Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
яМе0 ,м + mM.ezx„ пМе0,ихт -\-тМес,
где л: — галоид. г
В зависимости от значений нормальных электродных потенциалов равновесие может смещаться в ту или другую сторону.
Процесс взаимодействия между основным металлом и солью другого металла также является токообразующим.
Как в первом, так и во втором случае перенос катионов через окисную пленку, находящуюся на поверхности основного металла, а следовательно, и изменение поверхностного слоя металла приведет к ослаблению связи между окисной пленкой и основным металлом. Кроме того, при образовании двойного электрического слоя на границе основной металл — флюс плотно примыкающая к основному металлу окисная пленка заряжается также отрицательно. Под действием разности потенциалов между флюсом и пленкой последняя отрывается от поверхности основного металла и переходит во флюс. На это указывает, в частности, снижение электрического сопротивления окислов с повышением температуры. Как видно из рис. 15, при температурах порядка 800—1000° С электри-
56
ческое сопротивление окислов железа, меди, никеля, хрома и других металлов практически падает до нуля и таким образом резкое различие в электрическом сопротивлении металла и образующейся на нем окисной пленки исчезает, При образовании двойного электрического слоя окисная пленка оказывается под воздействием сил электрического притяжения со стороны флюса. Поскольку при высоких температурах при наличии слоя флюса связь между основным металлом и окисной пленкой сильно ослабевает, она может отрываться и всей массой переходить в расплав флюса, где происходят ее дальнейшие превращения (рис.
16). При выдержке 3 мин окисная пленка отслаивается от основного металла и находится в расплаве флюса в виде сплошного слоя. Выдержка 6 мин приводит к некоторому измельчению пленки.
При выдержке 9 мин пленка находится в мелкодисперсном состоянии, снова покрывает поверхность основного металла и проникает в образующиеся на нем трещины.
При температуре пайки, наряду с взаимодействием флюса с основным металлом, происходит взаимодействие его с расплавленным припоем. Возможны три категории равновесия в контакте припой — флюс.
1. Между расплавом припоя и расплавом флюса устанавливается равновесный ионный обмен, регулируемый скачком потенциала в двойном электрическом слое.
2. Между припоем и расплавом флюса, содержащим соли компонентов, входящих в припой, более высокой и низкой валентности, устанавливается равновесие.
Рис. 15. Зависимость электрического сопротивления твердых окислов от температуры
67
3. Расплавленные металл и его соль образуют неустойчивые соединения низшей валентности. Такое равновесие наблюдается при взаимодействии криолита и фтористого алюминия с алюминием:
/*Na3AlF6 -f AIF3 + 2А1 3A1F + «Na3AlF6<:
Рис. 16. Микроструктура поверхностного слоя основного металла при флюсовании армко-железа тетрабор-нокислым натрием при температуре 1050° С-
а — выдержка 3 мин; б — выдержка б мин-в — выдержка 9 мин; /— окисная пленка;
2 — флюс NagBiO?; 3 — основной металл
В результате этих процесов происходит удаление окисной пленки с поверхности расплавленного припоя и создаются условия взаимодействия его с основным металлом. . .
58
§ 6. РАСТВОРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ ВО ФЛЮСАХ
В расплавленном состоянии однокомпонентные и многокомпонентные солевые флюсы способны растворять в своем составе металлы. Из рис. 16 видно, что основной металл интенсивно переходит в расплав флюса, который на значительную глубину проникает по границам зерен. После растекания припоя основной металл оказывается в значительной части изолирован от действия расплавленных солей и с этого момента растворению флюсом будет подвержен и расплавленный припой. Таким образом, в процессе флюсования при пайке происходит растворение в расплаве флюса основного металла и расплавленного припоя. Растворение твердого припоя в расплаве флюса незначительно, так как он обычно наносится в небольших количествах. Однако в тех случаях, когда припой применяется в виде фольги, гальванического покрытия, или слоя плакирования, растворение его в расплаве флюса и в твердом состоянии может быть заметным. После растекания припоя во всех случаях растворение его во флюсе усиливается ввиду увеличения площади кон-такт&.
Исследование сущности процесса растворения металлов в расплавленных солях позволило установить, что в виде коллоидного раствора, т. е. в дисперсном состоянии, в расплаве существует лишь незначительное количество металла, в то время как основная часть растворенного металла входит в истинное субсоединение * с растворителем. Анализ характера взаимодействия между металлом и расплавленной солью можно сделать на основе диаграмм состояния металл — соль, которые позволяют судить о наличии в данной системе низковалентных ионов и, следовательно, о возможности образования субсоединений. При образовании субсоединений происходит изменение температуры кристаллизации расплава в то время, как наличие в расплаве соли металла в коллоидном состоянии таких изменений не вызывает. На рис. 17 показана диаграмма состояния системы Cd — СаС12, из которой видно, что взаимодействующие компоненты при определенном содержании кадмия образуют твердые растворы Эвтектика, состоящая из смеси CdCl2 и CdCI,
