Что такое лужение металла
Лужение – один из способов защиты железосодержащих сплавов от ржавчины, о чем знали еще очень давно. Но сейчас технологи применяется не только для этой цели, но и в качестве подготовительных работ перед пайкой. Подробнее о лужении расскажем в статье.
В чем суть операции
Лужение — метод нанесения тонкого оловянного слоя на поверхность заготовки из другого металла или сплава. Способ предназначен для повышения коррозионной устойчивости и адгезии при пайке. Этот процесс является важным этапом в подготовке металлических изделий для различных применений, особенно в электронике и машиностроении.
Часто лужение – это промежуточный этап при металлообработке. Например, перед цинкованием или пайкой. Но иногда лужение используется само по себе, как один из методов финишного покрытия металла.
Лужение прошло долгий путь от ремесла к точной технологии металлообработки. Рассмотрим, как применяли метод ранее и в чем его особенности в современном времени.
Историческая справка
Профессия лудильщиков начала развиваться очень давно, когда начали добывать металл и создавать из него предметы. Лужение как метод защиты металлов от коррозии и улучшения их свойств стало популярным в Европе начиная с Средневековья.
В XVII веке Богемия (современная Чехия) была известна своими богатыми месторождениями металлов. Это способствовало развитию металлургической промышленности. Лудильщики в Богемии занимались лужением различных изделий, включая посуду, инструменты и другие предметы. Лужение оловом использовалось для защиты изделий от коррозии и улучшения их внешнего вида. Лужение также имело культурное значение, так как богемские мастера создавали уникальные изделия, которые пользовались спросом как на местном, так и на международном рынках. Второй центр лужения в Европе в начале XVII веке – Саксония.
Но настоящий переворот, переход от ремесла к промышленности, лужение, конечно, получило в Англии. В XVII веке Англия начала переходить к промышленной революции, что привело к росту производства металлических изделий. Лужение стало важным процессом для защиты изделий от коррозии.
Английские лудильщики занимались производством луженых изделий, таких как посуда, инструменты, а в будущем – детали для автомобилей и электроники. Лужение оловом было особенно популярно в изготовлении белой жести, используемой в упаковке.
В 18-19 веках, с развитием промышленности и увеличением производства металлических изделий, профессия лудильщиков приобрела большую значимость. Лудильщики использовали различные инструменты, такие как печи для плавления олова, формы для лужения, а также ручные и механизированные приспособления для металлообработки и шлифовки изделий. Основным материалом, с которым работали лудильщики, было олово, а также другие легирующие добавки для улучшения свойств покрытия.
С развитием технологий и появлением новых методов защиты металлов, таких как порошковая покраска и анодирование, профессия лудильщиков стала менее распространенной. Однако лужение все еще используется в некоторых отраслях, особенно в электронике и производстве специализированных металлических изделий.
Для чего нужно лужение металла
Основные цели этого метода металлообработки:
- Повышение устойчивости к коррозии. Лужение позволяет создать защитный слой, который защищает сплав от воздействия влаги, солей, кислот, ультрафиолета и предотвращает окисление. Это важно для металлических изделий, которые находятся на открытом воздухе и подвержены регулярному контакту с влагой, кислотами, солями и другими веществами.
- Улучшение внешнего вида. Лужение может быть использовано для повышения декоративности изделий. Зачастую луженые поверхности имеют более привлекательный вид и являются более эстетичными, что особенно важно для изготовления элементов декора и украшений.
- Повышение прочностных характеристик. За счет обработки поверхности металла происходит упрочнение материала, что делает изделие более долговечным и устойчивым к любым внешним воздействиям. В том числе к трению.
- Улучшение электро- и теплопроводности: Обработка поверхности металла позволяет уменьшить сопротивление электрическому току и повысить эффективность теплопередачи, что особенно важно для производства электронных компонентов и теплообменных устройств.
- Повышение адгезии между металлом и краской, клеем, лаком и т.д. Обработка поверхности позволяет создать более прочное и надежное соединение, что повышает качество и долговечность изделий.
- Подготовка к пайке. Лужение улучшает адгезию припоя и способствует более качественному соединению. Олово имеет более низкую температуру плавления, чем многие металлы, что позволяет легче и быстрее достигать нужной температуры для пайки. Это особенно полезно при работе с деликатными компонентами, которые могут повредиться при высокой температуре. Соответственно, луженые поверхности легче паять, так как они быстрее прогреваются и лучше принимают припой. Это помогает избежать проблем, связанных с недостаточным прогревом или плохим сцеплением.
Лужение перед пайкой часто используется в электронике для подготовки контактных площадок на печатных платах. Метод обеспечивает надежное соединение при пайке таких узлов как резисторы, конденсаторы и микросхемы.
Какие металлические заготовки подходят для лужения
Лужению могут подвергаться различные металлы, в зависимости от их свойств и назначения. Вот подробный обзор металлов, которые обычно обрабатывают таким способом:
- Сталь, в том числе нержавеющая.
Сталь очень востребована, поэтому доля металла для лужения тоже высока. Этот процесс помогает защитить стальные изделия от коррозии, увеличивая срок их службы, а также подготовить их к пайке. Лужение стали часто используется в производстве белой жести, которая применяется в упаковке и производстве бытовых предметов. - Чугун.
Чугун также может быть подвергнут лужению, особенно в случаях, когда требуется улучшить его коррозионную стойкость. Лужение чугуна может помочь предотвратить окисление и продлить срок службы изделий. - Медь.
Задачи – улучшение ее коррозионной стойкости и предотвращение окисления. Лужение медной проволоки при изготовлении проводов также часто используется в электронике, где требуется хорошая проводимость и защита от коррозии. Таким образом часто создают электрические контакты, разъемы, печатные платы. - Латунь.
Латунь отлично лудится. Процесс улучшает декоративные свойства латунных изделий и подготавливает поверхность к пайке. Например, из листовой латуни с помощью лужения можно изготовить столовые приборы и посуду, кухонную утварь. - Алюминий.
Хотя алюминий сам по себе обладает хорошей коррозионной стойкостью благодаря слоя из оксидов, его также можно покрыть оловом для улучшения адгезии при последующих покрытиях. Часто метод используют для изготовления емкостей в пищевых целях.
Это неполный перечень всех металлов и сплавов. Можно обрабатывать методом лужения цинк, титан, бронзы, а также другие сплавы из цветных металлов. Часто железосодержащие сплавы покрывают тонким слоем олова перед последующим цинкованием – это увеличивает адгезию.
Некоторые металлы требуют предварительной обработки, такой как очистка или пассивация, чтобы обеспечить хорошую адгезию оловянного покрытия.
Виды лужения
Лужение может осуществляться двумя основными методами. Рассмотрим их отличия.
Горячее лужение
Чистое олово плавится при температуре 232°С. Этот метод чаще всего используют для больших деталей с простой геометрией. Существует два способа: погружение и растирание.
При погружении изделие помещается в оловянный расплав при температуре 300–320°С. Этот метод широко используется для производства белой жести из листовой стали.
Растирание применяется для отдельных частей кузовов машин. Толщина оловянного слоя варьируется, но не превышает 25 мкм.
Гальваническое лужение
Гальваническое, его также называют электролитическим, лужение представляет собой процедуру, при которой на поверхность заготовки осаживаются оловянные частицы. Процесс происходит гидролизной ванне. На заготовку, которая находится в электролите, воздействует тока. Оловянный слой, полученный таким образом, имеет отличные свойства сцепления с основным металлом.
Результат – надежное оловянное покрытие любой толщины. Преимущество – можно подвергать обработке даже маленькие заготовки со сложной геометрией. Покрытие отличается равномерностью, плотностью и стойкостью, а его толщина варьируется от 0,5 до 1,5 мкм.
Выбор метода лужения (горячее или гальваническое) зависит от типа металла, его формы и назначения конечного продукта.
Технология лужения металла
Технология лужения металла обычно включает в себя следующие этапы:
- Подготовка поверхности. Она тщательно очищается от загрязнений, окислов и жиров. Для этого могут применяться механическая обработка – шлифовка, обезжиривание, а также химическая обработка – декапирование, электрохимическая очистка.
- Приготовление лужащего состава. Сплав, который будет использоваться для нанесения на поверхность металла, обычно состоит из олова и добавок, улучшающих адгезию и другие свойства слоя. Сплав разогревается до определенной температуры, чтобы обеспечить его текучесть.
- Нанесение слоя. Подготовленный металл погружается в расплавленный лужащий состав или наносится на поверхность через каркас или специальные аппликаторы. Слои могут быть нанесены с разной толщиной.
- Охлаждение и закалка. Металл охлаждают до комнатной температуры или проводят закалку для улучшения его механических свойств.
- Последующая обработка. Луженый металл может быть дополнительно обработан, например, отшлифован или покрыт защитным слоем лака.
Лужение используется в различных отраслях, включая электронику, автомобилестроение, упаковку и строительство, благодаря своим защитным свойствам и улучшению внешнего вида изделий. Это эффективный способ защиты металлических поверхностей, обеспечивающий долговечность и надежность изделий.