Lydmetalis: apibrėžimas, tipai (švininis/bešvinis) ir naudojimas

Sužinokite, kas yra lydmetalis, švininių ir bešvinių tipų ypatybės, litavimo metodai, sauga ir praktinis panaudojimas elektronikoje, santechnikoje bei kituose sektoriuose.

Kas yra lydmetalis?

Lydmetalis - tai metalas arba lydinys, kuris lydosi žemoje temperatūroje. Dažniausiai taip vadinami metalai arba lydiniai, kurie ištirpsta gerokai žemesnėje temperatūroje nei pagrindiniai sujungiamieji metalai. Yra dviejų rūšių lydmetalis: minkštasis ir kietasis lydmetalis. Minkštasis lydmetalis paprastai lydosi žemiau 450 °C ir lituojamas lituokliais, jis plačiai naudojamas elektronikos ir elektros darbams. Kietasis (arba brazing) lydmetalis lydosi aukštesnėje temperatūroje (dažniausiai virš 450 °C) ir jungiamosios siūlės formuojamos naudojant degiklį ar orkštomtį. Lituoklio naudojimas vadinamas litavimu.

Tipai ir sudėtis

Yra du pagrindiniai minkštojo lydmetalio tipai: švino lydmetalis ir bešvinis lydmetalis. Tradiciniai švino-alavo lydiniai (pvz., eutektinis Sn63Pb37) sudaro standartus litavimo pramonėje: daugeliu atvejų naudojami mišiniai su maždaug 63 % alavo ir 37 % švino (eutektinis Sn63Pb37 ištirpsta vienu momentu ~183 °C). Kai kurie istoriniuose taikymuose naudoti mišiniai turėdavo apie 60–40 % arba net 50 % alavo ir 50 % švino (pvz., santechnikos jungtys).

Švino lydmetaliai yra toksiški, nes juose yra švino, todėl jų naudojimui taikomi griežti ribojimai. Iki XX a. vidurio švino lydmetalis buvo paplitęs tiek elektronikoje, tiek net pakuotėse (skardinėse) – vėliau paaiškėjo, kad ilgalaikis kontaktas su švinu gali užteršti vandenį ir maistą ir sukelti apsinuodijimus. Dėl to santechnikos ir maisto pakuočių srityse švino naudojimas buvo stipriai apribotas arba uždraustas.

Bešviniai lydmetalai

Siekiant sumažinti sveikatos ir aplinkos riziką, rinkoje paplito bešviniai lydmetalai. Dauguma jų yra alavo-pagrindu su priedais, pavyzdžiui, su sidabro ir vario. Standartinis bešvinis legiruotas lydmetalis SAC305 turi maždaug 96,5 % Sn, 3,0 % Ag ir 0,5 % Cu ir lydosi apie 217–220 °C. Kartais į lydmetalį dedama indžio, kad pagerintų pakelius ir sumažintų lydimos temperatūros skirtumus, tačiau indis yra brangus ir naudojamas tik specialiuose sprendimuose.

Reguliavimas ir istorija

2006 m., įsigaliojus griežtesnėms taisyklėms (pvz., Europos Sąjungos RoHS direktyvai) ir priėmus panašius reglamentus kai kuriose kitose jurisdikcijose, ženkliai apribotas švino naudojimas daugelyje plačiai vartojamų elektronikos produktų. Panašūs apribojimai buvo įvesti ir Kinijoje bei kai kuriose JAV valstijose (pvz., Kalifornijoje). Dėl to elektronikos pramonė pereito prie bešvinių lydmetalų, nors tai sukėlė ir naujų techninių iššūkių (aukštesnė lydimos temperatūra, skirtingos „weting“ savybės, galimi tin whiskers ir kt.).

Fliusas, oksidacija ir litavimo technika

Daug kartų, kai metalas lituojamas, jis oksiduojasi, todėl susidaro metalo oksido sluoksnis, kuris blogina lydmetalio prilipimą. Kad reaguotų su metalo oksidu ir vėl virstų laisvu metalu, dedamas fliusas. Fliusas pašalina oksidus ir pagerina lydmetalio „wetting“ (sugeba išplisti ir prilipti prie paviršiaus). Kanalifolija (kanifolija) yra tradicinis naudojamas fliusas – tai derva (rosin), kuri palieka kietą nemetalinį likutį. Šiuolaikiniai elektronikos gamintojai naudoja ir:

• vandeniui tirpius (water-soluble) fliusus, kuriuos galima nuplauti;
• „no-clean“ fliusus, kurie palieka nedidelį laidų ir korozijos riziką keliančių likučių kiekį;
• fliuso šerdį solderio vieloje (flux-core), kai fliusas yra lydmetalio viduje.

Teisinga litavimo technika: kaitinti pačią jungtį, o ne vien lituoklio galiuką, tiekti lydmetalį prie kaitinamos jungties, laikyti kontaktą pakankamai ilgai kad lydmetalis išsilydytų ir suskaitytų su pagrindiniu metalu (vengti „cold joint“). Lituoklio galiuką reikia periodiškai valyti ir „padengti“ šviežiu lydmetaliu, kad būtų užtikrintas geras šilumos perdavimas.

Saugumas, higiena ir atliekų tvarkymas

Švino ir kai kurių fliusų cheminės medžiagos gali būti pavojingos: ilgalaikis švino poveikis siejamas su neurologiniais ir kitais sveikatos sutrikimais, ypač vaikams. Litavimo metu rekomenduojama:

• dirbti gerai vėdinamoje patalpoje arba naudoti vietinį dūmų ištraukimo įrenginį;
• naudoti asmenines apsaugos priemones (pvz., akių apsaugą);
• nevalgyti ir negerti darbo vietoje, po darbo kruopščiai plauti rankas;
• tvarkyti ir utilizuoti švino turinčias atliekas pagal vietinius teisės aktus (perduoti į surinkimo punktus, perdirbti elektronikos atliekas — e‑waste).

Techniniai ir patvarumo aspektai

Bešviniai lydmetalai paprastai turi aukštesnę lydimos temperatūrą ir šiek tiek kitokias mechanines savybes nei švino turintys lydiniai. Kai kuriais atvejais tai gali keisti gamybos procesus (pavyzdžiui, perkaitinimo profilius šilto oro lituokliuose, reflow procesuose). Kitos problemos — tin whiskers (alavo šerneliai), kurie gali sukelti trumpąsias jungtis; šiai rizikai mažinti naudojami specialūs legiruojimai, dangos ir izoliavimo sprendimai.

Kitos panaudojimo sritys

Kitos rūšies lydmetalis naudojamas stiklui sujungti su kitais daiktais ar metalais — tai labiau primena brazing arba aukštesnės temperatūros lydinimus. Tokie lydmetaliai lydosi apie 450–550 °C arba aukščiau ir naudojami, pavyzdžiui, stiklo ir metalo hermetiniams sandarinimams, specialioms pramoninėms jungtims ir tam tikroms juvelyrinėms ar laboratorinėms procedūroms. Tokiems darbams dažnai naudojami sudėtingesni lydiniai (pvz., sidabro ar vario pagrindu) arba aktyvūs lydiniai, skirti geram plastikų ar stiklo sujungimui su metalais.

Santrauka

• Lydmetalis — metalas ar lydinys, skirtas jungti metalus arba kitus medžiagų tipus, turintis žemą lydimos temperatūrą.
• Minkštasis lydmetalis (litavimui) dažnai yra alavo pagrindu; anksčiau plačiai naudotas švino-alavo mišinys dėl gerų savybių, tačiau švino toksinis poveikis lėmė pereinamą prie bešvinių sprendimų.
• Bešviniai lydiniai (pvz., SAC305) turi aukštesnę lydimos temperatūrą ir skirtingas technologines savybes — tai reikalauja pritaikymo gamybos procese.
• Fliusas, tinkama litavimo technika, saugumas ir teisingas atliekų tvarkymas yra būtini siekiant užtikrinti švarius ir patikimus sujungimus bei saugų darbą.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra lydmetalis?

K: Kokios yra dvi lydmetalio rūšys?

K: Kokie yra du pagrindiniai minkštojo lydmetalio tipai?

K.: Kokioje temperatūroje lydosi šie skirtingi lydmetaliai?

K: Kodėl kažkada maisto skardinėse buvo naudojamas švinas?

Klausimas: Ar šiandien švinas vis dar naudojamas elektronikoje?

K: Kas yra fliusas, dedamas į metalus prieš juos lituojant?

Paieška pagal raidę