Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
формула
Температура, Давление при равновесии, °С н/м2 (мм рт. ст.)
Закись железа Окись хрома Окись хрома Закись марганца Окись кремния Двуокись титана Окись алюминия
FeO 1150
СГ2О3 1150
Сг203 850
МлО 1150
Si02 1150
ТЮ2 1150
А1203 1150
1.33-10-8 (10-Ю)
1.33-10-’з(10-15)
1.33-10-21 (10 -23)
1.33-10-16(10-18)
1.33-10-17(10-19)
1.33-10-19(10-21)
1.33-10-25(10-27)
газообразное состояние зависит от их природы. Летучесть окислов в отдельных случаях настолько значительна, что даже используется в технологических процессах их получения. Так, окисел 'сурьмы Sb203 конденсируется из печных газов при обжиге сурьмянистых руд. При обжиге цинковых и свинцовых концентратов также наблюдается значительное улетучивание окислов цинка, свинца и кадмия. Аналогичное положение имеет место при плавке этих металлов. Окислы, образующиеся на металлах, применяемых в паяных изделиях в качестве конструкционных, обладают значительно меньшей летучестью, но в условиях высокотемпературной пайки они также испаряются.
Возгонка окислов наиболее активно протекает в вакууме, так как при этом обеспечиваются более благоприятные условия для перехода их в газообразное состояние. Так, в вакууме 0,0013 н/м2 (10-5 мм рт. ст.) при температуре 1000—1200° С испаряются окислы CaO, SrO, BaO, V2O5 и Мо02. Молибденовый ангидрид М0О3 испаряется при температуре 600° С, двуокись вольфрама W02 — при 800° С. Окислы же таких элементов, как Be, Mg, Si, Zr, Cr, в вакууме разрежением 0,133—0,0013 н/м2 (10_3-М0“5 мм рт. ст.) начинают заметно испаряться только при температурах 1600—2000° С.
Растворение окислов в основном металле. Кислород способен растворяться в твердых металлах. В количественном отношении растворимость кислорода близка к
101
растворимости водорода. Если содержание растворенного в металле кислорода превышает предел растворимости, то происходит образование окислов, которые также могут растворяться в твердом металле. С повышением температуры количество свободного и связанного кислорода, удерживаемого металлом, увеличивается. Это обстоятельство имеет большое значение при пайке, так как вызывает перераспределение кислорода в поверхностном слое основного металла. Так, растворимость кислорода в железе с повышением температуры до 800° С возрастает вдвое. Если при 20° С растворяется 0,05% кислорода, то при 800° С — 0,1%. Предполагается, что кислород растворяется лучше в у-железе, чем в а- или 6-железе, при этом растворение кислорода происходит в виде закиси FeO.
В значительном количестве кислород растворяется также в твердой меди, которая с закисью меди образует эвтектику с температурой плавления 1065°С (табл. 19).
Таблица 19
Данные по растворимости кислорода в твердой меди при температурах, лежащих ниже точки образования эвтектики
Температура, °С Растворимость кислорода, см*1100 г Растворимость кислорота, вес, % Температура, °с Растворимость кислорода, СМ31100 2 Растворимость кислорода, вес. %
600 800 5,0 6,6 0,0071 0,0094 950 1050 7,0 10,9 0,0100 0,0156
Из практики пайки известно, что особенно интенсивно окисная пленка растворяется в основном металле при нагреве титана и его сплавов в вакууме. Так, при разрежении 1,33—1,33 - 10-2 н/м2 (10-2ч-10-4 мм рт. ст.) и температуре 1000° С вследствие растворения пленки улучшаются условия флюсования и обеспечивается получение качественных паяных соединений. Это обстоятельство вполне согласуется с имеющимися данными о том, что окисная пленка на титане растворяется в нем уже при 700° С [6]. Распределение кислорода между окисной пленкой и металлом в случае окисления титана при 1000°С в зависимости от времени выдержки показано на рис. 31, а [7]; зависимость количества поглощаемого ти-
102
таном кислорода от времени при различных температурах — на рис. 31, б.
Таким образом, при пайке металлов в нейтральных газовых средах и вакууме удаление окисной пленки в значительной мере происходит и в результате растворения ее в основном металле. При снижении д) температуры, после пайки избыточное количество растворенного кислорода выделяется и переходит в окислы,но распределение их в шве будет другим, примет объемный характер, что не может уже существенно отразиться на свойствах паяных соединений.
6)
§ 10. УДАЛЕНИЕ ОКИСНОЙ ПЛЕНКИ В АКТИВНЫХ СРЕДАХ
При пайке металлов в активных газовых средах удаление окисной пленки с поверхностей основного металла и припоя происходит в результате восстановления окислов активными компонентами сред или химического взаимодействия окислов с газообразными флюсами, продуктами которого являются летучие вещества или легкоплавкие шлаки.
Рис. 31. Распределение кислорода между окисной пленкой и металлом. при окислении титана, температура 1000° С (а); количество поглощаемого титаном кислорода в зависимости от выдержки при различных температурах (б):
/ — общий прнвес; 2 — привес вследствие образования окисной пленки; 3 — привес вследствие растворения кислорода в ти-
103
Экспериментально установлено, что скорость восста* новления окислов не находится в прямой зависимости от упругости кислорода при их диссоциации. Отрыв кислорода из кристаллической решетки твердой фазы при термической диссоциации и процесс восстановления подчиняются различным закономерностям. Диссоциация окиси серебра, например, наблюдается только, начиная с 300° С, восстановление же ее водородом идет уже при комнатной температуре.
