Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
6*
163
росту вязкости, слабые связи вызывают уменьшение вязкости.
Растекание припоев по основному металлу в значительной степени зависит от их компонентного состава. На рис. 45 показаны кривые, характеризующие растека-емость припоев системы медь — цинк — никель по поверхности сталей ЭИ659, Х18Н9Т и ЭИ654 в среде диссоциированного аммиака в зависимости от содержания
в них олова. Растекаемость оценивается отношением площади растекания припоя F к площади основания f таблетки припоя. Как видно из рисунка, с увеличением содержания олова в припое растекаемость его возрастает особенно интенсивно по стали ЭИ659 [1].
Механизм растекания припоев связан или с взаимодействием их парообразной фазы с основным металлом или с поверхностной диффузией расплавленного припоя. Поскольку отдельные компоненты,входящие в состав припоев, имеют значительное давление насыщенного пара при температуре пайки, то, по-видимому, при растекании имеют место оба указанных механизма в сочетании, определяемом соотношением физико-химических свойств припоя и основного металла, а также условиями пайки.
Растекание расплава припоя по поверхности основного металла, как и всякой жидкости по поверхности твердого тела, зависит от соотношения сил адгезии припоя к поверхности основного металла, т. е. сцепления с поверхностью, и когезии, характеризуемой силами связи между частицами припоя.
Растекание будет иметь место, если работа адгезии Ладг к поверхности основного металла равна или больше работы когезии Лког частиц припоя. Разность между ними называют коэффициентом растекания:
Содержание Sn, %
Рис. 45. Зависимость площади растекания припоев системы медь — цинк — никель в среде диссоциированного аммиака от содержания олова
164
^раст—^адг—Лког — ®j 2 ( ^ “Ь ®~ ^®1,2— °i_2 (COS 0 1).
(IV.26)
Таким образом, растекаемость по поверхности основного металла расплавленного припоя определяется коэффициентом его поверхностного натяжения и краевым углом смачивания 0. Зависимость между растеканием припоя по основному металлу и его поверхностным натяжением имеет сложный характер. Так, для сплавов свинец — олово (рис. 46) в интервале от 50 до 70% содер-
Содержание Snt бес. %
Рис. 46. Изотермы поверхностного натяжения при температуре плавления и 300° С для сплавов свинец — олово
жания олова коэффициент поверхностного натяжения при температуре плавления постепенно уменьшается по линейному закону. Растекаемость же сплавов свинец — олово при флюсовании 50%-ным раствором хлористого цинка по стали приблизительно при той же температуре имеет максимум при эвтектическом (рис. 47, а), а по меди при доэвтектическом (рис. 47, б) содержании олова как при малом, так и при значительном перегреве в процессе пайки.
С повышением температуры нагрева при пайке площадь растекания чистого олова приблизительно остается постоянной, а растекаемость сплавов свинец — олово эвтектического состава растет, если перегрев не превышает 40—50° С. Дальнейший перегрев сплава ведет к сниже-
165
нию растекаемости, что связано с усилением химического взаимодействия между припоем, флюсом, основным металлом и окружающей газовой средой.
Растекание припоя по основному металлу при пайке происходит иногда в две стадии. Первая соответствует быстрому растеканию под действием сил поверхностного натяжения, вторая характеризуется медленным растеканием. Такое вторичное растекание наблюдается, например, при пайке меди припоями, содержащими от 30
Рис 47. Растекаемость оловянносвинцовых припоев по стали и меди в зависимости от состава и температуры перегрева выше ликвидуса припоя: а — растекаемость по стали; б— растекаемость по медн
до 70% олова, т. е. наиболее распространенными оловянносвинцовыми припоями ПОС-ЗО, ПОС-40, ПОС-61. В отдельных случаях на второй стадии площадь, образованная растекающимся припоем, может несколько уменьшаться или эффект вторичного растекания совершенно прекратится. Данное обстоятельство зависит от физикохимических свойств взаимодействующей пары и температуры. Так, припой ПОС-40 при температуре 250° С имеет характерное вторичное растекание, при 300°С оно полностью отсутствует.
Между растекаемостью и краевым углом смачивания зависимость прямая: чем меньше краевой угол, тем лучше жидкость растекается по поверхности твердого тела. На рис. 48 представлена зависимость краевого угла смачивания молибдена в атмосфере водорода припоями системы медь — золото от содержания в них палладия, из
166
которой видно, что с увеличением легирований прйпой палладием полное смачивание наступает при меньшем перегреве [8]. Зависимость краевого угла смачивания припоем ПСр72 титана, ниобия и молибдена от температуры и времени выдержки по данным Казакевича 3. А. и Жемчужиной Е. А. показана на рис. 49, а, б, в. Из рисунка видно, что при незначительном увеличении времени выдержки краевой угол смачивания уменьшается. Дальнейшая выдержка практически не влияет на краевой угол. С увеличением температуры пайки краевой угол уменьшается и, следовательно, растекаемость припоя увеличивается.
Растекаемость припоев при пайке в вакууме зависит от степени вакуумирования.
