ملاحظات کلیدی برای انتخاب مواد لحیم کاری: اطمینان از اتصالات پایدار برای لحیم کاری کنتاکت های الکتریکی

مواد لحیم کاری آلیاژهای پرکننده با نقطه ذوب کمتر از فلزات پایه هستند. پس از گرم شدن و ذوب شدن، شکاف های جفت گیری را از طریق عمل مویرگی پر می کنند، تحت تعامل متالورژیکی با فلزات پایه قرار می گیرند و برای تشکیل یک اتصال پایدار جامد می شوند. این آلیاژهای پرکننده به طور گسترده در ساخت مکانیکی، قطعات الکترونیکی، هوافضا، لوازم خانگی و تابلو برق استفاده می شود. آنها به عنوان مواد مصرفی ضروری برای کنترل مقاومت مفصل، مقاومت در برابر ارتعاش و طول عمر عملیاتی طولانی مدت عمل می کنند. در تولید کنتاکتورها، قطع کننده های مدار و کلیدهای ذخیره انرژی، انتخاب مواد لحیم کاری مستقیماً پایداری رسانایی الکتریکی و مقاومت قوس کنتاکت های برقی لحیم کاری را تعیین می کند.

مواد لحیم کاری شامل اجزای پایه، کاهش دهنده های نقطه ذوب و عناصر اصلاح کننده عملکرد هستند. اجزای پایه سازگاری متالورژیکی با مواد اصلی را تضمین می کنند. کاهش دهنده های نقطه ذوب دمای ذوب را کمتر از دمای جامدوس فلزات پایه نگه می دارند. و عناصر اصلاح کننده ویژگی های پخش و جریان آلیاژ مذاب و همچنین عملکرد مکانیکی اتصال را تنظیم می کنند. در صنعت، مواد لحیم کاری بر اساس دمای ذوب آنها به لحیم کاری "نرم" و آلیاژهای لحیم کاری "سخت" طبقه بندی می شوند. لحیم‌های نرم در دمای زیر 450 درجه ذوب می‌شوند - معمولاً آلیاژهای قلع یا بیسموت - و عمدتاً برای مونتاژ PCB و قطعات الکترونیکی کوچک و دقیق استفاده می‌شوند، اگرچه استحکام اتصال نسبتاً پایین‌تری دارند. آلیاژهای لحیم کاری سخت در دمای بالای 450 درجه ذوب می شوند و شامل آلیاژهای مبتنی بر نقره، مس و نیکل هستند. اینها ظرفیت باربری و مقاومت حرارتی فوق العاده ای را ارائه می دهند و آنها را برای اجزای حامل برق، ابزارهای برش و لوله کشی ساختاری مناسب می کنند. با مقررات زیست محیطی سختگیرانه فزاینده، لحیم‌های بدون سرب به تدریج جایگزین سیستم‌های سنتی سرب قلع می‌شوند و آلیاژهای قلع-نقره-مس و قلع-بیسموت اکنون به عنوان راه‌حل‌های اصلی برای مونتاژ الکترونیکی عمل می‌کنند.

هنگام ارزیابی مواد لحیم کاری برای کاربردهای مهندسی، اولویت باید به ترشوندگی، سیالیت، استحکام اتصال، مقاومت در برابر خوردگی و هدایت الکتریکی داده شود. ترشوندگی به توانایی آلیاژ مذاب برای پخش شدن در سطح فلز پایه اشاره دارد. وسعت این پخش، ناحیه پیوند مؤثر را تعیین می کند و تحت تأثیر تمیزی سطح فلز پایه، ترکیب آلیاژ و پارامترهای گرمایش است. سیالیت اثربخشی پر کردن شکاف را تعیین می کند. سیالیت ناکافی می تواند منجر به ایجاد حفره شود، در حالی که سیالیت بیش از حد ممکن است منجر به از بین رفتن آلیاژ پرکننده شود. استحکام اتصال از طریق آزمایش برشی و کششی تأیید می شود تا اطمینان حاصل شود که الزامات بارگذاری اجزا را برآورده می کند. مقاومت در برابر خوردگی برای قطعاتی که در معرض محیط های مرطوب یا پاشش نمک قرار دارند ضروری است و از خوردگی ترجیحی در رابط مشترک جلوگیری می کند. رسانایی الکتریکی به ویژه برای اجزای تماس برق بسیار مهم است، زیرا نوسانات در مقاومت رابط می تواند باعث افزایش غیرعادی دما و اتلاف انرژی اضافی شود.

فرآیند انتخاب مواد شامل ارزیابی فلز پایه، بارهای عملیاتی، دمای مجاز گرمایش، هزینه مواد و انطباق با مقررات است. فلزات پایه فولاد ضد زنگ معمولاً با آلیاژهای پرکننده مبتنی بر نقره یا نیکل جفت می شوند، در حالی که آلیاژهای آلومینیوم به بهترین وجه با پرکننده های مبتنی بر آلومینیوم مطابقت دارند. برای قطعاتی که تحت بارگذاری سیکلی یا شرایط دمای بالا قرار دارند، آلیاژهای لحیم کاری مقاوم در برابر حرارت و مقاوم در برابر خستگی باید انتخاب شوند. در طول فرآیند لحیم کاری، دما نباید از دمای جامدوس فلز پایه بیشتر شود تا از تخریب ساختار دانه آن جلوگیری شود. پرکننده‌های مبتنی بر نقره برای قطعاتی که نیاز به رسانایی الکتریکی و مقاومت قوس بالایی دارند - مانند مواردی که در مونتاژ لحیم کاری سخت نقره‌ای تماسی استفاده می‌شوند - مناسب هستند - اگرچه هزینه بیشتری دارند. برای کاربردهایی با نیازهای بار یا رسانایی کمتر، ممکن است به جای آن از آلیاژهای مبتنی بر مس یا روی استفاده شود. از آنجایی که استفاده از آلیاژهای لحیم کاری حاوی سرب یا کادمیوم توسط مقررات محدود شده است، سیستم های آلیاژی کم سمیت باید برای پروژه های جدید در اولویت قرار گیرند.

فرآیندهای مختلف لحیم کاری به اشکال خاصی از مواد پرکننده نیاز دارند. لحیم کاری شعله معمولاً از پرکننده های میله ای شکل استفاده می کند، در حالی که لحیم کاری القایی برای پرکننده های ورقه ای یا خمیری مناسب است. پرکننده های خمیری - متشکل از پودر آلیاژ، یک محیط حامل و شار - برای خطوط تولید خودکار با حجم بالا ایده آل هستند. Flux همراه با پرکننده برای حذف لایه های اکسیدی از سطوح فلز پایه و آلیاژ پرکننده استفاده می شود و در عین حال حوضچه مذاب را از اکسیداسیون محافظت می کند. نرخ گرمایش و سرمایش باید با خواص حرارتی فلز پایه هماهنگ باشد. گرم شدن خیلی سریع می تواند باعث پاشیدگی و تغییر شکل شود، در حالی که خنک شدن آهسته تر به کاهش تنش باقی مانده در اتصال کمک می کند، البته به قیمت چرخه تولید طولانی تر.

شرایط نگهداری باید خشک و تمیز نگه داشته شود، زیرا مواد لحیم کاری پودری یا خمیری می توانند در صورت قرار گرفتن در معرض رطوبت، گلوله شوند و کارایی خود را از دست بدهند. قبل از استفاده در قطعات مهر زنی برقی تماسی، پرکننده های سیمی باید تمیز شوند تا هرگونه روغن یا آلاینده از بین برود، و پرکننده های خمیری باید کاملاً هم زده شوند تا از قوام یکنواختی اطمینان حاصل شود. مواد ضایعاتی لحیم کاری باید مطابق با مقررات زباله های خطرناک بازیافت شوند. اجزای حاوی فلزات سنگین را نمی توان بی رویه دور انداخت.

مواد لحیم کاری در طیف متنوعی از بخش های صنعتی کاربرد دارند. صنعت الکترونیک عمدتاً از لحیم‌های نرم مبتنی بر قلع برای بسته‌بندی قطعات و اتصالات مدار استفاده می‌کند. در ماشینکاری مکانیکی، از آلیاژهای لحیم کاری سخت بر پایه مس و نیکل (فلزات پرکننده لحیم کاری) برای مونتاژ ابزارهای برش و اجزای ساختاری استفاده می شود. بخش هوافضا به آلیاژهای لحیم کاری مبتنی بر کبالت یا نیکل مقاوم در برابر درجه حرارت بالا متکی است. در صنعت لوازم خانگی از لحیم کاری برای مبدل های حرارتی و محفظه کمپرسورها استفاده می شود. برای رادیاتورهای خودرو و اجزای کنترل الکترونیکی، معیارهای عملکرد خاصی در رابطه با مقاومت اتصالات در برابر خستگی حرارتی و لرزش الزامی است.

تحقیق و توسعه صنعت فعلی بر روی فرمولاسیون های کم سمیت، آلیاژهای لحیم کاری تقویت شده با کامپوزیت، آلیاژهای پرکننده اصلاح شده با نانو، و فویل ها یا شیم های لحیم کاری از پیش ساخته شده تمرکز دارد. عناصر لحیم کاری پیش ساخته و خمیرهای لحیم کاری پایدار برای خطوط تولید خودکار مناسب هستند و به حداقل رساندن ناهماهنگی هایی که ممکن است در غیر این صورت از مداخله دستی ایجاد شود، کمک می کنند. بهینه سازی مداوم ترکیب مواد و پالایش فرآیند همچنان باعث کاهش هزینه واحد مواد لحیم کاری با کیفیت بالا می شود.

قبل از اینکه تیم های مهندسی به نمونه سازی و تولید انبوه قطعاتی مانند سوئیچ ها یا کنتاکتورها بپردازند، باید به طور قطعی درجه آلیاژ لحیم کاری خاص، سیستم شار، مشخصات گرمایشی و استانداردهای بازرسی را تعیین کنند. تنها با حصول اطمینان از همسویی انتخاب مواد، پارامترهای فرآیند و پروتکل های بازرسی می توان مقاومت رابط تماس را به طور موثر کنترل کرد. این رویکرد خطر شکست ناشی از فرسایش قوس الکتریکی یا خستگی ناشی از ارتعاش را کاهش می دهد و تضمین می کند کهمجامع لحیم شده تماس نقره ایعملکرد پایدار را در طول چرخه های سوئیچینگ طولانی مدت حفظ کنید.