Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Применение самофлюсующих припоев наиболее желательно при пайке нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, так как ввиду наличия на их поверхности стойких окисных пленок, содержащих окислы хрома, титана, алюминия, смачивание основного металла расплавленным припоем затруднено. Применение же для них солевых флюсов не исключает загрязнения ими металла шва, что может явиться причиной возникновения очагов коррозии. Кроме того, удаление остатков солевых флюсов часто вызывает большие затруднения.
Использование газообразных флюсов в виде фтористых соединений, добавляемых в нейтральные газовые среды, значительно снижает температуру пайки, требует соблюдения особых мер предосторожности и обходится дороже, чем солевых. К тому же газообразные флюсы очень чувствительны к загрязнениям, что снижает их активность.
Пайка нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов в восстановительных средах (водород и азотно-водородные смеси) не всегда может быть рекомендована
3*
67
из-за охрупчивания припоев и обезуглероживания основного металла. Применение покрытий медью, никелем и прочими металлами, а также введение в контролируемую атмосферу метана, бензола и других содержащих углерод газов не достигает цели, так как получаемые при этом паяные соединения обладают низкой прочностью. При применении активных газовых сред и вакуума необходимо специальное дорогостоящее оборудование, требующее высококвалифицированного обслуживания. Поэтому наиболее целесообразным для нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов является применение пайки в нейтральных средах самофлюсующими припоями [7]. Использование самофлюсующих припоев упрощает технологический процесс и обеспечивает получение соединений с более высокими свойствашг'и при пайке других металлов.
В качестве самофлюсующих компонентов припоев нашли применение бор, фосфор, кремний, германий, барий и щелочные металлы: литий, калий, натрий
(табл. 10). Для этих целей могут быть использованы также и другие щелочные и щелочноземельные металлы [8]. Количество вводимых самофлюсующих компонентов устанавливается экспериментально. Они вводятся в состав припоев от долей процента до нескольких процентов. Нижний предел лимитируется эффективностью вводимой добавки в процессе пайки. Верхний предел обычно ограничивается отрицательным влиянием флюсующей добавки на свойства припоя и паяных им соединений. Например, введение в припой системы медь—марганец более 0,2% бора приводит к снижению их пластичности
и, как следствие, к охрупчиванию соединений при пайке сталей.
Наибольшее распространение получили припои с содержанием бора, кремния и лития.
На основе современных представлений самофлюсова-ние припоев связывают с восстановительными свойствами флюсующих добавок, а также с ролью образующихся при этом окислов, которые при температуре пайки взаимодействуют с окисной пленкой основного металла, переводя ее в легкоплавкий шлак.
При анализе свойств флюсующих добавок можно видеть, что все они активны и способны непосредственно соединяться со многими простыми веществами.
68
Составы и температуры плавления некоторых самофлюсующих припоев
Л
ВТ
S
ч
\о
СО
Н
о О о о <N Ю О
О о <м ю о ОО СО 00
СО со <N о я О О о
О 1 оо 1 1 I-H I о> 1 I-H 1 I-H 1 7 I-H | 7*
I о 1 о 1 о 1 О I о 1 о 1 о 1 Ю 1 О 1 о
СО о о 05 со
сг> 00 с\) о 00 »—ч о I-H О I-H о »“Н
° *2 S
о ю со —< О О
(N Ю М О* О О
СГ>
ю
ЬЛ
-л
I I I II 10 I
TjT
CO 00 iO '-и lO
Mill
<N
CO
CO
CO
О со со О) CO н lO l/J 00 Is
CO
<N
GO <M <M 02 CO lO N
69
При введении бора в припои в процессе их выплавки он растворяется, взаимодействует с расплавом с образованием боратов, и частично окисляется. При пайке содержащийся в припое бор вступает в дальнейшие взаимодействия, а борный ангидрид и образовавшиеся при плавлении припоя в незначительных количествах различного состава бораты вступают во взаимодействие с окисной пленкой основного металла.
В самофлюсующие припои, содержащие бор, часто порознь или одновременно вводят фосфор и кремний. Такое комплексное введение флюсующих компонентов способствует образованию в процессе пайки шлаков с низкой температурой плавления.
Фосфор в качестве флюсующего компонента нашел применение, главным образом, в припоях ,на медной и никелевой основе. В меди при температуре 280° С фосфора растворяется около 0,5%; при содержании 8,4% по весу он образует с медью эвтектику с температурой плавления 714° С. С никелем фосфор также образует эвтектику с температурой плавления 880° С при содержании в сплаве в количестве 11%. Свободный фосфор чрезвычайно активен и способен непосредственно соединяться со многими простыми веществами. При его окислении образуется три соединения: фосфорный ангидрид — Р2О5, фосфористый ангидрид — Р203 и четырехокись фосфора Р204. С медью фосфор образует два фосфида Си3Р и СиР2, с никелем дает большое количество соединений различного состава, в серебре растворяется в жидком состоянии. Со многими другими металлами, входящими в состав многокомпонентных припоев, фосфор образует различного состава фосфиды. Самофлюсование припоев, содержащих фосфор, связано с активностью его к кислороду, а также с образованием в процессе пайки между окислами основного металла и соединениями фосфора легкоплавких шлаков. Приведенные теплоты образования некоторых фосфидов позволяют судить о их стойкости:
