Lutowność

Lutowność powłok niklowania chemicznego

Lutowność jest istotną właściwością funkcjonalną w wielu zastosowaniach elektrycznych i elektronicznych, szczególnie wtedy, gdy powłoka powierzchniowa ma zapewniać nie tylko ochronę materiału podstawowego, ale także niezawodność i trwałość połączenia w czasie.

Powłoki niklowania chemicznego NIPLATE®, dzięki swojemu składowi i równomierności osadzania, są na ogół odpowiednie do spawania i lutowania, z pewnymi istotnymi różnicami zależnymi od rodzaju powłoki i warunków procesu.

Z wyjątkiem NIPLATE® 500 PTFE, który ze względu na obecność cząstek polimerowych nie jest przeznaczony do zastosowań wymagających lutowności, tradycyjne powłoki NIPLATE® mogą być stosowane do:

• lutowania z użyciem stopów cyny;
• zgrzewania ultradźwiękowego, w szczególności w zastosowaniach elektrycznych i połączeniowych.

Mechanizm lutowności i czynniki krytyczne

Lutowność powłok niklu chemicznego zależy od zdolności powierzchni do zapewnienia odpowiedniej zwilżalności przez spoiwo oraz do utrzymania tej właściwości w czasie.

Główne czynniki wpływające na jakość połączenia to:

• stan chemiczny powierzchni powłoki;
• obecność powierzchniowych tlenków niklu, które mogą powstawać z upływem czasu lub w wyniku obróbki cieplnej;
• czas magazynowania między niklowaniem a operacją lutowania;
• rodzaj procesu łączenia (lutowanie twarde, zgrzewanie ultradźwiękowe, lutowanie indukcyjne).

W przypadku lutowania miękkiego lub lutowania twardego zaleca się zazwyczaj stosowanie topników aktywowanych (RMA, RA) lub topników przeznaczonych do niklu, zwłaszcza gdy lutowanie nie następuje bezpośrednio po nałożeniu powłoki. Chemiczna aktywacja powierzchni umożliwia usunięcie ewentualnych pasywnych warstw tlenków lub przełamanie ich działania barierowego, poprawiając przyczepność stopu lutowniczego.

Typowe zastosowania: styki elektryczne i szyny zbiorcze (busbar)

Szczególnie istotnym obszarem zastosowań lutowności powłok NIPLATE® są elementy elektryczne z miedzi lub aluminium, takie jak styki, zaciski i szyny zbiorcze (busbar), zwłaszcza w sektorach motoryzacji i e-mobilności.

Zgrzewanie ultradźwiękowe powlekanych szyn zbiorczych i styków elektrycznych pozwala uzyskać połączenia o wysokiej wytrzymałości mechanicznej i niskiej rezystancji elektrycznej, zmniejszając ryzyko wad połączeń i zwiększając niezawodność układu w czasie.

Dedykowana powłoka: Niplate Link

Do zastosowań, w których trwała lutowność, odporność na korozję i powtarzalność w warunkach przemysłowych są wymaganiami krytycznymi, firma Micron opracowała Niplate Link – proces niklowania chemicznego zaprojektowany specjalnie dla elementów elektrycznych i połączeniowych (zob. Powłoki NIPLATE®).

Niplate Link to autorska technologia, będąca przedmiotem złożonego zgłoszenia patentowego, zoptymalizowana dla:

• szyn zbiorczych miedzianych;
• styków i złączy elektrycznych;
• elementów przeznaczonych do spawania i lutowania.

Powłoka opiera się na zoptymalizowanym stopie Ni–P, który zapewnia powierzchnię lutowalną, odporną na utlenianie i stabilną w czasie, ograniczając ryzyko utleniania powierzchni, które mogłoby pogorszyć jakość połączenia.

W porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami galwanicznymi Niplate Link zapewnia:

• równomierną grubość nawet na złożonych geometriach, bez efektu krawędziowego;
• powtarzalny proces przemysłowy, bez użycia kosztownych metali;
• zgodność z lutowaniem stopami na bazie cyny oraz ze zgrzewaniem ultradźwiękowym elementów miedzianych i aluminiowych;
• wysoką odporność na korozję, z wynikiem powyżej 1000 godzin w obojętnej mgle solnej (ISO 9227) na miedzi przy grubości ≥ 5 µm.

Cechy te sprawiają, że Niplate Link jest szczególnie odpowiedni do zastosowań w pojazdach elektrycznych, falownikach, pakietach akumulatorów, przekształtnikach mocy i systemach dystrybucji HV, w których niezawodność połączenia elektrycznego jest wymaganiem zasadniczym.

Uwagi dotyczące obróbki cieplnej i magazynowania

Krytycznym aspektem dla lutowności powłok niklu chemicznego jest wpływ obróbki cieplnej po osadzaniu. Obróbki utwardzające mogą powodować powstanie powierzchniowej warstwy tlenku niklu, która zmniejsza zwilżalność i może pogarszać przyczepność lutu.

Podobnie, nawet bez obróbki cieplnej, powierzchnia niklu chemicznego może z czasem ulegać pasywacji pod wpływem ekspozycji na środowisko.

Podsumowując, lutowność powłok niklowania chemicznego zależy od połączenia składu powłoki, stanu powierzchni, późniejszej obróbki i warunków eksploatacji. Właściwe zdefiniowanie procesu obróbki i lutowania ma zasadnicze znaczenie dla zapewnienia niezawodnych i trwałych połączeń, zwłaszcza w układach elektrycznych o krytycznym znaczeniu.