Kalafonia - co to jest? do czego służy? jak używać?

Kalafonia to miękka żywica, pozyskiwana ze źródeł naturalnych. Powstaje po usunięciu terpentyny z żywicy drzew iglastych (głównie sosny). Owe usuwanie odbywa się w procesie destylacji.

Właściwości kalafonii

Jest substancją półprzezroczystą, kruchą, o barwie żółtej lub brązowej, niekiedy ciemnoczerwonej. Nie rozpuszcza się w wodzie, ale za to w rozpuszczalnikach organicznych (alkoholach, benzynie, terpentynie) już owszem. Kalafonia jest znana ludzkości od wielu, wielu dekad.

Zastosowania

Kalafonia, po naniesieniu w postaci cienkiej warstwy, zwiększa przyczepność do podłoża oraz szorstkość. Używają jej sportowy oraz tancerze, aby się nie ślizgać, a także muzycy, którzy kalafonią nacierają włosie w smyczkach swoich instrumentów. Jest dodawana również do zapraw i klejów.

Dla elektroników kalafonia jest znana z zupełnie innej strony. Pokruszona jedynie irytuje, ponieważ bardzo łatwo brudzi dywan i ręce. Natomiast jest bardzo dobrym topnikiem. Tak dobrym, że pomimo znacznego rozwoju technologii, kalafonia nadal jest chętnie stosowana przez wielu elektroników (amatorów i nie tylko) jako środek wspomagający lutowanie.

Kalafonia dla elektronika

W sklepach elektronicznych można znaleźć kalafonię sprzedawaną zazwyczaj w metalowych pudełeczkach, które po otwarciu ukazują gładką, jednolitą powierzchnię tej substancji. Na początku będzie miała kolor żółty lub pomarańczowy, zaś z czasem – po wielokrotnym podgrzaniu lutownicą – jej kolor zmieni się w brązowy. Nie straci swoich właściwości, po prostu częściowo się utleni.

Rzadko można znaleźć w sklepach elektronicznych czystą kalafonię. Często producenci wyposażają ją w dodatki ułatwiające lutowanie, o czym informują napisy na etykietach pudełek. Swój wyrób nazywają wtedy kalafonią lutowniczą lub aktywną. Co to za dodatki i jak dokładnie działają, tego już nie wiemy, więc skupmy się na głównej bohaterce tego poradnika.

Jak działa topnik?

Kalafonia służy elektronikom przede wszystkim jako topnik, czyli środek ułatwiający i przyspieszający proces lutowania, chociaż nie tylko. Luty wykonane w obecności niewielkiej ilości kalafonii są również trwalsze (mają mniejszą tendencję do pękania – tzw. zimne luty, kiedy spoina wygląda prawidłowo, lecz nie przewodzi prądu) oraz mają gładkie, błyszczące krawędzie.

Jak działa kalafonia podczas lutowania? Po pierwsze, zabezpiecza miejsce powstania lutu poprzez oblanie go i tym samym zabezpieczenie przed dopływem tlenu. Lutowanie przebiega w temperaturze 300ºC i wyższej, kiedy procesy utleniania zachodzą bardzo szybko. Kalafonia spowalnia ich przebieg, przez co w lutowaną powierzchnię może wniknąć roztopione spoiwo lutownicze, zanim pojawi się na niej osad tlenków. Samo spoiwo, rozgrzane powyżej temperatury topnienia, również utlenia się wolniej.

Drugim zadaniem kalafonii, a przede wszystkim zawartych w niej dodatków, jest czyszczenie powierzchni z już nagromadzonych osadów. Spoiwo lutownicze, czyli najczęściej stop cynowo-ołowiowy może wtedy jeszcze łatwiej „wsiąknąć” w pory lutowanego metalu, którym najczęściej jest miedź.

Jak wykonać ładny lut?

Jak używać kalafonii? Każdy z czasem wyrabia sobie swoją metodę, lecz jest kilka ogólnych zasad. Po pierwsze, lutowane powierzchnie powinny być możliwie czyste, bez tlenków, siarczków, rdzy, patyny czy innych zanieczyszczeń. Resztki starego spoiwa lutowniczego również są niewskazane, ponieważ mogą być silnie utlenione, przez co pogorszą właściwości naszej spoiny.

Jeżeli chcemy pobielić końcówkę przewodu, czyli powlec ją warstwą spoiwa lutowniczego, warto rozgrzać ją lutownicą, a następnie na chwilkę zamoczyć w kalafonii. Pod wpływem rozgrzanego metalu kalafonia miejscowo ulegnie rozpuszczeniu, ponieważ jej temperatura topnienia to około 140ºC.

Jeżeli szybko wyjmiemy z takiego „jeziorka” nasz przewód, to jego powierzchnia zostanie powleczona cienką warstwą kalafonii, która – po ostygnięciu – stanie się na powrót ciałem stałym. Dodatkowo, w powietrzu rozniesie się miły zapach żywicy.

Pobielenie przewodu z taką ochronną warstwą jest zdecydowanie prostsze. Wystarczy zastosować się do podstawowej reguły lutowania, czyli podgrzać grotem lutownicy metal powleczony kalafonią (nie musi ona zastygnąć, może pozostać płynna), a potem przytknąć do tego metalu spoiwo lutownicze w postaci tinolu.

Spoiwo powinno chętnie wsiąkać w powierzchnię odsłoniętego przewodu, wręcz jak nafta w knot lampy naftowej. Jest to wyraźnie widoczne przy pobielaniu przewodów elastycznych, składających się z wielu skręconych drucików, ponieważ daje o sobie znać zjawisko włoskowatości. Spoiwo będzie przemieszczać się w głąb przewodu, powyżej miejsca przytknięcia go w postaci nieroztopionej.

Uwaga na przegrzanie

Należy przy tym uważać, aby kalafonii znajdującej się już na przewodzie nie przegrzać. Jak każda substancja organiczna, po podgrzaniu do wysokiej temperatury zaczyna się rozkładać. Objawem tego jest dymienie, zaś kolor smużki dymu jest lekko szary. Zapach żywicy również staje się intensywny. Produktem pozostałym po rozkładzie topnika, czyli na przykład omawianej kalafonii, jest nagar, czyli czarna substancja. Może być krucha, a może mieć konsystencję gumy do żucia. Zawiera głównie węgiel.

Jej obecność utrudnia lutowanie, dlatego nagar trzeba usunąć, jeżeli pobielenie czy wykonanie lutu nie doszło do skutku. Nagar osadza się również na grocie lutownicy, który również trzeba czyścić, na przykład specjalną gąbką albo czyścikiem.

Jeżeli na pobielonej powierzchni zostało nieco kalafonii, nic nie szkodzi. Ona nie przewodzi prądu ani nie powoduje korozji miedzi, więc nie trzeba jej usuwać. W tej formie, jedynie zmniejsza estetykę oraz brudzi palce.

Na płytce drukowanej

Podczas używania lutowania elementów na płytkach drukowanych, zamoczenie podgrzanego punktu w pudełku z kalafonią jest niemożliwe. Można wtedy uciec się do innych metod. Na przykład, szybko przenieść nieco kalafonii na gorącym grocie lutownicy z pudełka do punktu na płytce. Ważne, aby nie było jej zbyt wiele, ponieważ nadmiar topnika utrudnia roztopienie się spoiwa lutowniczego i zalanie miejsca wykonania spoiny.

Stosując tę metodę, należy pamiętać o szybszym brudzeniu się grota lutownicy, na którym przenosi się kalafonię. Jej resztki są na nim cały czas podgrzewane, przez co powstaje sporo dymu i szybko zbiera się na nim nagar. Trzeba zatem regularnie czyścić grot. W każdym wypadku warto zadbać o wentylację pomieszczenia, w którym lutujemy lub o zastosowanie wyciągu. Powstające opary nie są wprawdzie toksyczne, ale po co mamy je wdychać?

Inna postać kalafonii

Niektórzy stosują kalafonię w postaci płynu (spray'u) lub pasty. Łatwo taki topnik zrobić samemu: do małej buteleczki trzeba wlać nieco alkoholu (np. spirytusu lub izopropanolu), a następnie wrzucić pokruszoną kalafonię i szczelnie zamknąć. Po dokładnym wymieszaniu, kolor powstałego roztworu stanie się brązowy lub pomarańczowy. Im więcej wrzucimy kalafonii, tym bardziej gęsty się stanie. Można też kupić gotową pastę z kalafonią.

Takiej pasty nie trzeba podgrzewać, aby ją roztopić, więc można ją nanieść bezpośrednio na lutowane miejsce: końcówkę przewodu albo punkt lutowniczy. W przypadku kalafonii w postaci płynnej, można wręcz zamoczyć w niej drucik, który chcemy pobielić.

Czy trzeba czyścić płytki?

Resztek kalafonii, w jakiej formie by nie była, nie trzeba usuwać również z powierzchni płytek drukowanych. Jedyną wadą jest zwiększona przyczepność kurzu i innych zanieczyszczeń, ale w większości układów jest to bez znaczenia. Jedyne, czego warto się pozbyć z płytki, to nagar – może stanowić zwarcie lub przynajmniej znacznie pogarszać parametry izolacji.

Do czego jeszcze może się przydać?

Jednak lutowanie to nie jest jedyne zastosowanie kalafonii w elektronice. Ci, którzy trawią płytki drukowane w domowym zaciszu, mogą jej użyć do pokrycia miedzianej powierzchni ścieżek po wytrawieniu. Taka płytka wolniej pokrywa się patyną oraz łatwiej się ją lutuje. Jeżeli warstwa kalafonii będzie zbyt gruba, może kleić się do palców.

Innym zastosowaniem kalafonii, chociaż bardzo amatorskim, jest ręczne rysowanie mozaiki ścieżek na płytce przed jej wytrawieniem. Wystarczy do tego roztwór kalafonii w spirytusie, najlepiej niezbyt rzadki, oraz przyrząd kreślarski (na przykład rapidograf) lub zwykła wykałaczka, którą narysujemy wzór ścieżek na oczyszczonej powierzchni miedzi. Po odparowaniu alkoholu, powstała warstwa nie będzie się rozpuszczała w wytrawiaczu i doskonale ochroni miedź, którą pokrywa. Potem wystarczy zmyć ją alkoholem lub zostawić.

Inne topniki

Oprócz kalafonii, na rynku dostępne są inne topniki. Mają różną formę: pasty, żelu, płynu, a nawet aerozolu w sprayu do rozpylenia na płytce. Ich skład jest specjalizowany pod konkretne zastosowania, np. pobielanie przewodów, lutowanie SMD albo bezołowiowe. Warto zapoznać się z etykietą, aby wybrać najlepszy dla siebie topnik.

Topniki kwasowe

Odrębną kategorią są topniki kwasowe i pasty lutownicze zawierające kwas. Ich cenną właściwością jest agresywne działanie na pobielanych elementach, wobec czego dają sobie radę nawet z mocno skorodowanymi powierzchniami. Można nimi pobielać również inne metale niż miedź, na przykład stal albo kanthal, używany do drutów oporowych.

Mają jednak sporą wadę: wymagają dokładnego zmycia po zakończeniu lutowania. Ich resztki mają odczyn kwasowy, wobec czego przyspieszają korozję metali. Może tak się zdarzyć, że miedziany przewód, pobielony z użyciem pasty lutowniczej i pozostawiony bez wyczyszczenia po upływie kilku lat zmieni się w kupkę zielonych okruchów.

Z tego względu, topników kwasowych warto używać tylko w miejscach, które możemy potem dokładnie umyć. Na powierzchni płytki drukowanej, w gąszczu elementów, jest mnóstwo zakamarków, w które może wsiąknąć odrobina kwasu. Nie dość, że będzie czyniła szkody powodując korozję ścieżek i wyprowadzeń, to jeszcze będzie przewodziła prąd elektryczny. Urządzenie może działać błędnie lub w ogóle odmówi współpracy.

Topniki “no clean”

Wybierając topnik, warto zwrócić uwagę, czy wymaga on zmywania po lutowaniu. Na etykiecie takiego środka można znaleźć dopisek „no clean”. Zarówno sam topnik, jak i jego pozostałości nie stanowią zagrożenia dla elektroniki i nie wymagają zmywania. To ważne, ponieważ pozwala zaoszczędzić czas, który byłby przeznaczony na mycie płytki po lutowaniu.

Podsumowanie

Kalafonia jest tanim i popularnym topnikiem, który nadal jest chętnie stosowany w elektronice. Kalafonia może mieć postać łatwotopliwego, półprzejrzystego ciała stałego, pasty albo płynnego roztworu. Oprócz niej, w sprzedaży są również inne topniki, w tym syntetyczne i kwasowe, lecz trzeba dobrze przeczytać instrukcję ich stosowania. Nieprawidłowo użyty topnik (np. niezmyty po lutowaniu) może przyczynić się do awarii urządzenia.