Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Флюс должен иметь химическое сродство к окисным пленкам основного металла и припоя и в жидком состоянии смачивать их. При этом флюс заполняет имеющиеся микропоры и микротрещины в пленке, что обеспечивает хороший контакт с окислами и возможность развития реакций во всем объеме пленки. Поскольку на подготовленных к пайке поверхностях деталей толщина окисной пленки обычно составляет несколько микрон, то развитие реакций происходит в узком слое на границе расплав флюса — основной металл. Если учесть, что при капиллярной пайке флюс обычно заполняет зазоры порядка 0,1—0,2 мм, то можно представить, в каких ничтожно малых объемах протекают реакции флюсования. В этих условиях исключительно большое значение имеют равномерность нагрева соединяемых поверхностей деталей до необходимой температуры, чистота соединяемых поверхностей, а также однородность и высокое качество флюса. Недогрев отдельных мест приводит к отсутствию взаимодействия между основным металлом и флюсом щ, следовательно, к сохранению на этих участках окисной пленки, что вызовет непропай.
37
Классификация флюсов
я
<и
X
U
9
ч
¦е-
38
Для обеспечения качественной пайки флюс не должен содержать в расплавленном состоянии твердых частиц, а также образовывать их в процессе флюсования, так как это будет препятствовать затеканию флюса в зазор и вытеснению его из зазора припоем. В процессе перехода окисной пленки в расплав флюс должен сохранять свою жидкотекучесть и легко вытесняться расплавленным припоем. Поэтому адгезия расплавленного флюса к основному металлу должна быть меньшей, чем расплавленного припоя, что достигается соответствующей композицией флюса. Хорошее вытеснение боратных флюсов расплавленными припоями при пайке сталей объясняется влиянием борного ангидрида, который сильно снижает адгезию солевых расплавов при смачивании поверхности железа.
После смачивания основного металла флюсом и удаления с него окисной пленки образуется активная меж-фазная граница твердый металл — жидкий флюс, которая затем замещается расплавленным припоем в условиях, практически исключающих возможность взаимодействия с атмосферой воздуха, что обеспечивает высокое качество спая.
§ 5. КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ФЛЮСОВАНИЯ
Процесс флюсования при пайке включает в себя смачивание основного металла и припоя флюсом, удаление с них окисных пленок, вытеснение флюса из соединительного зазора расплавленным припоем и защиту места пайки от окисления образовавшимся шлаком. Согласно современным представлениям солевые флюсы в расплавленном состоянии имеют ионное строение, являясь электролитически диссоциированными системами. Щелочные и щелочноземельные металлы, например, содержатся в расплавах флюсов в виде катионов: Li+, Na+, К+, Mg2+, Са2+, Ва2+. Отрицательные ионы образуют Cl-, F-, О2-и др. Поэтому в системе основной металл — окисная пленка — флюс при температуре пайки протекают сложные электрохимические процессы.
Смачивание флюсом. Если флюс употребляется в виде раствора, то при растекании его по поверхности металла. образуется пленка жидкости, которая защищает
39
металл от воздействия окружающей среды. Если флюс в исходном состоянии — твердое вещество, то до момента его расплавления основной металл и припой остаются не защищенными и в процессе нагрева под пайку окисляются. Только после расплавления флюса и смачивания им металлов они изолируются от действия окружающей
Температура нагрева t, °С
Рис. 10. Зависимость толщины окисной пленки при окислении меди от температуры и времени выдержки: 1, 2, 3 —> соответственно выдержка 5, Ю н 15 мин
среды. Таким образом, нагрев до момента растекания флюса сопровождается взаимодействием основного металла и припоя с компонентами окружающей газовой среды и дальнейшим ростом окисной пленки. Из рис. 10 можно видеть, что нагрев при высокотемпературной пайке меди вызывает увеличение толщины окисной пленки в несколько раз.
Смачивание поверхности основного металла и припоя флюсом зависит от коэффициента поверхностного натяжения последнего. Как видно из табл. 3, флюсы обладают сравнительно низким коэффициентом поверхностного натяжения, что обеспечивает свободное растекание их в расплавленном состоянии по поверхности металлов.
Между поверхностным натяжением расплавленных солей и их внутренним строением существует определен-
40
Таблица 3
Поверхностное натяжение солей, входящих в состав некоторых флюсов
Наименование соли Химическая формула Температура, °C Коэффициент поверхностного натяжения, HjM (эрг!смъ)
Тетраборнокислый натрий N828407 1000 0,211 (211,9)
е калий КС1 780 0,097 (97)
натрий NaCl 801 0,114 (114)
Хлористый литий LiCl 603 0,140 (140)
кадмий CdCl2 602 0,077 (77,2)
барий ВаС12 962 0,171 (171)
Двухлористое олово SnClo 307 0,097 (97)
цезий CsF 692 0,107 (107)
Фтористый литий LiF 840 0,255 (255)
калий KF 846 0,098 (98,4)
натрий NaF 1010 0,199 (199,5)
ная связь, обусловленная взаимодействием между молекулами. Чем больше величина этого взаимодействия, тем выше поверхностное натяжение. В связи с этим соли, имеющие ионную кристаллическую решетку в расплавленном состоянии, отличаются высоким значением коэффициента поверхностного натяжения по сравнению с солями, имеющими молекулярную решетку, в которых молекулы связаны слабыми ван-дер-ваальсовскими силами. Кроме характера связи в решетке, коэффициент поверхностного натяжения солей зависит от кристаллического строения, размеров ионов, температуры и других факторов. В значительной степени поверхностное натяжение солей, а следовательно, и их смачивающая способность зависят от энергии кристаллической решетки.
