флюс для пайки электродов аккумуляторов из свинцовых сплавов

Формула изобретения

Флюс для пайки электродов аккумуляторов из свинцовых сплавов, содержащий бромистоводородную кислоту, отличающийся тем, что он дополнительно содержит моноэтаноламин, изобутиловый спирт, изопропиловый спирт и ортофосфорную кислоту 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

Описание изобретения к патенту

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.

Предлагаемый флюс характеризуется следующими значениями показателей: плотность - 0,905-0,910 г/см³; коэффициент кинематической вязкости - 5,1-5,5 мм²/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: среза, МПа (кгс/мм2)
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.