Un traitement post-durcissement du chauffage PFA peut-il améliorer sa résistance aux flux de soudure-sans plomb ?

Les flux de brasage sans plomb (qui comprennent généralement de la colophane, des acides organiques (succinique, adipique, glutarique) et des activateurs d'halogénure (amines, bromures)) sont corrosifs pour le PFA à des températures de soudage (250 à 350 degrés). Les résidus de flux sur les gaines chauffantes en PFA favorisent la fissuration de la surface, le gonflement et une pénétration rapide. Le recuit thermique (traitement post-durcissement) des radiateurs PFA-généralement à 200 degrés pendant 4 à 8 h-augmente la cristallinité de 40 à 45 % à 55 à 60 %. Plus la cristallinité est élevée, plus le volume amorphe disponible pour l'absorption du flux et l'attaque chimique est faible. Le PFA recuit est 40 à 60 % plus résistant à l'assaut du flux sans plomb que le PFA non recuit, comme l'indique l'augmentation de la dureté de surface et du temps d'initiation de la fracture. Le recuit élimine les contraintes de fabrication résiduelles qui aggravent la fissuration sous contrainte environnementale (ESC). Pour les fours de brasage à la vague ou de refusion avec des réchauffeurs PFA exposés aux vapeurs de flux, la spécification du PFA recuit peut augmenter la durée de vie du réchauffeur de 2 à 3 fois.

Mécanisme d'attaque du flux et bénéfice du recuit
Les flux sans plomb sont plus agressifs que les flux à base de plomb typiques en raison de températures de soudure plus élevées (260 degrés contre . 220 degrés) et d'acides organiques plus actifs. À 260 degrés, les vapeurs de flux se condensent sur des surfaces plus froides telles que les radiateurs PFA. Les acides organiques pénètrent dans les régions amorphes du PFA et provoquent un gonflement (augmentation de volume de 2 à 5 %) et une plastification. Les activateurs halogénures catalysent la scission de chaîne et le poids moléculaire est abaissé. Le résultat : la surface devient collante, puis présente de petites fissures, puis des cloques. La principale barrière est la cristallinité du PFA. Les domaines cristallins sont impénétrables aux molécules de flux, seuls les domaines amorphes permettent la diffusion. L'absorption du flux est réduite proportionnellement à la diminution du volume amorphe de 27 % et la cristallinité augmente de 45 % à 60 %.

The post cure anneal at 200 C (below the PFA melting temperature of 305 C) reorganises the amorphous chains into crystalline lamellae. It expands the current crystallites and forms new ones. The rise in crystallinity is permanent unless the PFA is remelted. Annealing also minimises residual stress (see Article #41), which makes the material less susceptible to environmental stress cracking. Flux decreases the stress concentration on a stressed PFA surface. Stress relief enhances the resistance to crack formation in PFA.

Plomb-Comparaison de la résistance aux attaques à flux libre
Cristallinité (%) Condition PFAContrainte résiduelle (MPa) Temps jusqu'à la fissuration de la surface avec un débit de vapeur à 260 degrés (heure) Gonflement après 100 heures (%) Augmentation de la dureté après 100 heures (Shore D)
Non recuit (tel que-extrudé) 42 à 46 4 à 6 50 à 100 3 à 5 +8 à 12
Recuit (200 degrés, 4 heures) 52-56 2-3 120-200 1.5-2.5 +4-6
Recuit (200 degrés, 8 heures) 56–60 1–2 200–300 1–2 +2–4
Recuit (220 degrés, 4 heures) 58–62 1–2 250–350 1–2 +2–4 (risque de dégradation)
Résine à haute cristallinité (spécialité) + recuit 60 – 65 1 – 2 300 – 500 1 +1 – 2
Résine, haute cristallinité, non recuite 55–58 4–5 150–250 1.5–2.5 +3–5 Méthodologie de test de résistance au flux
Utilisez le test suivant pour qualifier les radiateurs PFA pour le service de brasage sans plomb :

Exposer les échantillons de PFA à une vapeur de flux de 260 degrés pendant 100 heures. Par exemple, en utilisant un flux conventionnel sans-propre (par exemple, Kester 951 ou Alpha OM-340) dans un réservoir scellé avec des échantillons de PFA en suspension au-dessus du flux liquide. Maintenez à 260 degrés ± 5 degrés.

Des échantillons sont sortis. Mesure .

L'augmentation de la dureté de surface (Shore D) doit être<5 units

Changement de poids -<0.5% (swelling or extraction)

Inspection visuelle sous grossissement 20× - pas de fissures, cloques, collant.

Test de pliage (mandrin à 180 degrés autour de 10 mm) Les échantillons recuits doivent se plier sans se fissurer, les échantillons non recuits peuvent révéler des microfissures.

Les spécifications d'approvisionnement exigent : "Le réchauffeur PFA doit être recuit à 200 degrés pendant au moins 4 heures après l'extrusion, avec une augmentation de cristallinité certifiée d'au moins 10 points de pourcentage." Demandez des données DSC pour indiquer la cristallinité avant et après le recuit.

Expérience sur le terrain du soudage à la vague
Une usine d'assemblage de PCB utilisait des réchauffeurs PFA dans ses machines à souder à la vague pour maintenir le flux à une température de 260 degrés. Les radiateurs PFA standard (non recuits) tombaient en panne tous les 6-9 mois en raison de fissures de surface induites par le flux. L'usine a opté pour des réchauffeurs PFA post-durcissement (recuit) du même fabricant. Les radiateurs recuits ont duré 18 à 24 mois, soit 2,5 à 3 fois plus longtemps. L'augmentation des coûts (prime de 15 à 20 %) a été remboursée dans un délai de 6 mois, avec une main-d'œuvre de remplacement et des temps d'arrêt réduits. L'usine exige désormais un recuit pour tous les réchauffeurs PFA en service de flux.

Limites et quand le recuit n’est pas suffisant
Le recuit augmente la résistance au flux, mais n'est pas à l'abri du PFA. Aucun fluoropolymère n'est acceptable pour une exposition continue à un flux liquide (immersion) à 260 degrés, utilisez des éléments chauffants en céramique ou en titane. Le recuit est bon pour l’exposition aux vapeurs et le contact intermittent avec les liquides. Même le PFA recuit peut échouer en moins de 500 heures pour des flux d'halogénures sévères (concentration élevée de bromure). Dans ces circonstances, utilisez un radiateur en métal recouvert de PFA (le métal offre une protection de secours) ou un radiateur à quartz avec des raccords PFA.

Mais le recuit comporte également un compromis-. Une cristallinité plus élevée signifie moins de flexibilité et de résistance aux chocs (l'allongement à la rupture diminue de 300 % à 200-250 %). En termes de résistance au flux, le PFA non recuit n'est pas aussi bon, mais pour les éléments chauffants, les chocs mécaniques (service sur site, baguettes portables), le PFA non recuit est meilleur.

Conclusion : résistance au flux 2 à 3 fois plus grande après recuit.
Le recuit thermique post-durcissement des radiateurs PFA (200 degrés, 4-8 h) améliore la cristallinité de 40 à 45 % à 55 à 60 %, c'est-à-dire que le volume amorphe est réduit de 25 à 30 %. Une cristallinité accrue améliore de 2 à 3 fois la résistance aux attaques du flux de soudure sans plomb. Le temps nécessaire à la fissuration de la surface augmente de 50 à 100 heures à 200 à 300 heures en cas d'exposition à la vapeur. Le recuit réduit également les contraintes résiduelles, ce qui réduit la susceptibilité à la fissuration sous contrainte environnementale. Pour le brasage à la vague, les fours de refusion ou toute application où le PFA est exposé à des vapeurs de flux à 250-300 degrés, spécifiez le PFA recuit. Le coût supplémentaire est justifié par une durée de vie plus longue et moins de temps d'arrêt. Même lorsque le PFA recuit échoue prématurément. Changer le matériau du radiateur. Mais pour la plupart des services de flux, la différence entre le remplacement trimestriel et annuel est due au recuit. Recuisez-le. Ou recuiez votre budget de maintenance. Votre choix.