Для припоев с использованием серебра, применяемых в промышленности и быту, существует две базовые системы Ag-Cuи Ag-Pb, в которых серебро составляет 1…97%. Добавление легирующих металлов и неметаллов позволяет получать припои с широким спектром механических и температурных характеристик. На линии эвтектики растворимость меди в серебре составляет 13,6% массовой доли, свинца — 19%. Остальные составляют твердую смесь аморфных кристаллов компонентов, который не образует химических соединений.

 

Легирующие элементы сплавов серебра

Общее содержание легирующих элементов редко превышает 14…20%, т.к. их избыточное содержание приводит ухудшению качеств припоя.

 

Исключение — добавление олова и цинка в припои:

• ПСр 2, который содержит 30% олова;
• ПСр 25 — 65% цинка;
• ПСр 40 — 43% цинка и кадмия.

Но, строго говоря, это не припои на основе серебра, а содержащие серебро, которое выступает в роли легирующего компонента в системе Cu-Zn(латунь) или Cu-Sn (бронза) и частично Ag-Cu.

 

Металлы, которые находятся левее свинца или серебра в таблице Менделеева могут быть использованы для легирования систем Ag-Cuи Ag-Pb. Но не все металлы растворяются в серебре или свинце, некоторые создают собственные пары с низкой температурой эвтектики, что приводит к снижению температуры плавления основной системы.

 

Добавление легирующих элементов строго ограничено требованиями баланса системы. Напр., превышение содержание кадмия более 9% в системе Ag-Cu-Cd приводит к образованию хрупкого химического соединения Cu₂Cd, которое ухудшает обрабатываемость давлением.

 

Легирующие элементы и их влияние на системы Ag-Cuи Ag-Pb

Легирование системы Ag-Cuи Ag-Pb улучшает обрабатываемость сплавов давлением. Основной задачей легирования можно считать понижение температуры плавления пары Ag-Cuили Ag-Pb с минимальным снижением прочностных характеристик паяного шва.

 

• Никель (обозначение в расшифровке припоя — Н). Замедляет скорость образования крупных зерен из расплава и придает мелкозернистость. Массовая доля 1…2,5%. При дальнейшем повышении содержания никеля он становится вредной примесью.
• Свинец (С). Свинец имеет свою систему Ag-Pb легкоплавких мягких припоев, но при попадании в систему Ag-Cuон резко снижает температуру плавления и ухудшает прочностные характеристики.
• Олово (О). Серебро растворяет олово в количестве 19% от массовой доли, но если в системе Ag-Cuколичество олова превысит 9%, то начинается образование соединения Cu₄Sn и далее, при окислении на воздухе по границам зерна образуется окисел SnO₂ в виде порошка. Эти химические соединения делают сплав хрупким, что ухудшает обрабатываемость давлением. В системе Ag-Pb олова может быть до 30%.
• Алюминий (А). В количестве 4…5% алюминий растворяется в расплаве системы Ag-Cu и не изменяет его характеристик. При повышении концентрации образуется соединение AgAl, которое при окислении образует Al₂O₃. Полный аналог избыточному олову в системе Ag-Cu.
• Цинк (Ц) и кадмий (Кд). Наиболее применяемые легирующие элементы в системах Ag-Cuи Ag-Pb, т.к. растворяются в серебре: цинк — до 40% (ПСр 10), кадмий — до 26% (ПСр 40) и образуют системы Ag-Znи Ag-Cd.

 

Производные системы с кадмием и цинком

Образование производных систем возможно при достаточном и сбалансированном соотношении компонентов.

• Ag-Zn — оптимальное количество цинка не более 14%, что позволяет понижать температуру припоя и сохранять высокие прочностные характеристики шва.
• Ag-Zn-Cd — система позволяет создавать припои с самой низкой температурой плавления порядка 300.. 350° С, но прочность значительно снижается, возможно до 10 МПа.
• Ag-Cu-Cd — кадмий хорошо растворяется в серебре и снижает температуру плавления пары Ag-Cu на 180…250° С. При избытке кадмия образуется твердое химическое соединение Cu₂Cd, которое ухудшает обрабатываемость слитка давлением.
• Ag-Cu-Zn — образуют трехкомпонентные твердый раствор, в котором цинк растворяется в серебре и меди. Количество компонентов надо балансировать, т.к. при избытке цинка он начинает диффундировать в основной материал.
• Ag-Cu-Zn-Cd — четырехкомпонентный твердый раствор с низкой температурой плавления. Кадмий, которого не более 26%, растворяется в серебре, цинк — не более 16% в меди (ПСр 40).

 

Ограниченно применяются в припоях специального назначения и для ювелирных изделий: сурьма (Су), палладий (Пд), индий (Ин), германий (Г), висмут (Ви), титан (Т), т.к. они могут служить заменой или добавлением к основным легирующим металлам. Количественное содержание в припоях находится в пределах 0,05…3%.

 

Неметаллы используются в качестве легирующих элементов крайне редко, т.к. в расплавах они создают хрупкие химические тугоплавкие соединения, которые располагаются на границе зерен твердого раствора основных систем, что увеличивает хладноломкость или красноломкость и снижает обрабатываемость сплавов. При окислении соединения переходят в окислы и создают условия для внутренней коррозии.

 

В самофлюсующиеся припои в виде фосфорной меди добавляют фосфор, который при нагревании образует ангидрид фосфора и является флюсом, но при неполном выгорании ангидрида образуются соединения AgP₂ или CuP, ухудшающие все характеристики шва. Кроме этого, при раскислении поверхности пайки или лужения фосфор флюса образует газообразные соединения, образующие поры и каверны.

 

Расшифровка сплавов

В припоях, которые определены по ГОСТ19738-74 (с изм.) или не вошли в него, но применяются, используется русская аббревиатура названий химических элементов.

 

В расшифровке припоев типа ПСр на первом месте всегда указывается процентное содержание серебра. При добавлении других компонентов после литер ПСр указывают русские обозначения элементов. Количество легирующих элементов надо уточнять в ГОСТе или ТУ. Числовое значение после тире указывает на количество соответствующего буквенного обозначения. Напр.,

припой марки ПСрЦОА 1.5–41 расшифровывается следующим образом:

• серебро —1,0…2,0%;
• цинк — 40,0…42.0%;
• остальное — олово, но указан алюминий, содержание которого не может быть более 4,0%.

 

При определении состава припоя важно знать к какой системе он относится — Ag-Cuили Ag-Pb. Справочники марок серебряных припоев, стандарты или ТУ являются достоверными источниками.