Как сделать сплав вуда
Сплав Вуда
Автор: Владимир Васильев · Опубликовано 16 декабря 2016 · Обновлено 25 августа 2018
Истоки возникновения сплава
Своим появлением и названием этот легкоплавкий сплав тяжелых металлов обязан американскому стоматологу Барнабасу Вуду, открывшим его состав в 1860 году. Следует отметить, что сам факт получения легкоплавкого сплава не был чем-то уникальным, так как еще в 1701 году Ньютон получил аналогичный сплав, но без применения кадмия. Так у Ньютона сплав состоял на 50% из висмута (Bi), 31,2% из свинца (Pb) и 18,8% из олова (Sn).
У Вуда же мы имеем Bi около 50%, около 25 % Pb, и по 12,5% Sn и, внимание, кадмия (Cd). Правда, сплав Ньютона имеет температуру плавления 97 градусов Цельсия, а сплав Вуда – около 67. Вот были у Вуда проблемы со свинцом и оловом, а вот с кадмием видно, по какой-то причине, проблем не было, вот он и заменил последним свинец и олово. И вот был получен сплав, который при нормальной температуре находится в кристаллическом состоянии, но уже в горячей воде становится жидким
По-видимому, именно сравнительно низкая температура плавления и сделала этот сплав и его изобретателя таким известным. Ведь до этого были известные легкоплавкие сплавы Rose (1772) и D’Arcet (1775) имели температуру плавления 95 градусов Цельсия. Снижение же температуры плавления на 26% несомненно давало возможность для весьма существенной экономии энергии, со всеми вытекающими, особенно с учетом областей применения сплава Вуда.
Паять и лудить — сплавом «вудить»
В кругу радиолюбителей и электронщиков сплав Вуду нашел применение для выполнения пайки и лужения, и вот почему. Лужение, как известно, заключается в нанесении тонкого слоя олова на другой металл, защищая при этом металл от окисления и коррозии. А как мы узнали выше, сплав Вуда – это сплав, содержащий в своем составе олово. Кроме легкоплавкости сплав Вуда обладает хорошей текучестью, которая позволяет ему равномерно растекаться по поверхности и заполнять малейшие щели. Для того, чтобы выполнить лужение дорожек на печатной плате необходимы: вода, зерна или стержни самого сплав, лимонная (или паяльная) кислота. Лужение с помощью сплава Вуда происходит следующим образом (см. видео, правда в нем идет речь о сплаве Розе, но для сплава Вуда оно тоже подойдет с небольшим уточнением):
1. В емкость заливаем воду (или глицерин), нагревают ее, замеряя температуру, доводят до температуры точки плавления, т.е. около 68,5 градуса Цельсия.
2. В горячую (очень горячую, но не обязательно кипящую) воду чуть-чуть добавляется лимонная кислота.
3. Затем в емкость укладывают предварительно почищенную плату, которую необходимо лудить и на медные дорожки платы выкладывают несколько кусочков сплава Вуда. Воду нагревают, сплав нагревается и переходит в жидкое состояние.
4. Тампоном, а лучше деревянной или пластиковой лопаткой выполняют лужение дорожек путем растирания капель жидкого сплава по дорожкам платы.
5. После лужения покрывают плату канифолью (флюсом) и моют.
Описанный способ лужения относиться к горячим, с нанесением покрытия растиранием. Другим горячим методом нанесения является погружение. Но в этом случае, понятно используется ванна со сплавом, для которой требуемое количество сырья намного больше, чем для метода с растиранием.
При пайке, вернее выпаивании элементов из плат – процессоров и микросхем, разъемов и других деталей – сплав Вуда хорош тем, что его температура плавления намного меньше температуры плавления пластика корпусов деталей. Следовательно, не нужно опасаться, что при выпаивании (или запаивании) пластиковый корпус будет поврежден. Конечно, все операции пайки в любом случае нужно делать максимально осторожно и внимательно. Паять этим сплавом можно различные металлы и сплавы (медь, и никель, алюминий, бронзу и латунь), а также изделия из драгоценных металлов.
В целом сплав Вуда значительно облегчает процесс лужения, что очень важно для новичков в этом деле.
Краткие характеристики сплава
Выпускается сплав Вуда в виде серебристо-белого цвета круглых стержней или капелек-гранул. Предел прочности на разрыв составляет около 45 МПа, относительное удлинение 7%, твердость по Бринеллю 10,5 единиц, плотность 9720 кг/м3. Срок хранения слитков сплава – 3 года.
 |  |
Металлографические исследования сплава показывают, что компоненты, из которых он состоит, не растворяются друг в друге и не образуют химических соединений. Структура сплава – эвтектическая, включающая в себя светлые дендриты твердого раствора, содержащие в себе висмут, и темную сложную эвтектику (содержащую в себе все четыре компонента).
Где еще применяется сплав Вуда
Существует большая сфера применения материала со свойствами сплава Вуда. Это в первую очередь его технологические свойства, заключающиеся в возможности удаления сплава горячей водой. Таким, например, применением, является способ изгибания труб с тонкими стенками, которые при изгибе без спецсредств будут деформированы, т.е. изомнутся, по меньшей мере, в неравномерный гофр. Чтобы не допустить такую деформацию, трубы внутри заполняют сплавом, который сдерживает гофрообразование. Затем, после сгибания трубы, сплав легко удаляется, вытекая наружу при нагреве. По этой же причине сплав применяется и в гальванопластике, где он заполняет полости в металлических изделиях.
Еще одно технологическое назначение сплава – прецизионное литье, т.е. такое литья при котором получаемые размеры требуется соблюсти очень точно, даже с учетом термоусадки сплава отливки. Сплав Вуда имеет очень малую усадку.
Также сплав находит применение в научных целях. Он используется для получения металлографических образцов, когда сам по себе исследуемый образец очень мал и неудобен для шлифовки и полировки. Тогда его заливают сплавом Вуда до такого размера, который позволяет выполнять обработку микрошлифов. Кроме этого известно применение сплава в химических лабораториях для создания низкотемпературной нагревательной бани.
Известно, что детали из сплава Вуда можно найти и датчиках, реагирующих на температуру, как правило, это датчики противопожарной сигнализации.
Известно, что сплав Вуда в 1976 году также побывал и в космосе на орбитальной станции «Салют-5», на которой в рамках технологического эксперимента с кодовым названием «Сфера» космонавты Б.Волынов и В.Жолобов выступили в роли металлургов, исследуя процесс затвердевания жидкого металла в условиях невесомости.
А где сплав Вуда купить?
Известность сплава Вуда можно оценить по тому, где и как его можно приобрести для своих целей. Сплав настолько востребован, что в нынешнее время продается даже через Интернет. Его можно найти на всех популярных площадках электронной торговли – eBay, Все инструменты.ру, Aliexpress, Alibaba. Производится он в основном заводами химической продукции (например «Уральским заводом химических реактивов»).
Особенности применения и отличие от аналогов
Как уже отмечалось, сплав Вуда не первый и не единственный аналогичный сплав с подобным составом. Наиболее известный аналог – это сплав Розе. Однако сплав Розе имеет более высокую температуру плавления, что не является в целом критичным для современной паяльной техники, однако требует использования глицерина для нагрева. Глицерин же при высоком нагреве интенсивно испаряется, дымит.
Единственным существенным преимуществом сплава Розе является то, что он не токсичен, так как в его составе отсутствует канцерогенный токсин кадмий.
Токсичность сплава Вуда – основной его недостаток, которые определяет необходимость в специальных мерах безопасности, заключающихся в контроле ПДК и организации проветривания при работе.
Припои и флюсы для пайки паяльником
Свойства и применение
Хорошо подходит для выпаивания деталей, разъемов, шлейфов SMD микросхем и демонтажа защитных металлических экранов с плат мобильных телефонов.
Особенности:
Недостатки
Состав сплава Вуда
Уникальность данного материала состоит в его составе. Здесь нужно не только точное наличие тех или иных элементов, но и соотношение их содержания. Точный и наиболее эффективный состав сплава Вуда выглядит следующим образом:
| Химический элемент | Соотношение в составе, % |
| Висмут | 50 |
| Свинец | 20 |
| Кадмий | 12,5 |
| Олово | 12,5 |
Технические характеристики сплава Вуда
Главным свойством материала является его легкоплавкость практически при любых условиях, а также достаточно хорошая пластичность. Он может взаимодействовать практически с любыми металлическими поверхностями. Наплавленный металл имеет достаточно высокую плотность, если сравнивать относительно других припоев с низкой температурой плавления. Точные характеристики материала выглядят следующим образом:
| Параметр | Единицы измерения | Значение |
| Температура плавления | Градусы Цельсия | 72 |
| Плотность | кг/м2 | 9720 |
Особенности пайки
Температура плавления припоя является очень низкой, что ведет за собой много других особенностей.»
Сплав Вуда применяется в узкой технической области и при химических операциях. Но чаще всего используют в качестве припоя. Низкая температура предполагает, что нужно использовать слабые паяльники, чтобы не случилось никакого перегрева и состав сохранял вязкость в расплавленном состоянии, так как именно это состояние является лучшим для спаивания.
При работе с мелкими деталями следует использовать тонкое плоское жало инструмента, чтобы не применять слишком большое количество расходного материала. Используя много припоя не обязательно получится хорошее соединение, так как тут больше важна точность. В ином случае может оказаться, что место спайки расплылось, а лишние капли попали на те части схемы, где они не должны быть. Затем нужно будет искать способ как убрать припой с платы. Таким образом, лучше сразу брать минимальные порции.
Несмотря на низкую температуру плавления, сплав Вуда желательно использовать с флюсами, которые подходят для всех легкоплавких материалов. Это сделает качество соединения лучше и уберет даже минимальный риск возникновения проблем при спаивании. Но иногда и сам материал используется для лужения, когда проводится работа с высокотемпературными припоями. Благодаря ему, улучшается схватывание других материалов, а мощный паяльник быстро превратит сплав в жидкое состояние.
Движения должны быть максимально четкими и быстрыми, так как во время использования материал начинает быстро застывать. После нанесения на поверхность, не стоит подвергать жестким проверкам, так как имеется высокий риск повредить застывший припой, даже если соединение сделано качественно. Сплав Вуда оказывается достаточно хрупок, так что вполне достаточно проводить визуальный контроль качества и не подвергать наплавленный металл большим опасностям.
Сплав Вуда и Розе
Еще один популярный материал – это сплав Вуда.
Температура плавления около 68 °C. Внешне отличается меньшим размеров гранул. Состав аналогичен, но в нем присутствует еще кадмий. Из-за последнего в своем составе он очень токсичен.
Не рекомендуется паять таким припоем ни при каких обстоятельствах!
Только в крайнем случае и в проветриваем помещении. Не стоит злоупотреблять этим сплавом. Если есть выбор между Розе и Вуда – лучше использовать первый и избегать второй.
Паять и лудить — сплавом «вудить»
В кругу радиолюбителей и электронщиков сплав Вуду нашел применение для выполнения пайки и лужения, и вот почему. Лужение, как известно, заключается в нанесении тонкого слоя олова на другой металл, защищая при этом металл от окисления и коррозии. А как мы узнали выше, сплав Вуда – это сплав, содержащий в своем составе олово. Кроме легкоплавкости сплав Вуда обладает хорошей текучестью, которая позволяет ему равномерно растекаться по поверхности и заполнять малейшие щели. Для того, чтобы выполнить лужение дорожек на печатной плате необходимы: вода, зерна или стержни самого сплав, лимонная (или паяльная) кислота. Лужение с помощью сплава Вуда происходит следующим образом (см. видео, правда в нем идет речь о сплаве Розе, но для сплава Вуда оно тоже подойдет с небольшим уточнением):
1. В емкость заливаем воду (или глицерин), нагревают ее, замеряя температуру, доводят до температуры точки плавления, т.е. около 68,5 градуса Цельсия.
2. В горячую (очень горячую, но не обязательно кипящую) воду чуть-чуть добавляется лимонная кислота.
3. Затем в емкость укладывают предварительно почищенную плату, которую необходимо лудить и на медные дорожки платы выкладывают несколько кусочков сплава Вуда. Воду нагревают, сплав нагревается и переходит в жидкое состояние.
4. Тампоном, а лучше деревянной или пластиковой лопаткой выполняют лужение дорожек путем растирания капель жидкого сплава по дорожкам платы.
5. После лужения покрывают плату канифолью (флюсом) и моют.
Описанный способ лужения относиться к горячим, с нанесением покрытия растиранием. Другим горячим методом нанесения является погружение. Но в этом случае, понятно используется ванна со сплавом, для которой требуемое количество сырья намного больше, чем для метода с растиранием.
При пайке, вернее выпаивании элементов из плат – процессоров и микросхем, разъемов и других деталей – сплав Вуда хорош тем, что его температура плавления намного меньше температуры плавления пластика корпусов деталей. Следовательно, не нужно опасаться, что при выпаивании (или запаивании) пластиковый корпус будет поврежден. Конечно, все операции пайки в любом случае нужно делать максимально осторожно и внимательно. Паять этим сплавом можно различные металлы и сплавы (медь, и никель, алюминий, бронзу и латунь), а также изделия из драгоценных металлов.
В целом сплав Вуда значительно облегчает процесс лужения, что очень важно для новичков в этом деле.
Методы паяльных работ
Для выпаивания разъема или детали из платы без перегрева нужно залудить контакты низкоплавким материалом.
Итоговая температура плавления будет выше, чем у Розе в чистом виде так как он смешивается с припоем на плате у которого другой состав и характеристики. (плавление при 270 °C)
Место работ имеет важное значение. Например, плата может быть очень теплоемкой из-за ее толщины. Время и мощность нагрева должны быть больше, чем у более легкой платы.
Материнскую плату от компьютера придется дольше прогревать, чем маленькую плату от мобильного телефона из-за большей многослойности и толщины текстолита.
Сначала наносится флюс на контакты выпаиваемой детали. Добавляется несколько гранул легкоплавкого припоя. Есть несколько техник паяльных работ.
Работа паяльником
Нужны массивные жала: мини волна, топорик.
Температуру паяльника можно оставить в пределах 230 °C, например, 200 °C.
Контакты детали нужно залудить легкоплавким сплавом, предварительно нанеся флюс.
На контактах образуется капля припоя, которую легко разогреть одним паяльником на небольшой мощности.
Результат паяльных работ.
Как выпаять разъем USB одним паяльником и Розе
Быстрая и безопасная пайка одним паяльником и легкоплавким припоем.
Пайка феном
Фен выставляется на температуру примерно 120 — 170 °C со средним потоком воздуха.
Гранулы постепенно расплавляются и смешиваются с контактами. Их лучше поправлять пинцетом по месту пайки, чтобы припой лучше распределился.
Нужно тщательно прогреть место пайки. Постепенно, по мере повышения температуры, деталь начнет выпаиваться. Это будет заметно при появлении блика на припое.
Результат низкотемпературной пайки.
Комбинированный метод
Фен сверху над местом пайки нужен для вспомогательного инструмента, на 100°C, а паяльником паяются детали сплавом Розе на температуре 200 °C.
После пайки детали обязательна очистка от получившейся смеси припоя с помощью оплетки.
Состав
Сплав Розе представляет собой химическое соединение висмута (50%), олова (25%) и свинца (25%). Внешне сплав похож на серебро. Температура плавления чуть ниже точки кипения воды и составляет 94 градуса.
Сам по себе висмут, являющийся базовым компонентом в данном сплаве, не выделяется высокими пластичными свойствами. По этой причине его редко используют в чистом виде при пайке разного рода металлов. Однако сплав Розе, полученный на его основе, отлично подходит для изготовления легкоплавкого припоя ПОСВ-50.
Для данного припоя свойственно увеличиваться в объеме при переходе жидкой фазы в твердую. Также, аналогичный процесс протекает в сплавах при охлаждении после кристаллизации.
Припой ПОСВ-50 из сплава Розе плохо смачивает такие материалы как конструкционная сталь и другие соединения на основе железа, обладает довольно низкими механическими характеристиками и пониженной электропроводностью. Чтобы увеличить эффективность пайки, стальные сплавы предварительно подвергаются лужению оловянно-свинцовыми припоями и оцинкованию. В результате таких действий смачиваемость поверхности улучшается и, соответственно, сцепление сплавов друг с другом.
Улучшению смачиваемости сплава Розе с медью способствует легирование его состава такими металлами как палладий, платина, кобальт, никель и иридий. Количество данных элементов колеблется от 0,5 до 2%.
Эффект увеличения объёма от перехода между фазами значительно усиливается после введения в сплав германия, кремния и галлия. Повышение содержания германия в сплаве, помимо всего прочего, положительно влияет на его прочностные характеристики.
Предел прочности на разрыв медного соединения, спаянного припоем ПОСВ-50, составляет 14,5 МПа. Это довольно низкое значение, учитывая, что аналогичный показатель для большинства припоев находится на уровне 20-22 МПа. По этой причине паяные соединения сплавом Розе не рекомендуется использовать в условиях ударных нагрузок, т.к. велика вероятность образования трещин.
А можно ли паять и лудить с помощью Розе
Для выпаивания деталей с платы сплав подходит, но для окончательной пайки уже детали на плату — ни в ком случае из-за хрупкости. Сплав Розе очень хрупкий, соединения получаются ненадежными. Особенно это касается разъемов и проводов. Когда по плате или проводам протекает электрический ток, выделяется тепло.
Из-за этого начинает плавиться низкотемпературный спав. К тому же, он не терпит вибрации или механических ударов. Появляются микротрещины, возникают окислы и потеря соединения.
Лужение сплавом Розе
У радиолюбителей есть популярный «ленивый» способ лужения плат с помощью слава Розе. Для этого в кипящую кастрюлю с щепоткой лимонной кислоты добавляются несколько гранул низкотемпературного сплава и платы, которые нужно залудить. Припой равномерно в считанные секунды распределяется. Основные недостатки данного способа лужения — это токсичность и все та же хрупкость сплава.
Существенный недостаток — хрупкость и токсичность. Именно из-за этого не стоит запаивать таким сплавом детали.
Меры предосторожности
Так как используемые материалы токсичны, то обязательно паять в проветриваемом помещении и средствах защиты.
Во время паяльных работ нужно держать дистанцию и надевать защитные очки. Расплавленные капли металла могут попасть на кожу или слизистые тем самым вызвав ожоги, заражение.
Сами гранулы брать только пинцетом, не допуская контакта. Они не настолько токсичны, но это намного уменьшает его влияние.
Нельзя допускать попадание сплава и его частичек на открытые раны.
Вывод
Сплав Розе справляется при низкотемпературном выпаивании деталей из плат. Его можно использовать только для этих целей. Лудить платы не очень хорошая идея из-за неудовлетворительных характеристик прочности и стойкости к механическим повреждениям или вибрации.
Если выбирать между Розе и Вуда, то выигрывает первый. Между ними не большая разница в температурах. Это не такой важный параметр, чтобы жертвовать своим здоровьем ради меньшей температуры пайки.