Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
47
пой изолируется от основного металла пленкой флюса.
Флюсующее действие расплавов и растворов флюсов проявляется в результате многих процессов, основными из которых являются:
1) химическое взаимодействие между активными компонентами флюса и окисной пленкой. Образующиеся при
этом соединения растворяются во флюсе, всплывают на его поверхность или выделяются в газообразном состоянии;
2) диспергирование окисной пленки в результате адсорбционного понижения ее прочности под влиянием расплава флюса;
3) химическое взаимодействие между активными компонентами флюса и основным металлом, в результате чего происходит постепенный отрыв окисной пленки от поверхности металла и переход ее во флюс;
4) растворение окисной пленки во флюсе;
5) разрушение окисной пленки продуктами флюсования;
6) растворение основного металла и припоя в расплаве флюса.
Результатом этих процессов является удаление окисной пленки, приводящее к обнажению кристаллической структуры металлов.
Химизм флюсования. Из рассмотрения особенностей флюсования при пайке видно, что этот процесс связан с взаимодействием окисных пленок или непосредственно металлов с расплавами флюсов, среди которых можно выделить по механизму флюсования две основные группы — окисные флюсы и галоидные флюсы.
Рис. 13. Схемы смачивания расплавленного припоя 3 расплавом флюса 2: а — флюс смачивает припой; б — флюс не смачивает припой
48
Окисные флюсы взаимодействуют, главным образом, с окисной пленкой, в то время как основой флюсования галоидными флюсами являются реакции с основным металлом.
К окисным относятся флюсы на основе тетраборнокис-лого натрия, борной кислоты и их сплавов, нашедшие наибольшее распространение при высокотемпературной пайке, а также флюсы типа стекол. При смачивании основного металла окисным флюсом протекают реакции взаимодействия между окислами, входящими в состав окисной пленки, МеО(ОП) и окислами флюса — МеО(ф) по схеме:
МеО(оп > + МеО( ф > = МеО( оп) ¦ МеОф.
В результате этих реакций образуются комплексы, способствующие разрушению окисной пленки и переносу ее в расплав флюса. О наличии реакций между окислами по указанной схеме свидетельствуют результаты химических анализов шлаков, которые позволили установить, что, кроме окислов, в составе шлаков содержатся также соединения окислов. Так, при пайке сталей, меди, латуней с боратными флюсами образуются комплексы 2FeO • 2Fe203 • ЗВ2О3, CuO • В20з, CuO • ZnO • В20з и др.
При наличии в составе окисных флюсов фторидов одновременно с химическим взаимодействием между окислами происходит растворение окисной пленки во фторидах. В отдельных случаях для повышения активности флюсов в их состав, наряду с фторидами, вводят фторбо-раты такие, как фторборат калия KBF4 и фторборат натрия NaBF4.
Фторборат калия разлагается при нагреве по реакции
kbf4=kf+bf3.
Выделяющийся фтористый калий растворяет окислы окисной пленки, а трехфтористый бор вступает с ними в активные химические взаимодействия. Например, в случае пайки нержавеющих сталей трехфтористый бор взаимодействует с окисью хрома
Сг2Ол -f 2BF3=2CrF3+ В,03-
Борный ангидрид, выделяющийся при этой реакции, вступает во взаимодействие с окислами, образуя комплексы.
49
Наряду с окисными флюсами известно большое количество галоидных флюсов, при флюсовании которыми протекает обменное взаимодействие непосредственно с основным металлом. Удаление окисной пленки в этом случае происходит в результате проникания флюса через микропоры и микротрещины в окисной пленке и развития реакций под ее поверхностью. Интенсификации процесса взаимодействия флюса с основным металлом способствует диспергирование окисной пленки. Флюсование алюминиевых сплавов по этой схеме флюсами, содержащими хлористый цинк, протекает по реакции
2А1 + 3ZnCl2=2AlCl3 + 3Zn.
Хлористый алюминий в момент выделения находится в газообразном состоянии, что способствует механическому разрушению (отрыву) окисной пленки. Металлический цинк, выделяющийся при этой реакции, осаждается тонким слоем на поверхность алюминия, что облегчает процесс сплавления его с припоем.
Следует иметь в виду, что пары хлористого алюминия, выделяющиеся при флюсовании, токсичны, но они интенсивно растворяются в расплавленном флюсе в процессе пайки и поэтому вредного действия не оказывают.
При высокотемпературной пайке алюминия и его сплавов возможны также реакции основного металла с другими входящими во флюс компонентами. Выделяющиеся при этих реакциях щелочные и щелочноземельные металлы являются восстановителями; окисляясь, они вступают во взаимодействие с окислами основного металла и припоя, переводя их в шлак [12].
Растворяющее действие по отношению к окислам металлов присуще в разной степени всем флюсам. Из боратов наибольшей растворяющей способностью обладает тетраборнокислый натрий (табл. 7). При температуре 760° С он растворяет в своем составе окиси цинка в четыре раза больше, чем борная кислота. Окись алюминия в тетраборнокислом натрии растворяется так же хорошо, как и окись цинка, в борной же кислоте окись алюминия совершенно не растворяется.
