Flujo (metalurgia)

En metalurgia, un fundente (del latín fluxus 'flujo') es un agente químico de limpieza, agente fluido o agente purificador. Los fundentes pueden tener más de una función a la vez. Se utilizan tanto en metalurgia extractiva como en unión de metales.

Algunos de los primeros fundentes conocidos fueron carbonato de sodio, potasa, carbón vegetal, coque, bórax, cal, sulfuro de plomo y ciertos minerales que contienen fósforo. El mineral de hierro también se utilizaba como fundente en la fundición de cobre. Estos agentes cumplían varias funciones, la más simple era un agente reductor, que evitaba que se formaran óxidos en la superficie del metal fundido, mientras que otros absorbían impurezas en escoria, que podía rasparse del metal fundido.

Los fundentes también se utilizan en fundiciones para eliminar impurezas de metales no ferrosos fundidos, como el aluminio, o para añadir oligoelementos deseables, como el titanio.

Como agentes de limpieza, los fundentes facilitan la soldadura fuerte y fuerte eliminando la oxidación de los metales que se van a unir. En algunas aplicaciones, el fundente fundido también sirve como medio de transferencia de calor, facilitando el calentamiento de la unión mediante la herramienta de soldadura o la soldadura fundida.

Usos

Unión de metales

En los procesos de unión de metales a alta temperatura (soldadura, soldadura fuerte y soldadura fuerte), el fundente es una sustancia casi inerte a temperatura ambiente, pero que se vuelve fuertemente reductora a temperaturas elevadas, evitando la oxidación de los materiales base y de relleno. La función del fundente suele ser dual: disolver los óxidos ya presentes en la superficie del metal, lo que facilita la humectación por el metal fundido, y actuar como una barrera de oxígeno recubriendo la superficie caliente, evitando su oxidación.

Por ejemplo, la soldadura de estaño y plomo se adhiere muy bien al cobre, pero mal a los distintos óxidos de cobre, que se forman rápidamente a las temperaturas de soldadura. Al prevenir la formación de óxidos metálicos, el fundente permite que la soldadura se adhiera a la superficie metálica limpia, en lugar de formar perlas, como lo haría en una superficie oxidada.

Soldadura

Al soldar metales, el fundente tiene un triple propósito: elimina cualquier metal oxidado de las superficies a soldar, sella el aire evitando así una mayor oxidación y, al facilitar la amalgamación, mejora las características de humectación de la soldadura líquida. Algunos fundentes son corrosivos, por lo que las piezas deben limpiarse con una esponja húmeda u otro material absorbente después de soldar para evitar daños. En electrónica se utilizan varios tipos de fundente.

Existe una serie de estándares para definir los distintos tipos de flujo. El estándar principal es J-STD-004.

Se pueden utilizar varias pruebas, incluida la prueba ROSE, después de soldar para verificar la presencia de contaminantes iónicos u otros contaminantes que podrían causar cortocircuitos u otros problemas.

Soldadura fuerte y de plata

La soldadura fuerte (a veces conocida como soldadura de plata o soldadura dura) requiere una temperatura mucho más alta que la soldadura blanda, a veces superior a 850 °C. Además de eliminar los óxidos existentes, debe evitarse la oxidación rápida del metal a temperaturas elevadas. Esto significa que los flujos deben ser más agresivos y proporcionar una barrera física. Tradicionalmente, el bórax se utilizaba como fundente para soldadura fuerte, pero ahora hay muchos fundentes diferentes disponibles, que a menudo utilizan sustancias químicas activas como fluoruros y agentes humectantes. Muchos de estos productos químicos son tóxicos y se debe tener el debido cuidado durante su uso.

Fundición

En el proceso de fundición, los cloruros inorgánicos, los fluoruros (ver fluorita), la piedra caliza y otros materiales se denominan "fundentes" cuando se agrega al contenido de un horno de fundición o una cúpula con el fin de purgar el metal de impurezas químicas como el fósforo y hacer que la escoria sea más líquida a la temperatura de fundición. La escoria es una mezcla líquida de cenizas, fundente y otras impurezas. Esta reducción de la viscosidad de la escoria con la temperatura, aumentando el flujo de escoria en la fundición, es el origen de la palabra flujo en metalurgia.

El fundente más utilizado en los hornos de hierro y acero es la piedra caliza, que se carga en las proporciones adecuadas con el hierro y el combustible.

Inconvenientes

Los fundentes tienen varios inconvenientes graves:

• La corosividad, que se debe principalmente a los compuestos agresivos de los activadores; las propiedades higroscópicas de los residuos de flujo pueden agravar los efectos
• Interferencia con equipo de prueba, que se debe a los residuos de aislante depositados en los contactos de prueba en las juntas de circuito electrónico
• Interferencia con sistemas de visión de máquina cuando la capa de flujo o sus restos es demasiado gruesa o inadecuadamente ubicada
• Contaminación de partes sensibles, por ejemplo, facetas de diodos láser, contactos de conectores y interruptores mecánicos, y asambleas MEMS
• Deterioro de propiedades eléctricas de tableros de circuito impresos, ya que las temperaturas de soldadura están por encima de la temperatura de transición de vidrio del material de tablero y componentes de flujo (por ejemplo, glucocol, o iones de cloruro y bromuro) pueden difundir en su matriz; por ejemplo, se demostraron flujos hidrosolubles que contienen glicol de polietileno que tienen tal impacto
• Deterioro del rendimiento del circuito de alta frecuencia por residuos de flujo
• Deterioro de resistencia a aislamiento superficial, que tiende a ser hasta tres órdenes de magnitud inferior a la resistencia a granel del material
• Electromigración y crecimiento de silbidos entre rastros cercanos, ayudados por residuos iónicos, humedad superficial y tensión de sesgo
• Los vapores liberados durante la soldadura tienen efectos adversos en la salud, y los compuestos orgánicos volátiles pueden ser sobresueltos durante el procesamiento
• Los solventes necesarios para la limpieza posterior a la soldadura de las tablas son costosos y pueden tener efectos ambientales adversos

En casos especiales, los inconvenientes son lo suficientemente graves como para justificar el uso de técnicas sin fundente.

Peligros

Los tipos de fundente ácido (no utilizados en electrónica) pueden contener ácido clorhídrico, cloruro de zinc o cloruro de amonio, que son perjudiciales para los humanos. Por lo tanto, el fundente debe manipularse con guantes y gafas protectoras y utilizarse con ventilación adecuada.

La exposición prolongada a los vapores de colofonia liberados durante la soldadura puede causar asma ocupacional (anteriormente llamada enfermedad de colofonia en este contexto) en personas sensibles, aunque no se sabe qué componente de los vapores causa el problema.

Si bien la soldadura fundida tiene poca tendencia a adherirse a materiales orgánicos, los fundentes fundidos, especialmente los del tipo resina/colofonia, se adhieren bien a los dedos. Una masa de fundente caliente y pegajoso puede transferir más calor a la piel y provocar quemaduras más graves que una partícula comparable de metal fundido no adherente, que puede desprenderse rápidamente. En este sentido, el fundente fundido es similar al pegamento caliente fundido.

Técnicas sin fundente

En algunos casos, la presencia de flujo es indeseable; los rastros de flujo interfieren, p. Ópticas de precisión o conjuntos MEMS. Los residuos de fundente también tienden a desgasificarse en aplicaciones espaciales y de vacío, y las trazas de agua, iones y compuestos orgánicos pueden afectar negativamente la confiabilidad a largo plazo de los paquetes no herméticos. Los residuos de fundente atrapados también son la causa de la mayoría de los huecos en las articulaciones. Por lo tanto, allí son deseables técnicas sin flujo.

Para soldar con éxito, la capa de óxido debe eliminarse tanto de las superficies de los materiales como de la superficie de la preforma de metal de aportación; Las superficies expuestas también deben protegerse contra la oxidación durante el calentamiento. También se pueden utilizar preformas recubiertas con fundente para eliminar por completo los residuos de fundente del proceso de soldadura.

La protección de las superficies contra una mayor oxidación es relativamente sencilla, mediante el uso de vacío o atmósfera inerte. La eliminación de la capa de óxido nativo es más problemática; Se deben emplear métodos de limpieza físicos o químicos y las superficies pueden protegerse, por ejemplo. oro platino. La capa de oro debe ser lo suficientemente gruesa y no porosa para brindar protección durante un tiempo de almacenamiento razonable. La metalización espesa del oro también limita la elección de aleaciones para soldar, ya que las soldaduras a base de estaño disuelven el oro y forman intermetálicos quebradizos, lo que fragiliza la unión. Los recubrimientos de oro más gruesos generalmente se limitan a su uso con soldaduras a base de indio y soldaduras con alto contenido de oro.

La eliminación de los óxidos de la preforma de soldadura también es problemática. Afortunadamente, algunas aleaciones son capaces de disolver los óxidos superficiales en su masa cuando se sobrecalientan varios grados por encima de su punto de fusión; el Sn-Cu₁ y el Sn-Ag₄ requieren un sobrecalentamiento de 18 a 19 °C, el Sn-Sb₅ requiere tan solo 10 °C, pero la aleación Sn-Pb₃₇ requiere 77 °C por encima de su punto de fusión para disolver su óxido superficial. Sin embargo, el óxido autodisuelto degrada las propiedades de la soldadura y aumenta su viscosidad en estado fundido, por lo que este enfoque no es óptimo.

Se prefiere que las preformas de soldadura tengan una alta relación volumen-superficie, ya que eso limita la cantidad de óxido que se forma. Las pastas deben contener partículas esféricas lisas; lo ideal es que las preformas estén hechas de alambre redondo. Los problemas con las preformas también se pueden evitar depositando la aleación de soldadura directamente sobre las superficies de las piezas o sustratos, por medios químicos o electroquímicos, por ejemplo.

Una atmósfera protectora con propiedades químicamente reductoras puede ser beneficiosa en algunos casos. El hidrógeno molecular se puede utilizar para reducir los óxidos superficiales de estaño e indio a temperaturas superiores a 430 y 470 °C; En el caso del zinc, la temperatura supera los 500 °C, donde el zinc ya se está volatilizando. (A temperaturas más bajas, la velocidad de reacción es demasiado lenta para aplicaciones prácticas). Se deben alcanzar presiones parciales muy bajas de oxígeno y vapor de agua para que la reacción se desarrolle.

También se utilizan otras atmósferas reactivas. Los vapores de ácido fórmico y ácido acético son los más utilizados. El monóxido de carbono y los gases halógenos (por ejemplo, tetrafluoruro de carbono, hexafluoruro de azufre o diclorodifluorometano) requieren temperaturas bastante altas durante varios minutos para ser eficaces.

El hidrógeno atómico es mucho más reactivo que el hidrógeno molecular. En contacto con los óxidos superficiales forma hidróxidos, agua o complejos hidrogenados, que son volátiles a las temperaturas de soldadura. Un método práctico de disociación es una descarga eléctrica. Se pueden utilizar composiciones de gas argón-hidrógeno con una concentración de hidrógeno inferior al límite bajo de inflamabilidad, eliminando los problemas de seguridad. La operación debe realizarse a baja presión, ya que la estabilidad del hidrógeno atómico a presión atmosférica es insuficiente. Este plasma de hidrógeno se puede utilizar para soldadura por reflujo sin fundente.

Las atmósferas activas son relativamente comunes en la soldadura fuerte en hornos; Debido a las altas temperaturas del proceso, las reacciones son razonablemente rápidas. Los ingredientes activos suelen ser monóxido de carbono (posiblemente en forma de gas combustible quemado) e hidrógeno. La disociación térmica del amoníaco produce una mezcla económica de hidrógeno y nitrógeno.

El bombardeo con haces de partículas atómicas puede eliminar capas superficiales a una velocidad de decenas de nanómetros por minuto. La adición de hidrógeno al plasma aumenta la eficiencia de eliminación mediante mecanismos químicos.

La agitación mecánica es otra posibilidad para romper la capa de óxido. El ultrasonido se puede utilizar para ayudar en el estañado y la soldadura; Se puede montar un transductor ultrasónico en el soldador, en un baño de soldadura o en la ola para soldadura por ola. La ruptura y eliminación del óxido implica efectos de cavitación entre la soldadura fundida y la superficie del metal base. Una aplicación común del fundente por ultrasonido es el estañado de piezas pasivas (las piezas activas no soportan bien las tensiones mecánicas involucradas); Incluso el aluminio se puede estañar de esta manera. A continuación, las piezas pueden soldarse de forma convencional.

Se puede utilizar el frotamiento mecánico de una superficie calentada con soldadura fundida para recubrir la superficie. De esta manera se pueden preparar ambas superficies a unir, luego juntarlas y recalentarlas. Esta técnica se utilizaba antiguamente para reparar pequeños daños en los revestimientos de aluminio de los aviones.

Se puede utilizar una capa muy fina de zinc para unir piezas de aluminio. Las piezas deben mecanizarse o prensarse perfectamente entre sí debido al pequeño volumen de metal de aportación. A altas temperaturas aplicadas durante mucho tiempo, el zinc se difunde fuera de la junta. La unión resultante no presenta debilidad mecánica y es resistente a la corrosión. La técnica se conoce como soldadura por difusión.

La soldadura fuerte sin fundente de aleaciones de cobre se puede realizar con metales de aportación autofundentes. Estos metales contienen un elemento capaz de reaccionar con el oxígeno, normalmente fósforo. Un buen ejemplo es la familia de las aleaciones de cobre y fósforo.

Propiedades

Los fundentes tienen varias propiedades importantes:

• Actividad – la capacidad de disolver los óxidos existentes en la superficie metálica y promover el humedecimiento con soldadura. Los flujos altamente activos son a menudo ácidos o corrosivos en la naturaleza.
• Corrosividad – la promoción de la corrosión por el flujo y sus residuos. La mayoría de los flujos activos tienden a ser corrosivos a temperatura ambiente y requieren una eliminación cuidadosa. Como la actividad y la corrosividad están vinculadas, la preparación de superficies a unir debe permitir el uso de flujos más suaves. Algunos residuos de flujo solubles en agua son higroscópicos, lo que causa problemas con la resistencia eléctrica y contribuye a la corrosión. Los líquidos que contienen halides y ácidos minerales son altamente corrosivos y requieren una eliminación completa. Algunos flujos, especialmente los basados en el borax usado para el apareamiento, forman revestimientos muy duros como vidrio que son difíciles de quitar.
• Limpieza – la dificultad de la eliminación del flujo y sus residuos después de la operación de soldadura. Los flujos con mayor contenido de sólidos tienden a dejar mayor cantidad de residuos; la descomposición térmica de algunos vehículos también conduce a la formación de depósitos difíciles de limpiar, polimerizados y posiblemente incluso carbonizados (un problema especialmente para el soldadura de mano). Algunos residuos de flujo son solubles en solventes orgánicos, otros en agua, algunos en ambos. Algunos flujos no son limpios, ya que son suficientemente volátiles o sometidos a descomposición térmica a productos volátiles, que no requieren el paso de limpieza. Otros flujos dejan residuos no corrosivos que se pueden dejar en su lugar. Sin embargo, los residuos de flujo pueden interferir con operaciones posteriores; pueden perjudicar la adherencia de revestimientos conformales, o actuar como aislamiento no deseado en conectores y almohadillas de contacto para equipos de prueba.
• Tapa residual – la adherencia de la superficie del residuo de flujo. Cuando no se elimina, el residuo de flujo debe tener superficie lisa y dura. Las superficies cubiertas tienden a acumular polvo y partículas, lo que causa problemas con resistencia eléctrica; las partículas pueden ser conductivas o pueden ser higroscópicas o corrosivas.
• Volatilidad – esta propiedad tiene que ser equilibrada para facilitar la eliminación fácil de los disolventes durante la fase de precalentamiento, pero no requiere una reposición demasiado frecuente de solvente en el equipo de proceso.
• Viscosidad – especialmente importante para los pastas de soldadura, que tienen que ser fáciles de aplicar, pero también lo suficientemente grueso para permanecer en el lugar sin diseminarse a lugares no deseados. Los pastos soldados también pueden funcionar como un adhesivo temporal para mantener las piezas electrónicas en su lugar antes y durante la soldadura. Los flujos aplicados por ej. la espuma requieren baja viscosidad.
• Flammability – relevante especialmente para vehículos basados en glcol y para solventes orgánicos. Los vapores de flujo tienden a tener baja temperatura de autoignición y presentan un riesgo de un incendio flash cuando el flujo entra en contacto con una superficie caliente.
• Solids – el porcentaje de material sólido en el flujo. Flujos con sólidos bajos, a veces tan poco como 1–2%, se llaman Flujo de sólidos bajos, Flujo de baja resistencia, o sin flujo limpio. A menudo se componen de ácidos orgánicos débiles, con adición de pequeña cantidad de rosin u otras resinas.
• Conductividad – algunos flujos siguen siendo conductivos después de soldar si no se limpia correctamente, lo que conduce a fallos aleatorios en circuitos con altas impedancias. Los diferentes tipos de flujos son diferentes propensos a causar estos problemas.

Composición

Fundidores para unión de metales

La composición de los fundentes se adapta a las propiedades requeridas: los metales base y su preparación de superficie (que determinan la composición y el espesor de los óxidos de la superficie), la soldadura (que determina las propiedades de humectación y la temperatura de soldadura), la resistencia a la corrosión. y facilidad de eliminación, entre otros.

Los fundentes para soldadura blanda suelen ser de naturaleza orgánica, aunque los fundentes inorgánicos, normalmente basados en halogenuros o ácidos, también se utilizan en aplicaciones no electrónicas. Los fundentes para soldadura fuerte funcionan a temperaturas significativamente más altas y, por lo tanto, son en su mayoría inorgánicos; los compuestos orgánicos tienden a ser de naturaleza suplementaria, p.e. para que el fundente sea pegajoso a baja temperatura para que pueda aplicarse fácilmente.

La superficie de la soldadura a base de estaño está recubierta predominantemente con óxidos de estaño; Incluso en las aleaciones, la capa superficial tiende a enriquecerse relativamente con estaño. Los fundentes para soldaduras a base de indio y zinc tienen composiciones diferentes a las de los fundentes para soldaduras ordinarias de estaño-plomo y estaño, debido a las diferentes temperaturas de soldadura y a la diferente química de los óxidos involucrados.

Los fundentes orgánicos no son adecuados para soldadura con llama y soldadura fuerte con llama, ya que tienden a carbonizarse y afectar el flujo de soldadura.

Algunos metales se clasifican como "no soldables" en el aire y deben recubrirse con otro metal antes de soldarlos o usarse fundentes especiales o atmósferas protectoras. Estos metales son el berilio, el cromo, el magnesio, el titanio y algunas aleaciones de aluminio.

Los fundentes para soldadura a alta temperatura difieren de los fundentes para uso a temperaturas más bajas. A temperaturas más altas, incluso los productos químicos relativamente suaves tienen suficiente actividad disruptiva de óxido, pero las velocidades de oxidación del metal se vuelven bastante altas; Por lo tanto, la función de barrera del vehículo se vuelve más importante que la actividad fundente. Para esta aplicación se suelen utilizar hidrocarburos de alto peso molecular; Para facilitar la aplicación se suele utilizar un diluyente con un peso molecular más bajo, que se elimina por ebullición durante la fase de precalentamiento.

Los fundentes comunes son el cloruro de amonio o los ácidos resínicos (contenidos en la colofonia) para soldar cobre y estaño; ácido clorhídrico y cloruro de zinc para soldar hierro galvanizado (y otras superficies de zinc); y bórax para soldadura fuerte, soldadura fuerte de metales ferrosos y soldadura de forja.

Flujos orgánicos

Los fundentes orgánicos normalmente constan de cuatro componentes principales:

• Activadores – químicos que interrumpen o disuelven los óxidos de metal. Su papel es exponer la superficie metálica no oxidada y fácilmente humectada y ayudar a soldar por otros medios, por ejemplo, intercambiando reacciones con los metales base.
  • Los flujos altamente activos contienen sustancias químicas que son corrosivas a temperatura ambiente. Los compuestos utilizados incluyen los halidos metálicos (principalmente cloruro de zinc o cloruro de amonio), ácido clorhídrico, ácido fósforo, ácido cítrico y ácido hidrbólico. Las sales de ácidos minerales con aminas también se utilizan como activadores agresivos. Los flujos agresivos normalmente facilitan la corrosión, requieren una extracción cuidadosa y no son adecuados para un trabajo más fino. Los activadores para los flujos de soldadura y aluminio de soldadura suelen contener fluoruros.
  • Los activadores Milder comienzan a reaccionar con óxidos sólo a temperatura elevada. Los compuestos típicos utilizados son ácidos carboxílicos (por ejemplo, ácidos grasos (con mayor frecuencia ácido oléico y ácido estópico), ácidos dicarboxílicos) y a veces aminoácidos. Algunos flujos más suaves también contienen halides o organohalides.
• Vehículos – químicos tolerantes de alta temperatura en forma de líquidos no volátiles o sólidos con punto de fusión adecuado; generalmente son líquidos a temperaturas de soldadura. Su función es actuar como barrera de oxígeno para proteger la superficie de metal caliente contra la oxidación, disolver los productos de reacción de los activadores y óxidos y alejarlos de la superficie metálica, y facilitar la transferencia de calor. Los vehículos sólidos tienden a estar basados en rosin natural o modificado (en su mayoría ácido abiético, ácido pimarico y otros ácidos resinosos) o resinas naturales o sintéticas. Los flujos orgánicos solubles en agua tienden a contener vehículos basados en polioles de alto nivel - glicol, glicol de dietileno y poliglicol superior, surfactantes de poliglicol y glicerol.
• Solvents – añadido para facilitar el procesamiento y la deposición a la articulación. Los solventes se secan típicamente durante el precalentamiento antes de la operación de soldadura; la eliminación incompleta de solventes puede llevar a hervir y esparcir de partículas de pasta de soldadura o soldadura fundida.
• Aditivos – muchos otros productos químicos que modifican las propiedades del flujo. Los aditivos pueden ser surfactantes (especialmente noniónicos), inhibidores de la corrosión, estabilizadores y antioxidantes, tackificadores, espesadores y otros modificadores reológicos (especialmente para pastas de soldadura), plastificantes (especialmente para soldaduras de punta de flujo), y tintes.

Flujos inorgánicos

Los fundentes inorgánicos contienen componentes que desempeñan el mismo papel que los fundentes orgánicos. Se utilizan con mayor frecuencia en soldadura fuerte y otras aplicaciones de alta temperatura, donde los fundentes orgánicos tienen una estabilidad térmica insuficiente. Los productos químicos utilizados a menudo actúan simultáneamente como vehículos y activadores; ejemplos típicos son bórax, boratos, fluoroboratos, fluoruros y cloruros. Los halogenuros son activos a temperaturas más bajas que los boratos y, por tanto, se utilizan para soldar aleaciones de aluminio y magnesio; sin embargo, son muy corrosivos.

Comportamiento de los activadores

La función de los activadores es principalmente la interrupción y eliminación de la capa de óxido en la superficie del metal (y también de la soldadura fundida), para facilitar el contacto directo entre la soldadura fundida y el metal. El producto de reacción suele ser soluble o al menos dispersable en el vehículo fundido. Los activadores suelen ser ácidos o compuestos que liberan ácidos a temperatura elevada.

La reacción general de eliminación de óxido es:

Óxido metálico + Ácido → Sal + Agua

Las sales son de naturaleza iónica y pueden causar problemas por lixiviación metálica o crecimiento de dendritas, con posible falla del producto. En algunos casos, particularmente en aplicaciones de alta confiabilidad, se deben eliminar los residuos de fundente.

La actividad del activador generalmente aumenta con la temperatura, hasta un cierto valor donde la actividad cesa, ya sea debido a descomposición térmica o volatilización excesiva. Sin embargo, la velocidad de oxidación de los metales también aumenta con la temperatura.

A altas temperaturas, el óxido de cobre reacciona con cloruro de hidrógeno para formar cloruro de cobre soluble en agua y mecánicamente débil, y con colofonia para formar sales de cobre y ácido abiético, que es soluble en colofonia fundida.

Algunos activadores también pueden contener iones metálicos, capaces de intercambiar reacciones con el metal subyacente; Dichos fundentes ayudan a soldar depositando químicamente una capa delgada de metal más fácil de soldar sobre el metal base expuesto. Un ejemplo es el grupo de fundentes que contienen compuestos de zinc, estaño o cadmio, normalmente cloruros, a veces fluoruros o fluoroboratos.

Activadoras inorgánicas

Los activadores de alta actividad comunes son los ácidos minerales, a menudo junto con haluros, aminas, agua o alcoholes:

• ácido clorhídrico, más común
• ácido fósforo, menos común, uso limitado por su polimerización a temperaturas más altas

Los ácidos inorgánicos son altamente corrosivos para los metales incluso a temperatura ambiente, lo que causa problemas durante el almacenamiento, manipulación y aplicaciones. Como la soldadura implica altas temperaturas, se utilizan frecuentemente compuestos que se descomponen o reaccionan, con ácidos como productos:

• cloruro de zinc, que a altas temperaturas reacciona con humedad, formando oxicloruro y ácido clorhídrico
• cloruro de amonio, descomposición térmica a amoníaco y ácido clorhídrico
• hidrocloruros de amina, descompuestos a la amina y ácido clorhídrico

Flujos de colofonia

Los términos flujo de resina y flujo de resina son ambiguos y en cierto modo intercambiables, ya que diferentes proveedores utilizan asignaciones diferentes. Generalmente, los fundentes se etiquetan como colofonia si el vehículo en el que se basan es principalmente colofonia natural. Algunos fabricantes reservan "rosin" designación para fundentes militares basados en colofonia (composiciones R, RMA y RA) y etiquetar otros como "resina".

La colofonia tiene buenas propiedades fundentes. Una mezcla de ácidos orgánicos (ácidos resínicos, predominantemente ácido abiético, con ácido pimárico, ácido isopimárico, ácido neoabiético, ácido dihidroabiético y ácido deshidroabiético), la colofonia es un sólido vítreo, prácticamente no reactivo y no corrosivo a temperatura normal, pero líquido, iónico y ligeramente reactivo con los óxidos metálicos en estado fundido. La colofonia tiende a ablandarse entre 60 y 70 °C y es completamente fluida alrededor de 120 °C; La colofonia fundida es débilmente ácida y es capaz de disolver capas más delgadas de óxidos superficiales del cobre sin más aditivos. Para una mayor contaminación de la superficie o una mayor velocidad del proceso, se pueden agregar activadores adicionales.

Existen varios grupos de activadores posibles para las colofonias:

• halide activadores (Salas de halido orgánicas, por ejemplo cloruro de dimetilammonio y cloruro de diethylammonio)
• ácidos orgánicos (monocarboxílico, p. ej. ácido formico, ácido acético, ácido propionico y dicarboxílico, p. ej. ácido oxálico, ácido malónico, ácido sebáico)

Hay tres tipos de colofonia: resina de goma (de oleorresina de pino), resina de madera (obtenida mediante extracción de tocones de árboles) y resina de tall oil (obtenida del tall oil, un subproducto del proceso del papel kraft). La colofonia de goma tiene un olor más suave y una menor tendencia a cristalizar en soluciones que la colofonia de madera y, por lo tanto, se prefiere para aplicaciones de fundente. La colofonia de tall oil encuentra un uso cada vez mayor debido a su mayor estabilidad térmica y, por lo tanto, a su menor tendencia a formar residuos de descomposición térmica insolubles. La composición y calidad de la colofonia difiere según el tipo de árbol, así como según la ubicación e incluso según el año. En Europa, la colofonia para fundentes suele obtenerse de un tipo específico de pino portugués; en Estados Unidos se utiliza una variante de Carolina del Norte.

La colofonia natural se puede utilizar tal cual o se puede modificar químicamente, por ejemplo. esterificación, polimerización o hidrogenación. Las propiedades que se alteran son una mayor estabilidad térmica, una mejor capacidad de limpieza, una viscosidad alterada de la solución y un residuo más duro (o por el contrario, un residuo más blando y pegajoso). La colofonia también se puede convertir en un fundente de colofonia soluble en agua, mediante la formación de una amina de colofonia etoxilada, un aducto con un poliglicol y una amina.

Uno de los primeros fundentes era una mezcla de cantidades iguales de colofonia y vaselina. Una composición inicial más agresiva era una mezcla de una solución saturada de cloruro de zinc, alcohol y glicerol.

Los fundentes también se pueden preparar a partir de resinas sintéticas, a menudo basadas en ésteres de polioles y ácidos grasos. Dichas resinas tienen un mejor olor a humo y una menor pegajosidad de los residuos, pero su actividad fundente y su solubilidad tienden a ser menores que las de las resinas naturales.

Grados de fundente de colofonia

Los flujos de colofonia se clasifican por grados de actividad: L para baja, M para moderada y H para alta. También existen otras abreviaturas para los diferentes grados de fundente de colofonia:

• R (Rosin) – puro rosin, no activadores, baja actividad, más suave
• WW (azul-blanco) – grado de rosin más puro, sin activadores, baja actividad, a veces sinónimo de R
• RMA (rosin ligeramente activado) - contiene activadores leves, por lo general no halides
• RA (rosin activado) – rosin con activadores fuertes, alta actividad, contiene halides
• OA (ácido orgánico) – rosin activado con ácidos orgánicos, alta actividad, limpieza altamente corrosiva y acuosa
• SA (sintéticamente activado) – rosin con fuertes activadores sintéticos, alta actividad; formulados para ser fácilmente solubles en solventes orgánicos (clorofluorocarbonos, alcoholes) para facilitar la limpieza
• WS (soluble en agua) – generalmente basado en helidos inorgánicos o orgánicos; residuos altamente corrosivos
• SRA (Rosin superactivado) – rosin con activadores muy fuertes, actividad muy alta
• IA (ácido inorgánico) – rosin activado con ácidos inorgánicos (generalmente ácido clorhídrico o ácido fósforo), actividades más altas, altamente corrosivas

Los grados R, WW y RMA se utilizan para juntas que no se pueden limpiar fácilmente o donde existe un riesgo de corrosión demasiado alto. Los grados más activos requieren una limpieza profunda de los residuos. De hecho, una limpieza inadecuada puede agravar la corrosión al liberar activadores atrapados en los residuos del fundente.

Flujos especiales

Flujos para soldar ciertos metales

Algunos materiales son muy difíciles de soldar. En algunos casos es necesario utilizar fundentes especiales.

Aluminio y sus aleaciones

El aluminio y sus aleaciones son difíciles de soldar debido a la formación de la capa de pasivación de óxido de aluminio. El fundente debe poder romper esta capa y facilitar la humectación por la soldadura. Se pueden utilizar sales o complejos orgánicos de algunos metales; la sal debe poder penetrar las grietas de la capa de óxido. Los iones metálicos, más nobles que el aluminio, sufren entonces una reacción redox, disuelven la capa superficial de aluminio y forman allí un depósito. Esta capa intermedia de otro metal puede humedecerse entonces con una soldadura.

Un ejemplo de dicho fundente es una composición de trietanolamina, ácido fluorobórico y fluoroborato de cadmio. Sin embargo, más del 1% de magnesio en la aleación perjudica la acción del fundente, ya que la capa de óxido de magnesio es más refractaria. Otra posibilidad es un fundente inorgánico compuesto de cloruro de zinc o cloruro de estaño (II), cloruro de amonio y un fluoruro (por ejemplo, fluoruro de sodio). La presencia de silicio en la aleación perjudica la eficacia del flujo, ya que el silicio no sufre la reacción de intercambio que sufre el aluminio.

Aleaciones de magnesio

Aleaciones de magnesio. Un supuesto fundente para soldar estas aleaciones a baja temperatura es la acetamida fundida. La acetamida disuelve los óxidos superficiales tanto del aluminio como del magnesio; Se realizaron experimentos prometedores con su uso como fundente para soldadura de estaño e indio sobre magnesio.

Acero inoxidable

El acero inoxidable es un material difícil de soldar debido a su capa de óxido superficial estable y autorreparable y su baja conductividad térmica. Una solución de cloruro de zinc en ácido clorhídrico es un fundente común para aceros inoxidables; Sin embargo, después debe eliminarse completamente, ya que provocaría corrosión por picaduras. Otro fundente muy eficaz es el ácido fosfórico; Sin embargo, su tendencia a polimerizar a temperaturas más altas limita sus aplicaciones.

Sales metálicas como fundente en corrosión en caliente

La corrosión caliente puede afectar las turbinas de gas que operan en entornos con alto contenido de sal (por ejemplo, cerca del océano). Las sales, incluidos los cloruros y los sulfatos, son ingeridas por las turbinas y depositadas en las secciones calientes del motor; Otros elementos presentes en los combustibles también forman sales, p. vanadatos. El calor del motor derrite estas sales que luego pueden fundir las capas de óxido pasivante de los componentes metálicos del motor, permitiendo que se produzca corrosión a un ritmo acelerado.

Lista de flujos

Recuperación de flujo

Durante el proceso de soldadura por arco sumergido, no todo el fundente se convierte en escoria. Dependiendo del proceso de soldadura, se puede reutilizar entre el 50% y el 90% del fundente.

Estándares

Los fundentes de soldadura se especifican según varios estándares.

ISO 9454-1 y DIN EN 29454-1

La norma más común en Europa es la ISO 9454-1 (también conocida como DIN EN 29454-1).

Este estándar especifica cada fundente mediante un código de cuatro caracteres: tipo de fundente, base, activador y forma. A menudo se omite la forma.

Por lo tanto, 1.1.2 significa fundente de colofonia con haluros.

DIN 8511

La antigua especificación alemana DIN 8511 todavía se utiliza a menudo en los talleres. En la siguiente tabla, tenga en cuenta que la correspondencia entre los códigos DIN 8511 e ISO 9454-1 no es uno a uno.

J-STD-004

Un estándar cada vez más utilizado (por ejemplo, en los Estados Unidos) es el J-STD-004. Es muy similar a DIN EN 61190-1-1.

Cuatro caracteres (dos letras, luego una letra y por último un número) representan la composición del flujo, la actividad del flujo y si los activadores incluyen haluros:

• Primeras dos cartas: Base
  • RO: rosin
  • RE: resina
  • O: orgánico
  • IN: inorgánico
• Tercera carta: Actividad
  • L: bajo
  • M: moderada
  • H: alto
• Número: Contenido de halogo
  • 0: menos del 0,05% en peso (“sin ánimo”)
  • 1: contenido de halide depende de la actividad:
    • menos de 0,5% para actividad baja
    • 0,5% a 2,0% para actividad moderada
    • más de 2,0% para alta actividad

Cualquier combinación es posible, p.e. ROL0, REM1 u ORH0.

J-STD-004 caracteriza el flujo por la confiabilidad del residuo desde el punto de vista de la resistencia de aislamiento de la superficie (SIR) y la electromigración. Incluye pruebas de electromigración y resistencia de aislamiento de superficies (que deben ser superiores a 100 MΩ después de 168 horas a temperatura y humedad elevadas con polarización de CC aplicada).

MIL-F-14256 y QQ-S-571

Los antiguos estándares MIL-F-14256 y QQ-S-571 definían los fundentes como:

• R (rosina)
• RMA (rosina ligeramente activada)
• RA (rosina activada)
• WS (soluble en agua)

Cualquiera de estas categorías puede no estar limpia o no, según la química seleccionada y el estándar que requiere el fabricante.