвящен металлографии, то естественно, что здесь нас интересует применение сплава Вуда в металлографическом препарировании, т.е. пробоподготовке. Каким образом он используется и какова его структура?

Сплав Вуда в Интернете представлен на многих сайтах. Как правило, информация на них повторяется. Приведен состав, физические свойства, история создания. Отмечается его низкая температура плавления. При этом упоминаются другие легкоплавкие сплавы.

По данным Википедии сплав Вуда — тяжелый легкоплавкий сплав, изобретенный в 1860 году английским инженером Барнабасом Вудом Температура плавления 68,5 °C, плотность 9720 кг/м³. Состав (мас.%): олово — 12,5; свинец — 25; висмут — 50; кадмий — 12,5.

Применяется в прецизионном литье, в операциях изгиба тонкостенных труб, в качестве выплавляемых стержней при изготовлении полых тел способом гальванопластики, для заливки металлографических шлифов, в датчиках систем пожарной сигнализации, в качестве низкотемпературной нагревательной бани в химических лабораториях и др.

Металлографическое применение и структура сплава Вуда в Интернете рассматриваются мало. Нет и иллюстраций.

Применение сплава Вуда в пробоподготовке

Для металлографического исследования надо сделать шлиф, т.е. поверхность образца, которая рассматривается в микроскоп, должна представлять собой зеркало. Если образец достаточно велик, то его обработка не представляет проблем. После отрезки его зачищают на шлифовальном круге, потом на шкурках, пастах и окончательно полируют. При этом получают зеркальную поверхность.

Но что делать, если надо увидеть, например, структуру проволоки в поперечном сечении или тонкий (в несколько микрометров) слой на поперечном шлифе образца, или структуру металлического порошка? Просто так не отполируешь. Проволока согнется, если приложить усилие при обработке, порошок надо как-то превращать в компактный материал, а тонкий слой «завалится», т.е. не будет плоским, а превратится в закругление и не будет виден в микроскоп.

Поэтому площадь образца надо искусственно увеличить. Для этого на медную пластину ставят оправку (кольцо высотой порядка 1 см), внутрь нее помещают образец, а свободное пространство заливают расплавленным сплавом Вуда. Поскольку температура его плавления невелика, то структура образца в результате этого не изменится. Если же образец относится к легкоплавким сплавам, то вместо сплава Вуда применяют пластмассы или эпоксидную смолу, которые затвердевают при комнатной температуре. При таком способе приготовления шлифа край образца будет хорошо виден.

Структура

Что представляет собой сплав Вуда с металлографической точки зрения? Прежде всего следует сказать, что он состоит из компонентов, которые не активно растворяются друг в друге при комнатной температуре, а также не образуют химических соединений. Еще более замечательно то, что на всех бинарных диаграммах состояния этих компонентов есть эвтектика. Она представляет собой типичную структуру литья: светлые дендриты твердого раствора и сложная эвтектика.

Фазовый и химический состав сплава Вуда

Ретгеновские данные подтверждают то, что в сплаве Вуда нет химических соединений между компонентами. На рентгенограмме присутствуют интерференционные линии металлов, составляющих сплав. Ниже показана рентгенограмма сплава Вуда, выполненная на дифрактометре ДРОН-3 в излучении меди, а также результаты ее расшифровки.

Для определения того, какие элементы есть в составе сплава, можно использовать сканирующую электроннум микроскопию (СЭМ). При этом можно установить состав в определенной точке поверхности. Ниже показан состав сплава на двух участках — на светлом (в растровом микроскопе он выглядит светло-серым) и на темном. На светлом участке обнаружен только висмут. Его в сплаве 50%, значит светлые дендриты — это висмут. В темных участках обнаружены все 4 элемента, составляющие сплав.

Легкоплавкий сплав

Легкоплавкие сплавы применяют для электротехнических целей в плавких предохранителях, для пайки приборов, для спаивания стекла с металлом, в операциях изгиба тонкостенных труб, для изготовления выплавляемых стержней при изготовлении полых тел электроосаждением.

Легкоплавкий сплав должен иметь сертификат или перед заливкой должен быть исследован в лаборатории. Исследование сводится к определению температуры плавления легкоплавкого сплава и проверке его химсостава.

Легкоплавкие сплавы с широким интервалом затвердевания ( неэвтектические) применяются в качестве металлических замазок, когда нужно металлическую часть прикрепить к стеклянной или наоборот.

Легкоплавкие сплавы можно подразделить на антифрикционные ( баббиты), припои, типографские.

Легкоплавкие сплавы, фазовые изменения которых происходят выше температур отверждения слоистых пластиков, обычно отливают в заранее подготовленные корковые формы или гальваноформы. Другие типы отлитой основы включают в себя теплопроводные пластмассы и различные деформирующиеся при нагревании совместимые материалы, в которых можно смонтировать нагревательные элементы и охлаждающие каналы. К совершенно иному типу оснастки относятся формы из слоистых пластиков, для изготовления которых обычно используются очень теплостойкие литые или ламинированные эпоксидные смолы.

Легкоплавкие сплавы), в том числе бинарные ( %): 2 % А1 ( 26 5 С), 5 % Zn ( 25 4 С), 8 % Sn ( 20 4 С), 22 % In ( 15 8 С) и тройные, напр. Выпускают его в виде слитков цилиндрической формы массой — 250 и — 500 г в полиэтиленовой упаковке. Созданы сверхпроводящие соленоиды из галлида ванадия. Сплавы Gain используют в радиационных контурах.

Легкоплавкие сплавы можно подразделить на антифрикционные ( баббиты), припои, типографские.

Легкоплавкие сплавы, которые галлий образует с рядом металлов ( Sn, Pb, In, T1 и др.), применяют в терморегуляторах, спринклериых устройствах, в качестве жидкости для высокотемпературных термометров и манометров.

Легкоплавкий сплав, идущий для заливки, выполняет также роль демпферной клетки. Заливка алюминием вследствие его малого удельного сопротивления имеет некотррое преимущество по сравнению с заливкой цинковым сплавом.

Легкоплавкие сплавы применяются в электрических предохранителях и автоматических огнетушителях, вступающих в действие, как только температура в данной части помещения поднимается до температуры плавления запирающего выход воде легкоплавкого сплава.

Легкоплавкие сплавы — обычно являются сплавами висмута, олова, кадмия и свинца. В некоторых специальных случаях составной частью их может быть ртуть.

Легкоплавкие сплавы — обычно являются сплавами висмута, олова, кадмия и свинца. В некоторых специальных случаях со — — ставной частью их может быть ртуть.

Легкоплавкие сплавы необходимы для создания предохранительных систем ( легкоплавкие пробки) и могут быть использованы как припои.

Особенности применения и отличие от аналогов

Как уже отмечалось, сплав Вуда не первый и не единственный аналогичный сплав с подобным составом. Наиболее известный аналог – это сплав Розе. Однако сплав Розе имеет более высокую температуру плавления, что не является в целом критичным для современной паяльной техники, однако требует использования глицерина для нагрева. Глицерин же при высоком нагреве интенсивно испаряется, дымит.

Единственным существенным преимуществом сплава Розе является то, что он не токсичен, так как в его составе отсутствует канцерогенный токсин кадмий.

Токсичность сплава Вуда – основной его недостаток, которые определяет необходимость в специальных мерах безопасности, заключающихся в контроле ПДК и организации проветривания при работе.

Технология лужения плат в кипящей воде

Благодаря уникальным температурным характеристикам в домашних условиях разработана следующая технология лужения печатных плат с применением сплава Розе. Что это такое и как это работает?

Прежде всего необходимо зачистить протравленную медную поверхность печатной платы.

Затем нагреть до температуры кипения наполненную водой небольшую эмалированную металлическую емкость (миску или кастрюлю). Может подойти и большая консервная банка. В кипящую воду бросить небольшое количество лимонной кислоты.

После этого аккуратно опустить на дно емкости печатную плату поверхностью для лужения вверх. Необходимое количество гранул сплава Розе опускается следом за ней. После этого в кипящей воде расплавленные гранулы распределяются равномерно деревянной палочкой или резиновым шпателем по медной поверхности платы. При этом происходит процесс лужения.

Избыток припоя удаляется тампоном или шпателем. После этого луженную плату извлекают из емкости и дают ей остыть. В результате получается яркая, практически зеркальная луженая поверхность, не уступающая по качеству промышленному образцу.

Для того чтобы последующая пайка сплавом Розе имела достаточную прочность и не была хрупкой, необходимо добиться минимальной толщины слоя лужения. После необходимо тщательно промыть поверхность платы водой, чтобы удалить остатки кислоты. Для дальнейшего уменьшения окисления ее желательно покрыть слоем спиртового раствора канифоли. Он предотвратит доступ кислорода к металлической поверхности и в процессе пайки будет выполнять роль флюса, обеспечивающего безупречное качество соединения.

ПОСВ-50 лудить нельзя паять

В отечественной радиоэлектронике сплав Розе маркируется как ПОСВ-50 – припой оловянно-свинцовый с добавлением висмута, где висмута соответственно 50%, остальное в равных долях олово и свинец. Важно также отметить, что содержание элементов в сплавах Розе и ПОСВ-50 в указанных пропорциях может несколько отличаться.

В целом основное назначение сплава ПОСВ-50 и его аналогов – лужение и пайка.

Пайка элементов заключается в выпаивании элементов из печатной платы и в установке элементов на новую печатную плату. Следует отметить, что при затвердевании в объеме пайки сплав Розе становиться хрупким. Следовательно, полученное паяное соединение не следует подвергать ударным нагрузкам, так как могут образоваться микротрещины, которые приведут к разрушению соединения.

Лужение сплавом Розе получило большее распространение, чем пайка. Процесс лужения этим сплавом характерен тем, что его можно проводить в легко доступной среде – воде с глицерином или в глицерине. Применение глицерина объясняется просто – он нужен для достижения температуры плавления сплава, а сплав только начинает плавиться при 94 градусах Цельсия, а для полного расплавления нужна температура от 105 до 120 градусов Цельсия (в зависимости от процентного состава конкретного сплава). Вода же, как известно закипает при температуре около 100 градусов. Выполнять операции в кипящей воде означает вдыхать летучие продукты вместе с паром. Глицерин же имеет температуру кипения 290 градусов Цельсия, смешивается с водой в любых пропорциях, а также обладает гироскопичностью. Это позволяет при смешивании с водой гарантированно увеличить температуру кипения такой смешанной жидкости и уменьшить парообразование. Если смешать в растворе равные объемы воды и глицерина, то получим температуру кипения раствора 110 градусов, раствор с пропорцией компонентов 2:1 даст температуру кипения 103,9 градуса (при нормальном атмосферном давлении). Для превращения раствора глицерина в воде в слабоактивный флюс в него добавляют лимонную кислоту, обычно в произвольных пропорциях, но не менее 1 грамма на 100 мл раствора. Воду желательно использовать дистиллированную, так как в ней меньше солей. Кстати по этой же причине не следует использовать для повышения температуры плавления воды соль вместо глицерина, т.к. это скажется на качестве и однородности оловянного покрытия. Также применение глицерина позволяет поверхностное натяжение раствора, по сравнению с обычной чистой водой, что облегчает процесс растирания расплава по поверхности дорожек печатной платы.

Процесс лужения сплавом Розе (группы припоев ПОСВ) аналогичен и для сплава Вуда:

• в специальную посуду (достаточной по размеру для погружения печатной платы хотя бы частично) наливают дистиллированную воду и добавляют глицерин в требуемых пропорциях, которые удобнее всего подбирать экспериментально, используя термомерт любого типа;
• производят нагрев раствора до температуры около 105 градусов Цельсия, добавляют в раствор лимонную кислоту;
• погружают в раствор протравленную и очищенную печатную плату;
• укладывают на требуемый участок платы твердые частички сплава Розе и ждут его расплавления (впрочем можно и предварительно уложить сплав Розе в достаточном на глаз количестве, а затем погружать на него плату – это вопрос практики);
• растирают расплав по дорожкам печатной платы деревянным или пластиковым инструментом (например, лопатку для тефлоновой сковороды или жесткий резиновый шпатель);
• после лужения плату промывают в теплой проточной воде (можно с мылом).

Следует заметить, что посуду лучше брать алюминиевую, эмалированную или чугунную, т.к. применение для лужения оцинкованных, медных, серебряных или луженых посуды и инструмента приведет к растворению металлов посуды в припое и ухудшит его качество, т.е. использовать его многократно будет невозможно. По той же причине погружать в раствор следует только чистые платы.

Важно, что использовать посуду для лужения для приготовления в дальнейшем пищи нельзя, т.к. на станках в небольших количествах оседает свинец.

Работать рекомендуется в резиновых перчатках во избежание ожогов.

Техника работы с глицерином

Существует способ лужения в глицерине сплавом Розе. Что это такое и как организовать процесс? Для лужения желательно использовать эмалированную металлическую емкость, предположим, миску. Она наполовину наполняется глицерином из ближайшей аптеки и нагревается до температуры около 200 °С. В жидкость необходимо добавить несколько капель паяльной кислоты. Далее в нагретый глицерин опускается плата зачищенным медным слоем вверх. Сверху бросаются гранулы сплава Розе. Затем резиновым шпателем расплавленные металлические шарики растираются по медной поверхности платы. После чего заготовка аккуратно извлекается пинцетом и тщательно промывается проточной водой от кислоты и глицерина. Блестящая луженая поверхность покрывается слоем спиртового раствора канифоли. После этого плата готова к применению.

Упрощенная технология лужения

При отсутствии желания возиться с металлической тарой, кипячением и кислотой, радиолюбитель может залудить печатную плату простейшим способом. Лужение в этом случае также осуществляется сплавом Розе. Что это такое и как оно выполняется? Медная фольга печатной платы зачищается наждачной бумагой и покрывается спиртовым раствором канифоли, так называемым жидким флюсом. После этого на медные дорожки платы необходимо положить требуемое количество гранул сплава Розе и паяльником небольшой мощности через распушенную оплетку коаксиального кабеля произвести процесс лужения. Затем спиртом смыть остатки отработанного флюса и покрыть спиртовым раствором канифоли в качестве своеобразного защитного лака.

Применение сплава Вуда в пробоподготовке

Для металлографического исследования надо сделать шлиф, т.е. поверхность образца, которая рассматривается в микроскоп, должна представлять собой зеркало. Если образец достаточно велик, то его обработка не представляет проблем. После отрезки его зачищают на шлифовальном круге, потом на шкурках, пастах и окончательно полируют. При этом получают зеркальную поверхность. Но что делать, если надо увидеть, например, структуру проволоки в поперечном сечении или тонкий (в несколько микрометров) слой на поперечном шлифе образца, или структуру металлического порошка? Просто так не отполируешь. Проволока согнется, если приложить усилие при обработке, порошок надо как-то превращать в компактный материал, а тонкий слой «завалится», т.е. не будет плоским, а превратится в закругление и не будет виден в микроскоп.

Завал кромки образца; 1 — кромка образца, которая находится ниже фокуса; 2 — участок, находящийся в фокусе; 3 — участок, находящийся выше фокуса; 2000х.

Поэтому площадь образца надо искусственно увеличить. Для этого на медную пластину ставят оправку (кольцо высотой порядка 1 см), внутрь нее помещают образец, а свободное пространство заливают расплавленным сплавом Вуда. Поскольку температура его плавления невелика, то структура образца в результате этого не изменится. Если же образец относится к легкоплавким сплавам, то вместо сплава Вуда применяют пластмассы или эпоксидную смолу, которые затвердевают при комнатной температуре. При таком способе приготовления шлифа край образца будет хорошо виден.

а	б

Образец, залитый в сплав Вуда (а), пластмассу (б).

Образец, изготовленный с заливкой, будет также «в резкости» по всей поверхности.

Образец, приготовленный с заливкой сплавом Вуда (углеродистая сталь, обработка компрессионной плазмой); 2000х.

Профессор Вуд и его шутка с чайными ложками

Латунь лс59-1: характеристики и состав сплава, гост

Однажды Вуд пригласил в гости своих друзей на чай. Ничего необычного в этом не было, однако когда стали размешивать сахар в стаканах с горячим чаем, то почему-то у всех расплавились чайные ложки. Это был розыгрыш, к которой Вуд приготовился заранее. Изобретатель создал металлические ложки с низкой температурой плавления, которая составляла всего 68 градусов по Цельсию. В дальнейшем этот металл был назван в честь имени физика – сплав Вуда. Из него и были изготовлены эти орудия юмора, которые Вуд предложил друзьям во время чаепития. Запах ароматного напитка заполнил комнату. Всё располагало к легкому приятному разговору и ничто не предвещало сюрпризов. Горячий чай имеет температуру порядка 80–90 градусов, что было гораздо выше температуры плавления шуточных столовых приборов. Вот поэтому та часть ложки, которая была погружена в кипяток, расплавилась, утратив свою прежнюю форму, и превратилась в жидкий металл, наподобие ртути. Недоумение никто не мог скрыть — в руках ничего не понимающих гостей осталось только по уцелевшему кусочку. Пауза длилась недолго, и друзья рассмеялись.

Чай, как в последствии выяснилось, оказался не таким и полезным. При частом его употреблении можно подорвать здоровье. На дне чашки после превращения в жидкость сплава Вуда, происходит реакция с сахаром. Образуются глюконаты. Отсюда пошло распространённое слово глюки.

Специалистам в области металлургии известно, что температура плавления сплава всегда ниже, чем температура плавления компонентов, входящих в его состав. Вуду удалось подобрать компоненты, дающие минимальную температуру плавления: висмут – 50%, свинец – 25%, кадмий – 12,5% и олово – 12,5%. При этом входящие в него ингредиенты сравнительно тугоплавки: висмут – 271, свинец – 327, кадмий – 321, олово – 232оС.

Сплав Вуда применяется в технологических процессах, например, при производстве печатных плат электронных устройств. Не менее популярен в технике и сплав Розе (висмут – 50%, олово – 25%, свинец – 25%), который немного уступает сплаву Вуда, но не содержит токсичный кадмий. Температура плавления сплава Розе около 93 оС. Поэтому если бы немецкий химик Валентин Розе собрался так же, как и Вуд, подшутить над своими коллегами, у него ничего бы не вышло. Ведь температура плавления его изобретения немного выше, чем температура горячего чая в стакане, и его друзья благополучно бы размешали сахар.

Низкотемпературные сплавы находят применение в датчиках систем противопожарной безопасности. Такие приборы имеют простую и надежную конструкцию. Концы двух плоских пружинящих контактов соединяются друг с другом и спаиваются между собой каплей легкоплавкого припоя на основе сплава Вуда или сплава Розе. Датчик включается в дежурный прибор, который следит за целостностью электрической цепи. Когда во время пожара помещение нагревается до температуры плавления сплава Вуда, припой расплавляется, и контакты под действием пружинящих свойств разъединяются. Электрическая цепь дежурного прибора разрывается, противопожарная система срабатывает, включая сигнал тревоги. Припои, имеющие низкую температуру плавления, используются также в электронной промышленности для пайки выводов интегральных микросхем, боящихся перегрева, так как tпл. традиционных оловянно-свинцовых припоев обычно составляет 190–240 градусов. Выводы кремневых кристаллов современных процессоров делаются только легкоплавкими припоями. Современные телефоны, компьютеры и телевизоры просто не появились бы без пайки на низких температурах. Следует сказать, что на сегодняшний день учеными разработано большое количество низкотемпературных сплавов, температура которых перекрывает широкий диапазон, лежащий в пределах от +3 до +198 оС. Также есть разработки, точка плавления которых находится ниже нуля и простирается до минус 78оС. В общей сложности их насчитывается свыше 120 наименований.

Стоит отметить, что в истории с чайными ложками есть один нюанс. Знаменитый сплав Вуда придумал английский инженер Барнабас Вуд в 1860 году. Шутку с чайными ложками биограф В. Сибрук относит к американскому физику-экспериментатору Роберту Вуду, который родился лишь в 1868 году. Историки пока не разрешили это недоразумение. У этой истории есть своя мораль — недостаточно изобрести что то очень нужное, надо ещё популяризировать. Человек плохо запоминает физические и химические свойства, а весёлую историю пересказывают люди далёкие науки. Можно сказать, что сплав Вуда дитя двух родителей, по стечению обстоятельств имеющих одинаковые фамилии.

Методы паяльных работ

Для выпаивания разъема или детали из платы без перегрева нужно залудить контакты низкоплавким материалом.

Итоговая температура плавления будет выше, чем у Розе в чистом виде так как он смешивается с припоем на плате у которого другой состав и характеристики. (плавление при 270 °C)

Место работ имеет важное значение. Например, плата может быть очень теплоемкой из-за ее толщины. Время и мощность нагрева должны быть больше, чем у более легкой платы.

Материнскую плату от компьютера придется дольше прогревать, чем маленькую плату от мобильного телефона из-за большей многослойности и толщины текстолита.

Сначала наносится флюс на контакты выпаиваемой детали. Добавляется несколько гранул легкоплавкого припоя. Есть несколько техник паяльных работ.

Работа паяльником

Нужны массивные жала: мини волна, топорик.

Температуру паяльника можно оставить в пределах 230 °C, например, 200 °C.

Контакты детали нужно залудить легкоплавким сплавом, предварительно нанеся флюс.

На контактах образуется капля припоя, которую легко разогреть одним паяльником на небольшой мощности.

Результат паяльных работ.

Как выпаять разъем USB одним паяльником и Розе

Быстрая и безопасная пайка одним паяльником и легкоплавким припоем.

Пайка феном

Фен выставляется на температуру примерно 120 — 170 °C со средним потоком воздуха.

Гранулы постепенно расплавляются и смешиваются с контактами. Их лучше поправлять пинцетом по месту пайки, чтобы припой лучше распределился.

Нужно тщательно прогреть место пайки. Постепенно, по мере повышения температуры, деталь начнет выпаиваться. Это будет заметно при появлении блика на припое.

Результат низкотемпературной пайки.

Комбинированный метод

Фен сверху над местом пайки нужен для вспомогательного инструмента, на 100°C, а паяльником паяются детали сплавом Розе на температуре 200 °C.

После пайки детали обязательна очистка от получившейся смеси припоя с помощью оплетки.

Влияние на организм

В отличие от сплава Вуда припой Розе не содержит сильных токсичных элементов. Однако при кипении висмут и свинец испаряются и могут спровоцировать раздражение слизистой оболочки носоглотки, раздражение органов дыхания. При попадании на кожу возникает зуд, сыпь, аллергия. В холодном виде безопасен. Гранулы можно брать руками.

Чтобы пар от кипящей воды не испарялся, в нее добавляют глицерин. В результате повышения температуры кипения смесь Розе плавится раньше — до образования пара с вредными добавками. Лимонная кислота частично нейтрализует вредные испарения, окисляя металлы.

При работе с относительно безопасным припоем следует надевать респиратор и рубашку с длинным рукавом. Работу выполняют с помощью пинцета и других приспособлений. Нельзя касаться сплава голыми руками.

Сплав Вуда и Розе

Еще один популярный материал – это сплав Вуда.

Температура плавления около 68 °C. Внешне отличается меньшим размеров гранул. Состав аналогичен, но в нем присутствует еще кадмий. Из-за последнего в своем составе он очень токсичен.

Не рекомендуется паять таким припоем ни при каких обстоятельствах!

Только в крайнем случае и в проветриваем помещении. Не стоит злоупотреблять этим сплавом. Если есть выбор между Розе и Вуда – лучше использовать первый и избегать второй.

А можно ли паять и лудить с помощью Розе

Для выпаивания деталей с платы сплав подходит, но для окончательной пайки уже детали на плату — ни в ком случае из-за хрупкости. Сплав Розе очень хрупкий, соединения получаются ненадежными. Особенно это касается разъемов и проводов. Когда по плате или проводам протекает электрический ток, выделяется тепло.

Из-за этого начинает плавиться низкотемпературный спав. К тому же, он не терпит вибрации или механических ударов. Появляются микротрещины, возникают окислы и потеря соединения.

Лужение сплавом Розе

У радиолюбителей есть популярный «ленивый» способ лужения плат с помощью слава Розе. Для этого в кипящую кастрюлю с щепоткой лимонной кислоты добавляются несколько гранул низкотемпературного сплава и платы, которые нужно залудить. Припой равномерно в считанные секунды распределяется. Основные недостатки данного способа лужения — это токсичность и все та же хрупкость сплава.

Меры предосторожности

Так как используемые материалы токсичны, то обязательно паять в проветриваемом помещении и средствах защиты.

Во время паяльных работ нужно держать дистанцию и надевать защитные очки. Расплавленные капли металла могут попасть на кожу или слизистые тем самым вызвав ожоги, заражение.

Сами гранулы брать только пинцетом, не допуская контакта. Они не настолько токсичны, но это намного уменьшает его влияние.

Нельзя допускать попадание сплава и его частичек на открытые раны.