Klasyfikacja lutownic, charakterystyka techniczna i zalecenia dotyczące wyboru
Przy wyborze lutu należy kierować się następującymi zasadami:
1) temperatura topnienia lutowanych części musi być wyższa niż temperatura topnienia lutu,
2) musi być zapewniona dobra zwilżalność podłoża,
3) wartości współczynników rozszerzalności cieplnej materiału podstawowego i lutu również powinny być zbliżone,
4) najniższa toksyczność lutu,
5) lut nie powinien naruszać właściwości mechanicznych materiału podstawowego i tworzyć z nim pary galwanicznej, co prowadzi do intensywnej korozji podczas eksploatacji,
6) właściwości lutu muszą odpowiadać wymaganiom technicznym i eksploatacyjnym całej konstrukcji (wytrzymałość, przewodność elektryczna, odporność korozyjna, mrozoodporność itp.),
7) luty o ograniczonym interwale krystalizacji wymagają jakości przygotowania powierzchni do lutowania i zapewnienia dokładnej szczeliny kapilarnej, przy dużych szczelinach lepiej stosować luty kompozytowe,
8) spoiwa samorozlewne, niezawierające cynku i innych metali o dużej prężności par, najlepiej nadają się do lutowania próżniowego i lutowania w środowisku gazów ochronnych,
9) do lutowania części niemetalicznych stosuje się luty z dodatkami pierwiastków o największym powinowactwie chemicznym (do ceramiki i szkła – z cyrkonem, hafnem, indem, tytanem).
Luty są klasyfikowane według kilku kryteriów:
1. Według temperatury topnienia:
a) niskotemperaturowe (Tm do 450 stopni, na bazie galu, indu, cyny, bizmutu, cynku, ołowiu i kadmu): szczególnie lekko topliwe (Tm do 145 stopni), niskotopliwe (Tm = 145 .. 450 stopni) );
b) wysoka temperatura (Tm powyżej 450 stopni, na bazie miedzi, aluminium, niklu, srebra, żelaza, kobaltu, tytanu): średnio topliwy (Tm = 450 ... 1100 stopni), wysokotopliwy (Tm = 1100 ... 1850 stopni.), ogniotrwałe (Tm ponad 1850 stopni.).
2. Według rodzaju topienia: całkowicie i częściowo topiący się (kompozyt, ze stałego wypełniacza i części niskotopliwej).
3. Zgodnie z metodą otrzymywania lutu - gotowego i uformowanego w procesie lutowania (lutowanie kontaktowe-reaktywne). W lutowaniu reaktywnym kontaktowym lut jest wytwarzany przez stopienie metalu nieszlachetnego, przekładek (folii), powłok lub wypieranie metalu z topnika.
4. Według głównego pierwiastka chemicznego w składzie lutu (zawartość powyżej 50%): ind, gal, cyna, magnez, cynk, aluminium, miedź, srebro, złoto, nikiel, kobalt, żelazo, mangan, pallad, tytan, niob, cyrkon, wanad, luty mieszane dwupierwiastkowe.
5. Metodą płynięcia: topnikowe i samopłynne zawierające lit, bor, potas, krzem, sód. Topnik służy do usuwania tlenków i zabezpieczania krawędzi przed utlenianiem.
6.Według technologii produkcji lutów: prasowane, ciągnione, tłoczone, walcowane, odlewane, spiekane, amorficzne, tarte.
7. Według rodzaju lutu: taśma, drut, rurka, taśma, arkusz, kompozyt, proszek, pasta, tabletka, osadzony.
Wśród lutów niskotemperaturowych najczęściej spotykane są luty ołowiowe do cyny (Tm = 183 st. przy zawartości cyny 60%).Zawartość cyny może wahać się w granicach 30...60%, Tm=145...400 st. Przy większej zawartości tego pierwiastka temperatura topnienia spada, a płynność stopów wzrasta.
Ponieważ stop cyny i ołowiu jest podatny na rozpad i nie oddziałuje dobrze z metalami podczas lutowania, do składu tych lutów wprowadza się dodatki stopowe cynku, aluminium, srebra, kadmu, antymonu, miedzi.
Związki kadmu poprawiają właściwości lutów, ale mają zwiększoną toksyczność. Luty o wysokiej zawartości cynku stosowane są do lutowania metali nieżelaznych - miedzi, aluminium, mosiądzu i stopów cynku. Luty cynowe są żaroodporne do temperatury około 100 stopni, ołów - do 200 stopni. Ołów również szybko koroduje w klimacie tropikalnym.
Lutami o najniższej temperaturze są preparaty zawierające gal (Tm = 29°). Lut cynowo-galowy ma Tm = 20 stopni.
Luty bizmutowe mają Tm = 46…167 stopni. Takie luty zwiększają swoją objętość podczas krzepnięcia.
Temperatura topnienia indu wynosi 155 stopni. Luty indowe Stosowane są przy lutowaniu materiałów o różnych współczynnikach rozszerzalności temperaturowej (np. stali odpornej na korozję ze szkłem kwarcowym), ponieważ ma właściwość dużej plastyczności.Ind ma odporność na utlenianie, odporność na korozję alkaliczną, dobrą przewodność elektryczną i cieplną oraz zwilżalność.
Spośród lutów wysokotemperaturowych najbardziej topliwe są związki na bazie miedzi... Luty miedziane znajdują zastosowanie w lutowaniu stali i żeliwa, niklu i jego stopów oraz w lutowaniu próżniowym. Luty miedziano-fosforowe (zawartość fosforu do 7%) stosowane są do lutowania miedzi jako alternatywa dla lutów srebrnych.
Posiadają luty miedziane o podwyższonej plastyczności z dodatkiem srebra i manganu... W celu poprawy właściwości mechanicznych wprowadza się dodatki niklu, cynku, kobaltu, żelaza, metali alkalicznych, boru i krzemu.
Luty miedziano-cynkowe bardziej ogniotrwałe (Tm powyżej 900 st. o zawartości cynku do 39%), stosowane do lutowania stali węglowych i różnych materiałów. Utrata cynku w postaci parowania zmienia właściwości lutu i jest szkodliwa dla zdrowia, podobnie jak opary kadmu. Aby zmniejszyć ten efekt, do lutu wprowadza się krzem.
Luty miedziano-niklowe odpowiednie do lutowania części wykonanych ze stali odpornych na korozję. Składnik niklu zwiększa Tm. Aby go zmniejszyć, do lutu wprowadza się krzem, bor i mangan.
Luty srebrne wykonywane są w postaci układu „miedź-srebro” (Tm = 600 ... 860 stopni). Luty srebrne zawierają dodatki redukujące Tm (cyna, kadm, cynk) i zwiększające wytrzymałość połączenia (mangan i nikiel). Luty srebrne są uniwersalne i służą do lutowania metali i niemetali.
Podczas lutowania stali żaroodpornych należy stosować luty do niklu z układu „nikiel-mangan”... Oprócz manganu takie luty zawierają inne dodatki zwiększające odporność na ciepło: cyrkon, niob, hafn, wolfram, kobalt, wanad, krzem i bor.
Lutowanie aluminium wykonuje się lutem aluminiowym z dodatkiem miedzi, cynku, srebra i krzemu z redukcją Tm. Ten ostatni element tworzy z aluminium najbardziej odporny na korozję układ.
Lutowanie metali ogniotrwałych (molibden, niob, tantal, wanad) odbywa się za pomocą czystych lub kompozytowych lutów wysokotemperaturowych na bazie cyrkonu, tytanu i wanadu. Lutowanie wolframowe wytwarzane ze złożonych lutów układów „tytan-wanad-niob”, „tytan-cyrkon-niob” itp.
Właściwości lutów i ich skład chemiczny przedstawiono w tabelach 1-6.
Tabela 1. Luty o bardzo niskiej temperaturze topnienia
Tabela 2. Właściwości niektórych stopów niskotemperaturowych
Tabela 3. Właściwości lutów cynowych z dodatkiem srebra/miedzi
Tabela 4 (część 1) Właściwości lutów do cyny i ołowiu
Tabela 5. Właściwości lutów na bazie indu, ołowiu lub cyny z dodatkami srebra
Bezołowiowe technologie lutowania: luty SAC i kleje przewodzące