Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Время, необходимое для затекания припоя на высо-
Если при горизонтальном течении в зазоре теоретически припой может течь беспредельно при наличии перепада давления Ар, то в случае вертикального шва он прекращает течение, как только вес столба уравновесит
V = -2-^ + (p-p') gh,
а
(IV.47)
(IV.48)
а
v = ~ ха).
2р. dy
(IV.49)
Откуда средняя скорость
(IV.50)
Заменив на и подставив значение Ар', по-аУ у
лучим
°1,2а аР S
12[Л
(IV.51)
ту У,
. (IV.52)
176
разность давлений Ар. В этом случае перепад давлений станет равным нулю:
2а, 2 — — pgh = 0. а
Откуда максимальная высота подъема припоя
2°1 2
= (IV.53)
Р ga
Течение расплавленных припоев в реальных условиях пайки, как уже отмечалось, отличается от течения идеальных жидкостей в связи с особенностями свойств припоев и своеобразными условиями заполнения ими капиллярных зазоров. Отличие расплавов припоев от обычных жидкостей состоит в том, что жидкий припой представляет собой систему, состоящую из нескольких компонентов. В процессе течения его в зазоре, образованном соединяемыми пайкой поверхностями, происходит дополнительное растворение в нем компонентов основного металла, флюса, а также элементов, входящих в состав газовых сред. Известно, что поверхностные свойства жидких растворов зависят от характера распределения в объеме и в поверхностном слое растворенных в них элементов. Если взаимодействие между атомами растворенного вещества и атомами растворителя меньше взаимодействия между атомами растворителя, то растворенные вещества будут выталкиваться из объема на поверхность. Накопление их в поверхностном слое приведет к уменьшению взаимодействия, в результате чего поверхностное натяжение с ростом концентрации растворенных веществ падает. Кроме того, под действием диффузии во всех участках раствора концентрация стремится стать равномерной. Равновесие в распределении элементов в объеме и в поверхностных слоях жидкости достигается в результате действия этих противоположных процессов.
Связь изменения коэффициента поверхностного натяжения с характером распределения растворенного вещества в объеме и поверхностных слоях может быть описана уравнением Гиббса *.
* При применении этого уравнения к неразбавленным растворам вместо концентрации растворенного вещества следует вводить его активность,
177
где Г — избыток растворенного вещества в поверхностном слое; С-—концентрация растворенного вещества.
Отношение [ ----] представляет собой изменение ко-
\ dC }т
эффициента поверхностного натяжения раствора в зависимости от концентрации С. Если поверхностное натяжение с увеличением концентрации растворенного вещества в растворе уменьшается, т. е. < 0, то Г>О и
dC
концентрация растворенного вещества в поверхностном слое возрастает (положительная адсорбция). Если
——->0, то Г<0 и концентрация в поверхностном слое dC
будет меньше, чем в объеме раствора (отрицательная адсорбция).
Количество растворенного вещества в поверхностном слое зависит от его концентрации и температуры.
Для припоев зависимость изменения коэффициента поверхностного натяжения от распределения растворенных веществ в них не исследована. Но в случае ее исследования вычисление поправки к величине а не дало бы удовлетворительных результатов, если величину поднятия приноя в зазоре определять по первому уравнению капиллярности, которое не учитывает условий течения припоев. Между тем:
1) в процессе заполнения зазора происходит взаимодействие припоя с основным металлом, что обычно приводит к увеличению вязкости расплава и, следовательно, к нарушению исходных условий течения жидкой фазы;
2) расплав припоя в процессе заполнения зазора может охлаждаться, что наблюдается при неодинаковом нагреве паяемых деталей, поэтому условия взаимодействия основного металла с припоем будут неодинаковыми. Аналогичное положение может происходить вследствие неравномерного растворения основного металла припоем и, следовательно, неодинакового концентрационного переохлаждения;
3) при течении в зазоре припоев сложного состава компоненты его избирательно взаимодействуют с поверхностью основного металла, что вызывает перемещение
Частиц припоя в направлении, перпендикулярном к потоку. Аналогично под действием припоя отдельные компоненты основного металла также избирательно диффундируют к границе раздела основной металл —припой;
4) в случае термического переохлаждения, а также взаимодействия с основным металлом возможно образование в расплаве отдельных кристаллитов, что нарушает общую закономерность течения припоя в зазоре.
Кроме того, течение расплавленного припоя в зазоре зависит от таких факторов, как характер предшествующей механической обработки, состояние поверхностного слоя основного металла, величина и равномерность зазора, способ удаления окисной пленки в процессе пайки и т. д. Так как влияние всех этих факторов теоретически трудно учесть, то на практике высоту поднятия припоя h в зазоре для каждого конкретного сочетания основной металл-—припой определяют путем экспериментов, результаты которых оформляются в виде графиков
