ФЛЮС ДЛЯ ПАЙКИ ЭЛЕКТРОДОВ АККУМУЛЯТОРОВ ИЗ СВИНЦОВЫХ СПЛАВОВ
FLUX FOR SOLDERING ELECTRODES OF ACCUMULATORS FROM LEAD ALLOYS

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано при производстве свинцовых аккумуляторов.
Из предшествующего уровня техники (патент RU 2008159, публ. 28.02.1994) известен флюс для низкотемпературной пайки меди и медных сплавов припоями на основе олова и свинца, включающий бромистоводородную кислоту, моноэтаноламин, при этом содержащий хлористый аммоний, уксусную соль продукта конденсации дициандиамида с формальдегидом, поверхностно-активное вещество и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: бромистоводородная кислота 3,0-50,0; моноэтаноламин 0,2-7,0; хлористый аммоний 0,7-7,0; уксусная соль продукта конденсации дициандиамида с формальдегидом 0,01-0,5; поверхностно-активное вещество 0,001-0,01; вода - остальное.
Этот флюс для пайки свинцовых электродов непригоден.
Известен также флюс для нанесения на «ушко» несущего токовода пластины (электрода) свинцового аккумулятора, включающий бромистоводородную кислоту, при этом содержащий 30-40%-ный водный раствор гидразин-гидрата, поверхностно-активное вещество и дистиллированную воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: бромистоводородная кислота 20,75-23,50; 30-40%-ный водный раствор гидразин-гидрата 17,63-19,77; поверхностно-активное вещество 0,17-0,20; дистиллированная вода - остальное (патент RU 2069135 С1, публ. 20.11.1996 - ближайший аналог).
Недостатком известного флюса является повышенное коррозионное разрушение покрытой флюсом поверхности «ушка» несущего токовода перед его погружением в изложницу с расплавленным свинцово-сурьмянистым сплавом и в процессе последующего припаивания «ушка» к токоведущему «мостику» блока пластин аккумулятора при охлаждении сплава. Вследствие этого снижается прочность паяного соединения.
Другим недостатком известного флюса является значительное содержание во флюсе воды, которое из-за высоких значений теплоемкости и теплоты испарения приводит в процессе пайки, после удаления из ванны «ушка» несущего токовода пластины, к разбрызгиванию расплавленного металла припоя и образованию раковин в теле токоведущего «мостика» блока пластин и, как следствие, к необходимости принудительного обдува «ушка» несущего токовода горячим воздухом, то есть к дополнительной технологической операции при пайке пластин аккумулятора.
Кроме того, недостатком известного флюса является неоднородность объемной структуры флюса, которая при смачивании поверхности «ушка» несущего токовода пластины, погруженного в ванну с флюсом, последующем растворении и удалении загрязнений и оксидов с поверхности «ушка», приводит к ухудшению снятия окисных пленок с паяемого изделия. По этой причине после удаления из ванны «ушка» несущего токовода и сушки его поверхности, преимущественно в нижней части поверхности «ушка» остаются оксиды и загрязнения, приводящие к снижению локальной плотности паяемого слоя и прочности паяемого соединения в целом.
Задачей заявляемого флюса является повышение прочности пайки «ушка» несущего токовода пластины и токоведущего «мостика» блока пластин свинцового аккумулятора и экономичности процесса пайки в целом за счет снижения локальной коррозии паяного соединения и сокращения времени сушки флюса.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном флюсе, включающем бромистоводородную кислоту, согласно изобретению содержатся моноэтаноламин, изобутиловый спирт, изопропиловый спирт и ортофосфорная кислота при следующем соотношении компонентов, мас.%: моноэтаноламин 1,0-6,0; 40%-ная бромистоводородная кислота 10,0-20,0; изобутиловый спирт 20,0-30,0; изопропиловый спирт 40,0-60,0; ортофосфорная кислота 1,0-5,0.
3
2
Предлагаемый флюс характеризуется следующими значениями показателей: плотность - 0,905-0,910 г/см; коэффициент кинематической вязкости - 5,1-5,5 мм/с; цветность - бесцветный; pH - 5,5-7,5.
Заявляемое изобретение позволяет уменьшить коррозию поверхности «ушка» несущего токовода пластины аккумулятора, обеспечить эффективную очистку поверхности «ушка» от оксидов и, вместе с тем, активное растворение и поглощение их в объеме флюса. Вследствие этого после удаления из ванны с флюсом «ушка» несущего токовода и испарения флюса с его поверхности, практически вся поверхность «ушка», обработанная заявляемым флюсом, не содержит визуально наблюдаемых следов оксидов и загрязнений, что улучшает смачиваемость поверхности «ушка» несущего токовода расплавленным свинцово-сурьмянистым сплавом и повышает прочность паяного соединения.
При незначительном содержании во флюсе воды (менее 8%, мас.) время сушки, после удаления из ванны с флюсом «ушка» несущего токовода и испарения флюса с его поверхности, составляет 5-6 с вместо 40-65 с при использовании известного флюса. Значит, использование заявленного флюса не требует дополнительной технологической операции при пайке пластин аккумулятора, связанной с принудительным обдувом горячим воздухом «ушка» несущего токовода пластины после его обработки флюсом.
Включение в состав флюса 40%-ной бромистоводородной кислоты в количестве 10,0-20,0% обеспечивает достаточно высокую активность флюса. При содержании 40%-ной бромистоводородной кислоты во флюсе меньше чем 10,0% активность флюса недостаточна, а содержание ее во флюсе больше чем 20,0% нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение концентрации этого компонента приводит к нежелательной коррозии легкоочищаемой от оксидных пленок части поверхности «ушка» несущего токовода пластины. Последнее обусловлено неравномерным формированием поверхностных свойств «ушка» при изготовлении и подготовке его к обработке флюсом по существующей технологии производства свинцовых аккумуляторов. С другой стороны, из-за неравномерности поверхностных свойств не полностью разрушается оксидная пленка на трудноочищаемых локальных участках поверхности «ушка» пластины, что снижает прочность его пайки к токоведущему «мостику» блока пластин аккумулятора.
Введение в состав флюса моноэтаноламина в количестве 1,0-6,0% и ортофосфорной кислоты в количестве 1,0-5,0% способствует растворению оксидных пленок с поверхности трудноочищаемых локальных участков «ушка», снятию их с поверхности и диффузии во внутренние объемы пленки флюса. Содержание этих компонентов во флюсе более 6,0 и 5,0%, соответственно, нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение их концентрации во флюсе не приводит к увеличению прочности паяемого соединения. При содержании каждого из этих компонентов во флюсе меньше чем 1,0% наблюдается заметное снижение растворения оксидных пленок с поверхности трудноочищаемых локальных участков «ушка» несущего токовода пластины.
Использование изобутилового спирта в количестве 20,0-30,0% повышает вязкость флюса и способствует удержанию флюса на поверхности «ушка» несущего токовода пластины. При содержании изобутилового спирта во флюсе меньше чем 20,0% флюс становится слишком текучим, а при его количестве, превышающем 30,0% - флюс расслаивается и эффективность поглощения оксидов флюсом снижается, что приводит к загрязнению поверхности «ушка» несущего токовода пластины перед пайкой и снижению прочности паяного соединения.
Использование изопропилового спирта в количестве 40,0-60,0% стабилизирует объемную однородность флюса, способствует очистке поверхности «ушка» несущего токовода пластины от загрязнений и оксидной пленки и их поглощению флюсом. При содержании изопропилового спирта во флюсе меньше чем 40% флюс становится вязким, плохо испаряется с поверхности «ушка» несущего токовода пластины, что приводит к загрязнению его поверхности перед пайкой и к снижению прочности пайки. Содержание изопропилового спирта во флюсе больше чем 60,0% нецелесообразно, так как дальнейшее увеличение концентрации этого компонента не улучшает однородность объемной структуры флюса и прочность пайки.
Технические решения, совпадающие с существенными признаками изобретения, не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «новизна».
Заявляемые существенные признаки изобретения, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию «изобретательский уровень».
Поскольку заявляемое изобретение обеспечивает технический результат, выражающийся в повышении прочности пайки «ушка» несущего токовода пластины и токоведущего «мостика» свинцового аккумулятора и экономичности процесса пайки в целом за счет снижения локальной коррозии паяного соединения и сокращения времени сушки флюса, то можно сделать вывод, что изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».
Подтверждение возможности осуществления заявляемого изобретения изложены в нижеследующем подробном описании примеров использования флюса при производстве свинцовых аккумуляторов.
Пример 1. Флюс готовят следующим образом.
В емкость, содержащую 50 мл моноэтаноламина марки «Ч», осторожно добавляют 150 мл 40%-ной бромистоводородной кислоты марки «Ч», перемешивая компоненты, температуру полученной смеси охлаждают до 30°C. После этого охлажденную смесь, в количестве 200 мл, выливают в емкость, заправленную 200 мл изобутилового спирта. В эту же емкость добавляют 585 мл изопропилового спирта, а затем - 15 мл ортофосфорной кислоты марки «Ч».
Примеры 2-7. Флюс для пайки изготавливают аналогично примеру 1, но при других соотношениях компонентов, как указанных в формуле изобретения (примеры 4 и 7), так и выходящих за ее пределы (примеры 2, 3, 5 и 6). Исследованные составы флюса приведены в табл.1, в которой также приведен состав флюса-прототипа, примерно соответствующий средним значениям компонентов, согласно формуле изобретения.
Флюс используют следующим образом. В ванночку с флюсом погружают «ушко» несущего токовода и выдерживают его во флюсе определенное, в зависимости от толщины оксидной пленки на поверхности «ушка», время. После выдержки «ушко» несущего
Таблица 1
Компоненты флюсов
Состав, %
Исследованных флюсов
Прототипа
1
2
3
4
5
6
7
8
40%-ная бромисто-водородная кислота
15,0
8,0
12,0
20,0
20,0
23,0
10,0
55,0
Моноэтаноламин
5,0
3,0
0,5
6,0
7,0
1,0
4,0
-
Изобутиловый спирт
20,0
25,0
30,0
29,0
29,5
18,0
33,0
-
Изопропиловый спирт
58,5
62,0
57,0
40,0
38,0
55,0
48,0
-
Ортофосфорная кислота
1,5
2,0
0,5
5,0
5,5
3,0
5,0
-
35%-ный водный раствор гидразин-гидрата
-
-
-
-
-
-
-
18,0
Поверхностно-активное вещество
-
-
-
-
-
-
-
0,2
Вода дистиллированная
-
-
-
-
-
-
-
26,8
токовода вынимают из флюса, держат несколько секунд над ванночкой для стекания флюса с поверхности и его испарения, при этом визуально оценивают качество очистки поверхности «ушка» от оксидных пленок и загрязнений.
Затем «ушко» несущего токовода пластины устанавливают в изложницу с расплавленным свинцово-сурьмянистым сплавом и остужают сплав до полного затвердевания, обеспечивая припаивание «ушка» пластины к токоведущему «мостику». После охлаждения припоя визуально контролируют наличие коррозии на поверхности паяного соединения, а также определяют прочность паяного соединения под действием напряжения среза и наличие раковин в теле паяного соединения.
Полученные данные по визуальным и прочностным характеристикам применения флюсов приведены в табл.2.
На основании полученных данных можно утверждать, что по сравнению с известным предлагаемый флюс обладает пониженной коррозионной активностью при хорошей флюсующей способности и высокой скорости сушки «ушка» несущего токовода пластины, обусловленными оптимальным содержанием в нем кислот и спиртов.
Таблица 2
Номера примеров
Характеристики применения флюсов при обработке поверхности «ушка» несущего токовода и его последующей пайки
Визуальная оценка качества очистки поверхности «ушка» от окислов и загрязнений
Коррозия соединения/Прочность пайки: τ среза, МПа (кгс/мм<sup>2</sup>)
1
На всей поверхности следов загрязнений и оксидных пленок нет
Следов коррозии нет/ 55-56 (5,5-5,6)
2
По всей поверхности наблюдаются маленькие очаги окисных пленок
Имеются следы раковин/ 48-49 (4,8-4,9)
3
В нижней части поверхности есть очаги загрязнений и оксидов
Имеются мелкие раковины/ 46-48 (4,6-4,8)
4
На всей поверхности «ушка» следов загрязнений и оксидных пленок нет
Следов коррозии нет/ 52-53 (5,2-5,3)
5
Верх поверхности имеет следы коррозии, а нижняя ее часть - локальные очаги окисных пленок и загрязнений
Имеются очаги мелких раковин/ 45-46 (4,5-4,6)
6
На всей поверхности «ушка» следов загрязнений и оксидных пленок нет
Следов коррозии нет/ 54-55 (5,4-5,5)
7
Верх поверхности имеет следы загрязнений, а нижняя ее часть - существенные очаги загрязнений
Имеются очаги мелких раковин/ 43-45 (4,3-4,5)
8
Верх поверхности имеет значительные очаги коррозии, а к нижней ее части - прилипают оксиды, и загрязнения
Имеются крупные раковины/ 42-43 (4,2-4,3)
Таким образом, предлагаемый флюс обладает низкой коррозионной активностью при хорошей флюсующей способности и высокой скорости сушки «ушка» несущего токовода пластины, обусловленными оптимальным содержанием в нем кислот и спиртов.