Topniki lutownicze-bezołowiowe-zwykle zawierające kalafonię, kwasy organiczne (bursztynowy, adypinowy, glutarowy) i aktywatory halogenkowe (aminy, bromki)-są agresywne w stosunku do PFA w temperaturach lutowania (250–350 stopni). Pozostałości topnika na osłonach grzejnika PFA powodują pękanie powierzchni, pęcznienie i przyspieszone przenikanie. Obróbka-po utwardzaniu (wyżarzanie termiczne) grzejników PFA-zwykle w temperaturze 200 stopni przez 4–8 godzin-zwiększa krystaliczność z 40–45% do 55–60%. Wyższa krystaliczność zmniejsza objętość amorficzną dostępną dla absorpcji strumienia i ataku chemicznego. Wyżarzony PFA wykazuje o 40–60% lepszą odporność na atak-bezołowiowego topnika niż niewyżarzony PFA, co mierzono na podstawie wzrostu twardości powierzchni i czasu inicjacji pęknięć. Wyżarzanie łagodzi również resztkowe naprężenia produkcyjne, które zaostrzają pękanie naprężeniowe środowiskowe (ESC). W przypadku pieców do lutowania na fali lub pieców rozpływowych, w których grzejniki PFA stykają się z oparami topnika, podanie wyżarzonego PFA wydłuża żywotność grzejnika 2–3×.
Mechanizm ataku strumienia i korzyść z wyżarzania
Topniki-bez ołowiu są bardziej agresywne niż tradycyjne topniki na bazie ołowiu-ze względu na wyższe temperatury lutowania (260 stopni w porównaniu z. 220 stopniami) i większą liczbę aktywnych kwasów organicznych. W temperaturze 260 stopni opary topnika kondensują się na chłodniejszych powierzchniach, takich jak grzejniki PFA. Kwasy organiczne dyfundują do amorficznych obszarów PFA, powodując pęcznienie (wzrost objętości o 2–5%) i plastyfikację. Aktywatory halogenkowe katalizują rozerwanie łańcucha, zmniejszając masę cząsteczkową. Skutek: powierzchnia staje się lepka, następnie pojawiają się drobne pęknięcia, a następnie pęcherze. Krystaliczność PFA jest główną barierą: obszary krystaliczne są nieprzepuszczalne dla cząsteczek topnika; tylko regiony amorficzne umożliwiają dyfuzję. Zwiększenie krystaliczności z 45% do 60% zmniejsza objętość amorficzną o 27%, proporcjonalnie zmniejszając absorpcję topnika.
Wyżarzanie po-utwardzaniu w temperaturze 200 stopni (poniżej temperatury topnienia PFA wynoszącej 305 stopni) reorganizuje łańcuchy amorficzne w krystaliczne blaszki. W procesie tym istniejące krystality rosną i powstają nowe. Wzrost krystaliczności jest trwały, chyba że PFA zostanie przetopiony. Wyżarzanie zmniejsza również naprężenia szczątkowe (patrz artykuł #41), co zmniejsza podatność na pękanie naprężeniowe w środowisku naturalnym. Naprężona powierzchnia PFA łatwiej pęka w obecności topnika; Odprężony-PFA jest odporny na inicjację pęknięć.
Porównanie odporności na-atak swobodnego strumienia ołowiu
| Stan PFA | Krystaliczność (%) | Naprężenie szczątkowe (MPa) | Czas do pęknięcia powierzchniowego przy strumieniu pary o temperaturze 260 stopni (godziny) | Obrzęk po 100 godzinach (%) | Wzrost twardości po 100 godzinach (Shore D) |
|---|---|---|---|---|---|
| Niewyżarzone (w postaci-wytłaczanej) | 42–46 | 4–6 | 50–100 | 3–5 | +8–12 |
| Wyżarzone (200 stopni, 4 godz.) | 52–56 | 2–3 | 120–200 | 1.5–2.5 | +4–6 |
| Wyżarzone (200 stopni, 8 godz.) | 56–60 | 1–2 | 200–300 | 1–2 | +2–4 |
| Wyżarzone (220 stopni, 4 godz.) | 58–62 | 1–2 | 250–350 | 1–2 | +2–4 (ryzyko degradacji) |
| Żywica o wysokiej-krystaliczności (specjalna) + wyżarzana | 60–65 | 1–2 | 300–500 | <1 | +1–2 |
| Niewyżarzona żywica-o wysokiej krystaliczności | 55–58 | 4–5 | 150–250 | 1.5–2.5 | +3–5 |
Metodologia badania rezystancji strumienia
Aby zakwalifikować grzejniki PFA do usługi lutowania-bezołowiowego, wykonaj następujący test:
Wystawić próbki PFA na działanie oparów topnika w temperaturze 260 stopni przez 100 godzin. Użyj standardowego nie-czystego topnika (np. Kester 951 lub Alpha OM-340) w szczelnym naczyniu z próbkami PFA zawieszonymi nad płynnym topnikiem. Utrzymuj 260 stopni ± 5 stopni.
Usuń próbki i zmierz:
Twardość powierzchni (Shore D) powinna wzrosnąć o -<5 units
Zmiana wagi powinna nastąpić -<0.5% (swelling or extraction)
Kontrola wzrokowa pod 20-krotnym powiększeniem - nie ma pęknięć, pęcherzy ani kleistości
Wykonaj próbę zginania (180 stopni wokół trzpienia 10 mm). - wyżarzane próbki powinny zginać się bez pęknięć; próbki niewyżarzone mogą wykazywać mikropęknięcia.
W specyfikacji zamówienia należy wymagać: „Grzejnik PFA należy wyżarzać w temperaturze 200 stopni przez co najmniej 4 godziny po wytłaczaniu, przy certyfikowanym wzroście krystaliczności o co najmniej 10 punktów procentowych”. Poproś o dane DSC (różnicowa kalorymetria skaningowa) pokazujące krystaliczność przed i po wyżarzaniu.
Doświadczenie terenowe w lutowaniu na fali
W zakładzie montażu płytek PCB zastosowano grzejniki PFA w maszynach do lutowania falowego, aby utrzymać temperaturę topnika na poziomie 260 stopni. Standardowe (niewyżarzone) grzejniki PFA ulegały awarii co 6–9 miesięcy z powodu pękania powierzchni-indukowanego topnikiem. Zakład przeszedł na grzejniki z-utwardzanego (wyżarzonego) PFA tego samego producenta. Grzejniki wyżarzane wytrzymywały 18–24 miesięcy – 2,5–3 razy dłużej. Dodatkowy koszt (składka 15–20%) został zwrócony w ciągu 6 miesięcy dzięki ograniczeniu robocizny zastępczej i przestojów. Obecnie zakład określa wyżarzanie dla wszystkich grzejników PFA pracujących z topnikiem.
Ograniczenia i kiedy wyżarzanie nie wystarczy
Wyżarzanie poprawia odporność na topnik, ale nie powoduje, że PFA staje się nieprzepuszczalny. W przypadku ciągłego narażenia na strumień cieczy (zanurzenie) o temperaturze 260 stopni nie nadaje się żaden fluoropolimer.-Użyj grzejników ceramicznych lub tytanowych. Wyżarzanie jest skuteczne w przypadku narażenia na parę i sporadycznego kontaktu z cieczą. W przypadku agresywnych topników halogenkowych (wysoka zawartość bromków) nawet wyżarzany PFA może ulec zniszczeniu w ciągu 500 godzin. W takich przypadkach należy użyć grzejnika metalowego-pokrytego PFA (gdzie metal zapewnia dodatkową ochronę) lub grzejnika kwarcowego ze złączkami z PFA.
Wyżarzanie ma również-kompromis: zwiększona krystaliczność zmniejsza elastyczność i odporność na uderzenia (wydłużenie przy zerwaniu spada z 300% do 200–250%). W przypadku grzejników narażonych na wstrząsy mechaniczne (głowice przenośne, prace w terenie) preferowany może być niewyżarzony PFA pomimo niższego oporu strumienia.
Wniosek: Wyżarzanie zwiększa odporność na topnik 2–3×
Wyżarzanie termiczne po-utwardzaniu grzejników PFA (200 stopni, 4–8 godzin) zwiększa krystaliczność z 40–45% do 55–60%, zmniejszając objętość amorficzną o 25–30%. Wyższa krystaliczność poprawia odporność na atak-bezołowiowego topnika lutowniczego 2–3 razy, wydłużając czas do pękania powierzchni z 50–100 godzin do 200–300 godzin w przypadku wystawienia na działanie pary. Wyżarzanie łagodzi również naprężenia szczątkowe, zmniejszając podatność na pękanie naprężeniowe w środowisku naturalnym. Do lutowania na fali, pieców rozpływowych lub innych zastosowań, w których PFA styka się z oparami topnika w temperaturze 250–300 stopni, należy wybrać wyżarzany PFA. Wzrost kosztów jest uzasadniony dłuższą żywotnością i krótszymi przestojami. Jeśli nawet wyżarzony PFA ulegnie przedwczesnemu uszkodzeniu, należy zmienić materiał grzejny. Jednak w przypadku większości usług związanych z topnikiem wyżarzanie stanowi różnicę między wymianą kwartalną i roczną. Wyżarz to lub zmniejsz swój budżet na konserwację. Wybór należy do Ciebie.
