Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Хлориды щелочных и щелочноземельных металлов имеют меньшие значения поверхностной энергии кристаллической решетки, чем фториды. В соответствии с этим в расплавленном состоянии наиболее распространенные во флюсах хлориды Na, К и Li обладают меньшим поверхностным натяжением, чем фториды этих металлов.
Поверхностное натяжение расплавленных солей зависит также от радиуса ионов. С увеличением радиуса катиона при постоянном анионе, например, в хлоридах щелочных металлов, поверхностное натяжение уменьшается.
41
Это связано с тем, что с увеличением радиуса катиона уменьшается количество ионов, размещающихся при прочих равных условиях в поверхностном слое расплава соли, и, следовательно, снижается притяжение их ионами, находящимися внутри расплава. По той же причине поверхностное натяжение снижается с увеличр тием радиуса аниона при постоянном катионе.
С увеличением температуры коэффициент ьгвьрх-ностного натяжения расплавленных солей снижается, как правило, по линейному закону (рис. 11).
Рис. 11. Зависимость поверхностного натяжения расплавленных солей от температуры
В солевых флюсах, состоящих из нескольких веществ, поверхностное натяжение зависит от содержания отдельных компонентов. Компоненты, снижающие поверхностное натяжение, концентрируются, главным образом, на поверхности, являясь поверхностно-активными. Наоборот, компоненты с большим поверхностным натяжением являются поверхностно не активными и концентрируются на поверхности в значительно меньшей степени. Если компоненты флюса имеют приблизительно одинаковое поверхностное натяжение и между ними не образуются химические соединения, то поверхностное натяжение флюса линейно зависит от его состава.
Согласно уравнению второго закона капиллярности краевой угол смачивания 0 определяется соотношением
42
сил поверхностного натяжения в точке на границе трех фаз (рис. 12):
где а 1,з — коэффициент поверхностного натяжения между твердым телом и газовой средой; сгг.з — коэффициент поверхностного натяжения жидкости на границе с твердым телом; а 1,2 — коэф,-фициент поверхностного натяжения жидкости на границе с газовой средой.
Из уравнения (II.1) следует, что с увеличением коэффициента поверхностного натяжения флюса краевой угол 0 будет увеличиваться, а смачивание ухудшаться. Однако поверхностное натяжение жидкости не определяет однозначно ее способность смачивать поверхность твердых тел. Смачивание или несмачивание поверхности основного металла флюсом определяется физико-химическим сродством между основным металлом и флюсом, с одной стороны, и окисной пленкой на поверхности основного металла и флюсом — с другой. Окисленный металл лучше смачивается флюсами, чем неокисленный. В реальных условиях металлы всегда имеют на поверхности тонкую окисную пленку, что улучшает условия смачивания их расплавами или растворами флюсов. Это обусловлено сродством между флюсами и окисными пленками на металлах. Соли, входящие в состав флюсов, и окислы обладают близкими кристаллическими решетками.
Из табл. 4 видно, что параметры решеток солей и окислов имеют близкие значения. Кубическую гранецент-*• рированную решетку типа хлористого натрия имеют также входящие в состав окисных пленок нитриды металлов [2].
Как видно из таблицы, окислы щелочных металлов имеют близкие значения параметров решеток с окислами никеля, магния, кадмия и одинаковый тип решетки с
Рис. 12. Схема равновесия векторов сил поверхностного натяжения капли жидкости на поверхности твердого тела: ____
/ — газ; 2— жидкость; 3— твердое тело
43
Таблица 4
Типы решеток, размер ребра элементарной ячейки а и кратчайшее расстояние между ионами d для хлоридов и фторидов, входящих в состав флюсов, а также некоторых окислов металлов
Вещество Тип решетки Параметры, о А Вещество Тип решетки Параметры, о А
а d а d
LiCl Кубич. 5,14 2,57 ZnF2 Рутил 4,72 2,10
NaCl гране- 5,62 2,81 MgO Кубич. 4,21 2,10
КС1 центр. 6,28 3,14 CdO гране- 4,70 2,35
LiF То же 4,02 2,01 центр.
NaF » » 4,62 2,31 FeO Кубиче- — —
KF » » 5,33 2,67 Fe304 ская — —
CaF2 Флюорит 5,45 2,36 NiO То же 4,17 2,09
BaF2 То же 6,19 2,68 Ni20 » » 4,62 2,00
CdF2 » » 5,40 2,34 Na20 » » 5,55 2,40
K20 » » 6,44 2,79
закисью и закисью-окисью железа, что свидетельствует о возможности взаимодействия между ними в процессе смачивания.
В зависимости от степени окисления основного металла смачиваемость его флюсами будет различной (табл. 5).
Таблица 5
Краевые углы смачивания силикатом (70% Si02 и 30% Na20) неокисленного и с различной степенью окисления железа при температуре 910° С
Краевой угол 8 прн выдержке мин
Состояние поверхности металла
2 5 10 15 20
Железо металлическое 105 90 90 90 90
Вюстит FeO 91 70 63 52 52
Магнетит FeaC>4 70 s 35 25 19 19
Гематит Fe203 62 25 16 15 15
Как видно из таблицы, наихудшую смачиваемость имеет неокисленное железо. Смачиваемость окисленного железа возрастает с повышением степени окисления.
44
Другие неокисленные металлы также не смачиваются расплавами окисных флюсов, что можно видеть из табл. 6. При смачивании имеет значение не только наличие окисной пленки на основном металле, но и ее состав.
