Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
При пайке припоями, относящимися к самофлюсую-щим, т. е. содержащим в своем составе специальные флюсующие добавки, интенсивность процесса удаления окисной пленки с основного металла зависит также от физико-химических свойств флюсующих добавок. Такие самофлюсующие припои, как ВПр4, ПСр72ЛМН, эвтектика Си—Р, при одинаковых условиях пайки более активно, чем медь и серебро, удаляют окисную пленку. Металлографические исследования соединений из стали Ст. 3, паянной эвтектикой Си—Р, показали, что окисная пленка переходит в шов. Наряду с этим протекает восстановление ее и реакция образования интерметаллида РезР. Образование твердой и хрупкой интерметаллидной фазы не только по границе основной металл — зона сплавления, но и в шве, вследствие взаимодействия фосфйра, содержащегося в припое с восстановленной окисной пленкой, является причиной низкой прочности швов при пайке сталей меднофосфористыми припоями.
При пайке армко-железа и стали Ст. 3 самофлюсую-щим припоем ВПр4 активно протекает процесс взаимодействия окисной пленки с содержащимися в припое флюсующими компонентами (В, Na, К, Li и Р). В результате окисная пленка удаляется и образуется легкоплавкий шлак, который находится в шве в виде каплевидных включений (рис. 25).
При пайке армко-железа и стали Ст. 3 самофлюсую-щим припоем ПСр72МЛН, содержащим в качестве флюсующего компонента 0,4—0,6% лития, окисная пленка отделяется с поверхности основного металла и переходит в расплав припоя, где равномерно распределяется в шве. Такой характер взаимодействия припоя ПСр72ЛМН с окисной пленкой наблюдается при пайке в среде водорода, где наряду с растворением окисной пленки активно протекает процесс ее восстановления. При пайке этим припоем в нейтральной среде азота окисная пленка переходит в расплав припоя сравнительно крупными монолитами, процесс растворения ее протекает медленно, рав-
78
номерного распределения окисной пленки в шве не достигается.
С повышением температуры и времени выдержки при пайке в нейтральной и восстановительной средах процесс растворения окисной пленки в расплаве припоя усиливается.
Схематично процесс самофлюсования при пайке протекает в следующей последовательности. Окисная пленка на поверхности основного металла при нагреве до тем-
Рис. 25. Микроструктура шва при пайке стали Ст. 3 припоем ВПр4 в среде водорода
Температура панки 1040° С, выдержка 5 се/с; ХЗОО
ператур пайки в условиях, исключающих дальнейшее окисление, разрушается вследствие разложения содержащихся в ней гидратов углекислых, сернокислых, фосфорнокислых и других соединений. Монолитность ее, которая обычно наблюдается при комнатной температуре, исчезает. Пленка становится рыхлой с сильно развитой поверхностью. При расплавлении припой смачивает поверхность основного металла, проникает в микропоры и микротрещины окисной пленки. В процессе смачивания проявляется эффект адсорбционного понижения прочности пленки, что также способствует ее разрушению. Поскольку состав пленки на поверхности основного металла неоднороден, то окислы избирательно взаимодействуют с расплавом припоя. Взаимодействие между окисной пленкой, расплавом припоя и окружающей газовой средой постепенно нарушает связи в контакте основной ме-
79
талл — окисная'пленка (рис. 26, а). В результате этого окисная пленка отрывается и переходит в расплав припоя, где протекают процессы дальнейшего взаимодействия ее с припоем и газовой средой (рис. 26, б).
Как видно из рис. 26, б, окисные пленки с соединяемых поверхностей тяготеют к центру шва. Это явление можно объяснить физико-химическим сродством между
Рис. 26. Микроструктура шва при пайке горячекатанной стали Ст. 3 в состоянии поставки:
а — серебром в среде водорода, температура 1000° С, выдержка 30 сек; Х400; б — медью в среде азота, температура 1200° С, выдержка 30 сек, Х70; / — серебро, 2 — окисная пленка, 3 — сталь Ст. 3
окисной пленкой и расплавом припоя, а также растворением основного металла в расплаве припоя.
При наличии в припое флюсующих компонентов, наряду с растворением окислов, происходит процесс их непосредственного взаимодействия с активными компонентами припоя.
Вторичное действие флюсующие компоненты припоев оказывают, когда их окислы играют роль флюсов. Окислы щелочных и щелочноземельных металлов, бора, кремния, фосфора в процессе пайки взаимодействуют с окислами основного металла и припоя, образуя шлаки с низкой температурой плавления. Например, окись лития при взаимодействии с окисью хрома образует соединение
/^UoO -f л2Сг203 = ra3Li2Cr04,
температура плавления которого 517° С, несмотря на то что окись лития имеет температуру плавления 1427° С, а окись хрома 1990° С. Известно также, что при взаимо-
80
действии борного ангидрида с окислами железа образуется легкоплавкий борат состава
2FeO • 2Fe203- ЗВ203,
а также более сложные бораты.
При рассмотрении природы самофлюсования припоев с литием' особая роль отводится LiOH как растворителю окислов. Однако, говоря о флюсующей роли гидрата окиси лития, следует иметь в виду, что он неустойчив и при нагреве выше 600° С разлагается на окись лития и гидрид лития.
