Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Эндотермический характер абсорбции водорода в металлы преобладает в Fe, Ni, Си, Со, AI, Mg, Sn, Ag и Pt.
134
Изобары абсорбции водорода некоторыми из этих металлов при давлении 0,1 Мн/м2 (1 ат) приведены на
рис. 37 [18].
При экзотермической абсорбции водорода выделяется теплота, что при неизменном давлении газа ведет к уменьшению растворимости его в металле. Экзотермическая абсорбция происходит при растворении водорода в Pd, Ti, V,
Та, Zr, Nb, Th, Се.
Непосредственное взаимодействие газа с этими металлами при достаточной концентрации водорода приводит к образованию гидридов. Поэтому зависимость (III.30) растворимости водорода в металле в случае экзотермической абсорбции справедлива лишь в пределах физической растворимости газа.
Нагрев металлов, экзотермически взаимодействующих с водородом, в средах, содержащих водород, недопустим.
Водород в металлах может находиться в растворенном состоянии, адсорбированным на несовершенствах кристаллической решетки, в виде скоплений в микрополостях, адсорбированным на поверхностях микрополостей и частиц вторых фаз, а также в виде гидридов металлов.
Кристаллическая решетка и свойства металлов при растворении в них водорода сохраняются. Однако твердые растворы водорода в металлах имеют своеобразное строение. Например, в системах железо — водород, никель— водород и других водород не располагается в атомарном виде ни в узлах решетки, ни в междоузлиях, где он должен бы быть, если бы система являлась твер-
Темперашура Т, ’К
В
I
«V»
§
200 U00 600 воо Ю00 1200 !Ш 1600 Температура t, °С
Рис. 37. Изобары адсорбции водорода никелем, железом, кобальтом и медью при давлении 0,1 Мн/м2 (1 ат)
135
дым раствором замещения или внедрения. С повышением температуры растворимость водорода в железе увеличивается (табл. 23) [19].
Таблица 23
Значения равновесной растворимости водорода в чистом железе при давлении молекулярного водорода 0,1' Мн/мЯ (760 мм рт. ст.)
Температура, °С Растворимость водорода на 100 г железа, мл Температура, °С Растворимость водорода на 100 г железа, мл
500 0,6 1200 8,2
700 1,8 1250 8,8
900 (а-железо) 3,0 1350 10,1
900 (7-железо) 4,7 1400 (^-железо) 10,5
1100 7,0 1400 (8-железо) 10,1
При снижении температуры растворенный водород выделяется из металла. Наличие водорода в металлах снижает их пластичность, что при определенном содержании газа приводит к водородной хрупкости.
В процессе пайки наиболее вредное воздействие водород оказывает на металл шва, поскольку взаимодействие его с расплавом припоя протекает наиболее активно. Согласно исследованиям, проведенным на сварных швах в металлах, эндотермически абсорбирующих водород, интенсивная кристаллизация и быстрое охлаждение расплава приводят к образованию в нем пересыщенных твердых растворов водорода. Если концентрация водорода в жидком металле больше некоторой критической величины, при охлаждении металла пересыщение увеличивается, что приводит к выделению газа и образованию пор [20].
Наличие водорода в паяном шве может вызывать образование трещин. Однако в связи с тем, что при пайке нагрев более равномерный и металл шва находится в жидком состоянии более длительное время, чем при сварке, водород может выделяться и, следовательно, снижаться его содержание в шве. Данное обстоятельство является одной из причин значительно меньшего трещи-нообразования в паяных швах по сравнению со сварными.
136
При содержании в металле водорода выше установленного предела назначается вакуумный отжиг. Титан, например, отжигается в вакууме 0,013 н/м2 (10-4 мм рт. ст.) при температуре 700—800° С. Вакуумный отжиг ниобия производится при температуре 1700—2000°С с той же степенью разрежения. Однако вакуумный отжиг следует применять не всегда, так как он является иногда причиной потери пластичности металлом. После отжига металл активно поглощает водород даже из паров воды, в результате чего на поверхности металла образуется хрупкий слой. Кроме того, вакуумный отжиг является дорогостоящей операцией. Поэтому для уменьшения насыщения металлов водородом целесообразно назначать такие технологические процессы их обработки, которые обеспечивали бы меньшее содержание в них водорода. Для снижения содержания водорода в паяных швах необходимо применять обезвоженные флюсы и газовые среды с наименьшим содержанием влаги; технология получения припоев должна способствовать тому, чтобы в них содержалось как можно меньше водорода. Для предупреждения поглощения водорода основным металлом в процессе его травления в растворах кислот и щелочей следует выбирать такие составы травителей, которые не вызывали бы наводороживания.
Взаимодействие азота с металлами. Основным источником азота при флюсовой пайке является окружающая атмосфера. При пайке в азотсодержащих газовых средах, наряду с удалением окисной пленки, происходит процесс взаимодействия азота с металлами. В зависимости от температуры азот может быть в молекулярном, атомарном и ионизированном состояниях. Диссоциация молекулярного азота протекает по реакции
N2^2N—712,3 кдж/молъ (170 ккал/молъ).
