Опыт разработки и освоения производства припойной продукции

В.Е. Дьяков

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ  
И ОСВОЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА 
ПРИПОЙНОЙ ПРОДУКЦИИ

монография

Vitaly E. Dyakov

EXPERIENCE IN THE DEVELOPMENT 
AND DEVELOPMENT OF PRODUCTION
SOLDER PRODUCTS

(monograph)

Москва
2021

УДК 669
ББК 34.3
Д93

Р е ц е н з е н т ы : 
Олейникова Н.В. – доктор технических наук, доцент, профессор кафедры металлургии цветных металлов Института цветных металлов и материаловедения ФГОАУ 
ВО «Сибирский федеральный университет».
Кокоева Н.Б. – кандидат технических наук, доцент кафедры металлургии цветных 
металлов и автоматизации металлургических процессов ФГБОУ ВО СКГМИ (ГТУ).

 
Дьяков В.Е.
Д93 
Опыт разработки и освоения производства припойной продукции: монография / В.Е. Дьяков. – Москва: Первое экономическое издательство, 2021. – 
140 с.

ISBN: 978-5-91292-412-5

DOI: 10.18334/9785912924125 

Целью авторской монографии является обобщение исследований по разработке и освоению производства припоев, сплавов, флюсов, паст по запросу заказчиков.
Разработаны аппараты производства порошков и ленточных припоев.
С помощью лабораторий институтов СО РАН исследованы методами ИК, ЯМР, 
ЯГР, спектроскопии импортные образцы флюсов, припоев, паст и разработаны аналоги флюсов из доступных реагентов. После сравнительного исследования свойств разработанных и импортных образцов трубчатых припоев с флюсом и паст порошков с 
флюсом, одобренных потребителем, они приняты к производству. Особое внимание 
уделено освоению производства припоев для пайки алюминия и медно-фосфористых 
припоев.
Дополнительно показаны возможности центробежной регенерации припоев с 
отходов производства их использования, а также разделения металлов электропереносом из вторичных отходов сложного состава. Монография предназначена для инженерно-технических работников производственных предприятий и студентов учебных 
заведений.
Ключевые слова: припои, порошки, флюсы, паяльные пасты, пайка меди, алюминия.

© Дьяков В.Е., 2021
© Оформление, дизайн обложки    
Первое экономическое издательство, 2021
                                   

ISBN: 978-5-91292-412-5

Реферат

В авторской монографии описывается работа научно-исследовательской заводской лаборатории в сфере освоения производства припоев, флюсов по запросу потребителей. 
В первых пяти главах описывается процесс разработки и освоения производства различных припоев, сплавов, порошков и лент. В 
следующих двух главах рассматривается опыт освоения технологии 
получения флюсов и паяльных паст и постановки их в производство. 
В последующей главе обсуждаются варианты регенерации припоев из 
вторичного сырья и разделения металлов из металлических отходов. 
Монография предназначена для инженерно-технических работников 
производственных предприятий и студентов учебных заведений.

Содержание

Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  6

Глава 1. Разработка и освоение  производства припоев . . . . . . . . . . .7
1.1. Модифицирование оловянно-свинцовых припоев . . . . . . . . . . .7
1.2.  Разработка технологии получения  
фосфорной лигатуры для припоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
1.3.  Освоение производства припоя ПОИнМ-0,5-2  . . . . . . . . . . . . 13
1.4.  Освоение производства припоя ПОСВи-36-4  
для лужения печатных плат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.  Поисковые работы по разработке  
бессвинцовистого припоя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.6.  Припой для безогневой пайки газопроводов  . . . . . . . . . . . . . . 21
1.7.  Разработка и освоение производства  
легкоплавкого висмутового сплава  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Глава 2. Разработка технологии производства  
баббита БК-2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.1.  Разработка восстановительного варианта  
получения баббита БК-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Глава 3. Освоение производства  
ленточных оловосодержащих припоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Глава 4. Освоение производства припоев  
для пайки алюминия  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.1.  Низкотемпературные припои  
для пайки алюминия на основе олова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.2.  Припои для пайки алюминия на основе олова и цинка . . . . . 38
4.3.  Разработка припоя на основе цинка  
для пайки алюминия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.4.  Освоение производства припоя 34А  
для пайки сплавов на основе алюминия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Глава 5. Освоение производства  
медно-фосфористых припоев для пайки меди . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.1.  Освоение производства ленты 
медно-фосфористых припоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Глава 6. Разработка производства порошков  
оловосодержащих припоев . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.1.  Разработка способа и аппарата получения порошков  . . . . . . 56
6.2.  Освоение ультразвукового распыления  
порошка припоя для паст . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.3.  Сепарация порошков припоев  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.4.  Модификация поверхности порошков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Глава 7. Разработка флюсов и освоение их производства  . . . . . . . 77
7.1.  Освоение производства активного  
раскисляющего флюса для трубки припоя . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
7.2.  Канифольный флюс без хлора  для пайки электроники . . . . . 80
7.3.  Флюс низкотемпературной пайки алюминия  
припоем с флюсом  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7.4.  Разработка и освоение флюса высокотемпературной  
пайки алюминия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7.5.  Освоение производства твердого флюса 34а  
для пайки алюминия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Глава 8. Разработка и освоение производства паст для пайки  . . . 97
8.1.  Разработка и освоение производства  
паяльных паст для автопрома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
8.2.  Разработка и освоение паст пайки радиоэлектронной  
аппаратуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
8.3.  Разработка пасты для пайки медных сплавов  . . . . . . . . . . . . 108
8.4.  Исследование качества порошка для пасты . . . . . . . . . . . . . . . 112
8.5.  Освоение производства медно-фосфористой пасты  . . . . . . 119

Глава 9. Обзор по регенерации припоев  
из отходов производства  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
9.1.  Разделения отходов легкоплавких сплавов  
диафрагменным электролизом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

Литература  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Введение

Припои находят широкое применение в машиностроении и радиоэлектронике. Технический прогресс непрерывно предъявляет повышенные требования к новым свойствам припоев и качеству сплавов и 
изделий из них, таких как трубчатый припой, паяльные пасты. Причем 
изменения требований к продукции все время ускоряются, и годовое 
планирование разработок не оправдывает себя. Требуется оперативная 
реакция производителя на запросы потребителя.
Цель авторской монографии – показать опыт разработки продукции и освоения ее производства во взаимодействии с заказчиком и 
привлечением инструментальных исследований исследовательских 
институтов.
В трех главах приведен опыт разработки припоев и сплавов по 
запросу потребителей, разработки аппаратуры производства порошков 
припойной продукции, ленточного припоя. В двух главах описано 
освоение производства припоев для пайки алюминия и медно-фосфористых припоев для пайки медных изделий.
Особое внимание уделено разработке флюсов, аналогов импортным, освоению трубчатых припоев с флюсом и их производству. 
Сравнительными испытаниями разрабатывались паяльные пасты на 
основе порошков припоев для пайки радиоэлектронной аппаратуры и 
медно-фосфористой пасты для пайки медных изделий.
В заключение авторской монографии сделан обзор вариантов регенерации припоев из вторичных отходов паяных изделий. 

Глава 1. Разработка и освоение  
производства припоев

Припои широко применяются во всех отраслях промышленности. 
Отдельные узлы радиоэлектронного и электрического оборудования 
соединяются методом пайки. При пайке припои выполняют роль 
связки в металлических изделиях. Припои на оловянно-свинцовой 
основе обладают высокой коррозионной стойкостью, пластичностью, 
низкой температурой плавления, хорошей жидкотекучестью и смачиваемостью.
Качество припоя определяется его смачиваемостью, на которую 
оказывает влияние величина поверхностного натяжения на границе 
раздела между жидким и твердым металлами [1]. Ухудшает смачивание сера, находящаяся в припое. Содержание серы 0,03% в припое считается опасным. В высококачественных припоях количество серы не 
должно превышать несколько частей на миллион [2]. Такие примеси, 
как алюминий, магний, цинк, железо, также оказывают вредное влияние на смачивание и на механические свойства соединений, паяных 
оловянно-свинцовыми припоями. Знание влияния тех или иных элементов на технологию пайки в индивидуальных условиях позволяет 
использовать приемы их удаления или нейтрализовать модифицирующими добавками.

1.1. Модифицирование оловянно-свинцовых припоев

Основное назначение оловянных припоев – это смачивание металлических поверхностей. Поэтому технологи постоянно ищут условия 
повышения характеристики смачиваемости припоев, особенно для 
пайки радиоэлектронной аппаратуры. Одним из факторов, влияющих 
на растекаемость припоя по паяемой поверхности, является содержание растворенного кислорода в припое. Наиболее совершенным 
способом считается переплавка сплавов в вакуумных печах [3]. В зарубежной практике внимание уделяется приготовлению свинцово-оловянного припоя эвтектического состава под вакуумом. Припой такого 

типа носит название припоя типа «вакулой», выпускаемой фирмой 
Alpha Metals.
Однако вакуумная переплавка обеспечит удаление несвязанных 
газов – азота, водорода. Кислород связан в прочные окислы, растворенные в основном металле.
Для снижения содержания окислов в припое предложен способ 
модифицирования оловянно-свинцовых припоев. Способ [4] получения оловянно-свинцового припоя, при котором осуществляют сплавление компонентов с защитным легированием путем введения легкоокисляющегося металла, преимущественно алюминия, с последующей 
обработкой в вакууме, характеризующийся тем, что плавку припоя 
ведут под слоем расплава щелочи.
Способ осуществляют сплавлением компонентов с защитным легированием путем введения легкоокисляющегося металла. В тигле расплавляют при 300°С олово, свинец и алюминий в количестве 0,01–0,3%. 
При этом кислород, находящийся в олове и свинце в виде окислов, 
взаимодействует с более активным легирующим компонентом по реакциям:

 
3РbO + 2А1 = А12O3 + 3Рb 
(1.1) 

 
3SnО + 2А1 = А12O3 + 3Sn 
(2.1)

В процессе плавки связанный кислород остаются пленкой в сплаве 
в виде окислов алюминия. После перемешивания расплавленного 
припоя его обрабатывают при температуре 350–500°С едким натром, 
взятым с расходом 5–10%. Окисные примеси связываются активным 
флюсом по реакции:

 
А12O3 + 2NаОН = 2NaAlO2 + Н2O 
(3.1)

Вместо обработки расплавленного припоя едким натром предпочтительно обрабатывать более жидкотекучей смесью едкого натра и 
едкого калия в отношении 0,5–1,3.
Припой отделяют от флюса и подвергают вакуумной обработке при 
температуре 400–500°С. При этом из припоя удаляют растворенный 
водород и азот.
При испытании способа 480 г олова марки О1пч расплавляют, 

нагревают до 300°С, вводят 312 г свинца марки СО, 18 г оловянной 
лигатуры, содержащей 0,87% алюминия. Полученный припой обрабатывают едким натром в количестве 50 г при 400°С в течение часа. После 
этого припой подвергают вакуумной обработке при 360–400°С в течение 30 мин при вакууме 10–2 мм рт. ст.
Коэффициент растекаемости припоя, полученного описанным способом, равен 1,25 (содержание кислорода – 0,6 мл на 1 г припоя), в то 
время как коэффициент растекаемости припоя, полученного сплавлением компонентов, равен 1,12, а обработанного только в вакууме – 1,15 
(содержание кислорода – 3,6 мл на 1 г припоя). Модифицированный 
припой ПОС-61 по заказу испытан на одном из предприятий СанктПетербурга.

1.2. Разработка технологии получения  
фосфорной лигатуры для припоев

Известно, что снижению содержания оксидов в свинцово-оловянные припои способствует добавление фосфора [5], которое влияет на растекание. Для дозирования фосфора в припой используют 
олово-фосфорную лигатуру. Однако красный фосфор не смачивается 
металлом и всплывает на поверхность расплава из-за высокой разницы удельных весов. Сплав олова с фосфором получают сплавлением 
порошкообразных компонентов в ампулах вакууме при высокой температуре и вибрационном встряхивании. Такая технология малопроизводительна и усложняет аппаратурное оформление процесса.
Поэтому предложен упрощенный способ приготовления олова с 
фосфором нагревом порошков [6]. Способ получения сплавов и лигатур олова с фосфором сплавлением смеси порошкообразных компонентов в ванне расплавленного олова, характеризующийся тем, что 
с целью повышения скорости образования сплава и снижения угара 
фосфора в исходную смесь компонентов олово вводят в форме альфа-модификации.
В исходную смесь компонентов олово вводят в виде порошка серого 
олова альфа-модификации, которая обладает повышенной реакционной способностью. Этот способ позволяет выплавлять сплавы или 

лигатуры на основе олова, содержащие до 2% фосфора, в обычных 
тиглях без сложного вибрационного оборудования. При этом требуется затравка в форме альфа-модификации лишь 5–10% олова от 
общей его потребности на изготовление сплава, а основная его часть 
применяется в виде обычного чушкового белого олова (бета-модификация).
Способ осуществляется следующим образом. Сначала смешивают 
порошкообразный тонкодисперсный красный фосфор с порошкообразным серым (альфа-модификация) оловом. Оптимальная дисперсность порошка – частицы 0,1–0,3 мм. Количество серого олова в смеси 
превышает содержание в ней фосфора в 5–10 раз. Порошкообразную 
смесь засыпают на дно тигля. Затем тигель подогревают и заливают 
расплавленное олово в количестве, необходимом по расчету для получения сплава или лигатуры заданного состава. После этого расплав 
выдерживают при температуре 320–370°С в течение 2–3 часов, по истечении которых разливают готовый сплав. Полезное извлечение фосфора в сплав 87–88%, олова – 99,7–99,8%. По составу сплав однороден 
с равномерным распределением в нем компонентов.
Технологии получения сплавов на основе олова с легко испаряющимися компонентами, например с мышьяком, фосфором, связаны с 
большими потерями элементов за счет их окисления и испарения. Для 
получения таких лигатур предложен низкотемпературный способ.
Способ [7] получения сплавов и лигатур на основе олова состоит в 
том, что растворение ведут в олове, нагретом до 300–500°С, при пропускании через поверхность контакта олова с легирующим компонентом 
постоянного электрического тока плотностью 3–7 а/см2.
Легирующий компонент в виде кристаллов или небольших кусков 
насыпают в перфорированные сосуды из жаростойкого и химически 
инертного материала. Внутрь каждого сосуда вводят графитовый стержень, который присоединяют к источнику постоянного электрического 
тока. Сосуды с легирующим компонентом нижней частью погружают в 
расплавленное олово. При этом олово через отверстия в стенках сосудов 
проникает внутрь и контактирует с легирующим компонентом.
При прохождении постоянного электрического тока через поверхность контакта расплавленного олова с легирующим компонентом 
происходит ускоренное растворение последнего, причем это достига

ется при температуре, более низкой, чем температура, необходимая для 
растворения легирующего элемента без наложения постоянного тока.
В случае работы с электропроводными легирующими материалами 
графитовый токопроводящий стержень контактирует с легирующим 
компонентом, а при легировании неэлектропроводным элементом – с 
расплавленным оловом.
На рис. 1.1а показано устройство, применяемое при легировании 
электропроводными компонентами; на рис. 1.1б показано устройство с 
неэлектропроводными компонентами.

Рис 1.1. Устройство легирования олова тугоплавкими металлами
Основные узлы: 1 – печь; 2 – ванна; 3 – расплав олова; 4 – перфорированный 
сосуд; 5 – легирующий компонент; 6 – графитовые стержни; 7 – поддерживающие трубки; 8 – трубчатый графитовый электрод; 9 – мешалка. 

При легировании олова неэлектропроводными фосфором или германием их растворение происходит более интенсивно, если стержни 
6 подключены к отрицательному полюсу источника тока. Процесс 
ведется при незначительном напряжении на зажимах разноименных 
электродов, составляющем 0,4–0,8 в. Сила тока зависит от поверхности контакта олова с легирующим компонентом. Плотность тока – 
3–7 а/см2. Температура расплава – в пределах 300–500°С. Способ 
позволяет получать лигатуры олова с никелем, мышьяком, фосфором, 
германием.
Указанный принцип приготовления лигатур применительно для 
токсичных компонентов усовершенствован с целью гарантированного 
исключения испарений.

Предложен аппарат [8] для получения оловянно-фосфорной лигатуры методом электропереноса, включающий графитовый тигель для 
расплава, служащий анодом, и графитовый катод, характеризующийся 
тем, что поверхность катода изолирована токонепроводящим материалом, нижний конец катода, погружаемого в расплавленное олово, 
выполнен с внутренней полостью для помещения в нее фосфора, а 
межэлектродное пространство разделено токонепроводящим экраном 
у поверхности раздела фаз расплава металла и фосфора.
Особенность аппарата в том, что поверхность катода изолирована 
токонепроводящим материалом, нижний конец катода, погружаемого 
в расплавленное олово, выполнен с внутренней полостью для помещения в нее фосфора, а межэлектродное пространство разделено токонепроводящим экраном у поверхности фаз расплава металла и фосфора. 
Этот аппарат позволяет улучшить условия растворения фосфора в 
олове, сократить испарение фосфора и улучшить санитарные условия 
работы.
 

Рис 2.1. Аппарат получения лигатур электропереносом
Основные узлы: 1 – графитовый катод; 2 – графитовый тигель; 3 –стеклянный цилиндр; 4 – внутренняя полость; 6 – экран.

Аппарат (рис. 2.1) содержит графитовый катод 1 и графитовый 
тигель 2, служащий анодом. Поверхность катода изолирована токонепроводящим материалом, например стеклянным цилиндром 3, нижний 
конец катода, погружаемый в расплавленное олово, выполнен с внутренней полостью 4 для помещения в нее фосфора. Межэлектродное 
пространство разделено токо непроводящим экраном стеклянным 6.