Kan en etter-herdingsbehandling av PFA-varmeren forbedre motstanden mot bly-frie loddeflukser?

Bly-frie loddevæsker (som vanligvis omfatter kolofonium, organiske syrer (ravsyre, adipinsyre, glutarsyre) og halogenidaktivatorer (aminer, bromider)) er etsende for PFA ved loddetemperaturer (250–350 grader). Rester av fluss på PFA varmekapper fremmer overflatesprekker, hevelse og rask penetrasjon. Termisk gløding (etter-herdingsbehandling) av PFA-varmere-vanligvis 200 grader i 4–8 timer{10}}øker krystalliniteten fra 40–45 % til 55–60 %. Jo høyere krystallinitet, jo lavere er det amorfe volumet tilgjengelig for fluksabsorpsjon og kjemisk angrep. Den utglødde PFA er 40-60 % mer motstandsdyktig mot blyfri fluksangrep enn den ikke-glødde PFA, som indikert av økningen i overflatehardhet og bruddstarttid. Gløding fjerner rester av produksjonsspenninger som forverrer miljøstresscracking (ESC). For ovner med bølgelodding eller reflow med eksponerte PFA-varmere for flussdamp, kan spesifikasjon av glødet PFA øke varmerens levetid 2–3 ganger.

Mekanisme for fluksangrep og fordelen med utglødning
Blymindre flussmidler er mer aggressive enn typiske blybaserte flussmidler på grunn av høyere loddetemperaturer (260 grader vs . 220 grad ) og mer aktive organiske syrer. Ved 260 grader kondenserer fluksdampene på kjøligere overflater som PFA-varmere. De organiske syrene trenger inn i amorfe områder av PFA og forårsaker hevelse (2-5 % volumøkning) og plastisering. Halogenidaktivatorene katalyserer kjedeklipping og molekylvekten senkes. Resultatet: Overflaten blir klissete, får så små sprekker, deretter blemmer. Hovedbarrieren er PFA-krystallinitet. Krystallinske domener er ugjennomtrengelige for fluksmolekyler, bare amorfe domener tillater diffusjon. Fluksabsorpsjonen reduseres tilsvarende med reduksjonen av amorft volum med 27 % og krystalliniteten øker fra 45 % til 60 %.

Etterherdingsglødingen ved 200 C (under PFA-smeltetemperaturen på 305 C) omorganiserer de amorfe kjedene til krystallinske lameller. Det utvider de nåværende krystallittene og danner nye. Økningen i krystallinitet er permanent med mindre PFA omsmeltes. Gløding minimerer også restspenning (se artikkel #41), noe som gjør materialet mindre utsatt for sprekkdannelser i miljøet. Fluks reduserer spenningskonsentrasjonen på en stresset PFA-overflate. Stressavlastning øker motstanden mot sprekkdannelse i PFA.

Lead-Free Flux Attack Resistance Comparison
Krystallinitet (%) Tilstand PFARestspenning (MPa) Tid til overflatesprekker med 260 graders strømningsdamp (t) Hevelse etter 100 timer (%) Hardhet Økning etter 100 timer (Shore D)
Uglødet (som-ekstrudert) 42 til 46 4 til 6 50 til 100 3 til 5 +8 til 12
Glødet (200 grader, 4 timer) 52-56 2-3 120-200 1.5-2.5 +4-6
Utglødd (200 grader, 8 timer) 56–60 1–2 200–300 1–2 +2–4
Utglødd (220 grader, 4 timer) 58–62 1–2 250–350 1–2 +2–4 (nedbrytningsrisiko)
Harpiks med høy krystallinitet (spesialitet) + glødet 60 – 65 1 – 2 300 – 500 1 +1 – 2
Harpiks, høy krystallinitet, ikke-glødet 55–58 4–5 150–250 1.5–2.5 +3–5 Flux Resistance Testing Methodology
Bruk følgende test for å kvalifisere PFA-varmere for bly-fri loddetjeneste:

Utsett PFA-prøver for 260 graders fluksdamp i 100 timer. For eksempel ved å bruke en konvensjonell ikke-ren fluks (f.eks. Kester 951 eller Alpha OM-340) i en forseglet tank med PFA-prøver suspendert over flytende fluks. Hold ved 260 grader ± 5 grader.

Prøver ut. Mål .

Overflatehardhet (Shore D) bør øke<5 units

Vektendring -<0.5% (swelling or extraction)

Visuell inspeksjon under 20× forstørrelse - ingen sprekker, blemmer, klebrighet.

Bøyetest (180 grader rundt 10 mm dor) Utglødde prøver skal bøye seg uten å sprekke, uutglødde prøver kan avdekke mikrosprekker.

Anskaffelsesspesifikasjonen krever: "PFA-varmeren skal glødes ved 200 grader i min 4 timer etter ekstrudering, med sertifisert krystallinitetsøkning på min 10 prosentpoeng." Be om DSC-data for å indikere krystallinitet før og etter gløding.

Erfaring med bølgeloddefelt
Et PCB-monteringsanlegg brukte PFA-varmere i sine bølgeloddemaskiner for å holde fluksen på 260 graders temperatur. Standard (uutglødde) PFA-varmere sviktet hver 6. -9. måned på grunn av flussindusert overflatesprekker. Anlegget endret til etterherdet (glødet) PFA-varmere fra samme produsent. De glødede varmeovnene varte 18–24 måneder, 2,5–3× lenger. Den økte kostnaden (15-20 % premie) ble tilbakebetalt innen 6 måneder med lavere erstatningsarbeid og nedetid. Anlegget krever nå gløding for alle PFA-varmere i flusstjeneste.

Begrensninger og når gløding ikke er nok
Annealing øker motstanden mot fluks, men ikke immun mot PFA. Ingen fluorpolymer er akseptabel for kontinuerlig flytende fluks (nedsenking) eksponering ved 260 grader, bruk keramiske eller titan varmeovner. Utglødning er bra for dampeksponering og intermitterende væskekontakt. Selv glødet PFA kan svikte på mindre enn 500 timer for alvorlige halogenidflukser (høy bromidkonsentrasjon). Under disse omstendighetene bruk en PFA-belagt metallvarmer (metall gir tilbake-beskyttelse), eller en kvartsvarmer med PFA-beslag.

Men gløding har også en avveining-. Høyere krystallinitet betyr mindre fleksibilitet og slagfasthet (forlengelse ved brudd reduseres fra 300 % til 200-250 %). Når det gjelder motstand mot fluks, er ikke utglødd PFA like bra, men for varmeelementer, mekanisk sjokk (feltservice, bærbare stav), er uglødning bedre.

Konklusjon: 2-3× større fluksmotstand etter gløding.
Termisk etter-herding av PFA-varmere (200 grader, 4-8 timer) øker krystalliniteten fra 40-45 % til 55-60 %, dvs. at det amorfe volumet reduseres med 25-30 %. Økt krystallinitet øker motstanden mot blyfri loddefluksangrep med 2-3X. Tid til overflatesprekker øker fra 50-100 timer til 200-300 timer under dampeksponering. Gløding reduserer også restspenning, noe som reduserer følsomheten for sprekkdannelser i miljøet. For bølgelodding, reflow-ovner eller andre applikasjoner der PFA utsettes for flussdamp ved 250-300 grader, spesifiser glødet PFA. Merkostnaden er begrunnet med lengre levetid og mindre nedetid. Når selv glødet PFA svikter for tidlig. Bytt varmeapparatmateriale. Men for de fleste flukstjenester skyldes forskjellen mellom kvartalsvis og årlig utskifting gløding. Glød det. Eller forny vedlikeholdsbudsjettet ditt. Ditt alternativ.