Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Недостатки лития как флюсующего компонента связаны с ликвацией и высокой скоростью коррозии во влажной среде припоев, содержащих литий. Это объясняется полной нерастворимостью его в никеле в жидком и твер-
Рис. 23. Зависимость температуры плавления и вязкости сплавов системы NazO—В203 от состава
74
дом состоянии и в меди в твердом состоянии. Серебро как компонент припоя удерживает в твердом состоянии до 5% лития, но оно не растворяет в твердом состоянии бора. В этом отношении наиболее подходящей основой припоя мог быть палладий, который в твердом состоянии растворяет как литий, так и бор. Однако палладиевые припои интенсивно растворяют стали при температуре пайки. Для снижения активного растворяющего действия палладиевых припоев по отношению к сталям в состав их. вводят никель и медь. Наличие этих компонентов ведет к вытеснению богатой литием фазы и, следовательно, к ликвации, поэтому припои указанного состава с высоким содержанием лития отличаются высокими скоростями коррозии на воздухе и во влажной среде. По этой причине содержащие литий самофлюсующие припои применяются только с низким содержанием лития. Недостатком лития как флюсующего компонента припоев является также сравнительно высокая температура плавления его окисла. Однако при взаимодействии со многими окислами (хрома, молибдена, вольфрама) окись лития образует сравнительно легкоплавкие соединения.
Литий, бор, фосфор имеют низкое давление насыщенного пара, поэтому пайку в вакууме припоями, содержащими их, производить нельзя, так как, испаряясь, они вызывают сильное разбрызгивание припоя.
Свойствами удалять окисную пленку с основного металла обладают припои не только активированные специальными добавками, но и припои, не являющиеся, в принятом понимании этого термина, самофлюсующими. Например, такой распространенный однокомпонентный припой, как медь, при температуре пайки активно удаляет окисную пленку с поверхности сталей [10]. Так, при пайке стали Ст. 3 медью в нейтральной среде азота, т. е. в условиях, когда восстановление за счет окружающей газовой среды исключается, оказалось, что окисная пленка при температуре пайки отрывается от поверхности основного металла и переходит в расплав припоя (рис. 24, а). При малых выдержках происходит местное проникание припоя под окисную пленку. С увеличением выдержки она полностью отслаивается. О наличии активного воздействия расплава припоя на окисную пленку свидетельствует также показанная на рис. 24, б микроструктура шва, полученного при пайке в вакууме пред-
75
варительно окисленного на воздухе армко-железа. Как видно из микроструктуры, в процессе пайки окисная пленка отслоилась и перешла в расплав припоя. Следует обратить внимание на то, что при пайке стали Ст. 3
Рис. 24. Микроструктура шва при пайке медью:
а — стали Ст. 3 в азоте, температура 1 100° С, выдержка 10 сек; б — армко-железа в вакууме 5*10мм рт. ст., температура 1100° С, выдержка 2 мин; в — стали Ст. 3 в водороде, температура 1120° С, выдержка 30 сек;Х200
в среде азота происходит разрушение пленки по грани-цам зерен. При пайке в вакууме пленка на армко-жёлезе перешла в припой и сплавилась. Расплавление пленки в припое, по-видимому, связано с отсутствием влияния га-
76
зовой среды и происходящей при пайке в вакууме дегазацией.
При пайке медью в восстановительной среде водорода дополнительно к действию расплава припоя прибавляется восстановление окисной пленки водородом. В итоге, как видно на рис. 24, в, окисная пленка, перешедшая в расплав припоя, приобрела мелкодисперсную зернистую структуру.
Исследование продуктов разрушения пленки микро-рентгеноспектральным методом показало, что в состав зерен входит 89% железа и 6,6% меди; это свидетельствует о том, что отдельные зерна окисной пленки восстановились до металла и произошло насыщение их медью.
Таким образом,'при пайке в нейтральных и активных газовых средах расплав меди, применяемой в качестве припоя, способствует удалению с поверхности основного металла окисной пленки.
Металлы, входящие в состав высокотемпературных припоев, растворяют кислород.
Из табл. 13 видно, что кислород интенсивно растворяется расплавленной медью. При охлаждении расплава растворенный кислород переходит в окислы.
Таблица 13
Растворимость кислорода в металлах, входящих в состав высокотемпературных припоев
Металл Температура, °C Температура растворения кислорода, °С Растворимость кислорода, атом. %
плавления кипения
Си 1083 2570 1200 5,7
Ag 960,8 2200 1000 2,0
Ni 1455 2900 1200 0,044
Cr 1850 2620 1850 2,5
Со 1492 2900 1700 1,15
Fe 1537 3070 1537 0,6
Pd 1552 4000 1200 0,4
Si 1420 3240 1420 0,004
Sn 231,9 2750 1750 45,0
Pb 327,3 1740 600 0,035
Серебро, являющееся основой обширного класса серебряных припоев, по отношению к армко-железу и углеродистым сталям, так же, как и медь, обладает способ-
77
ностью разрушать окисную пленку, но активность процесса при этом несколько ниже. Это можно объяснить худшей способностью серебра по сравнению с медью растворять кислород, а также более низкой температурой пайки. Как видно из таблицы, серебро почти в три раза хуже растворяет кислород, чем медь.
