Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Как установлено автором совместно с Ю. Ф. Шейным, наименьшая температура начала растекания (рис. 50, а) и наибольшая площадь растекания (рис. 50, б) по меди соответствуют разрежению 1,33 н/м2 (10~2 мм рт. ст.). При применении тех же металлов в качестве припоев при пайке армко-железа наибольшая площадь растекания и наименьшая температура растекания также соответствуют разрежению 1,33 н/м2 (10~2 мм рт. ст.). При пайке никеля марки НП-2 индием наибольшая площадь растекания соответствует разрежению 1,33-10-1 н/м2 (10-3 мм рт. ст.). В то же время при пайке никеля высокотемпературным припоем ПСр72 наибольшая площадь растекания, как и при пайке этим припоем меди и армко-железа, соответствует разрежению 1,33 н/м2 (10~2 мм рт. ст.).
Рис. 48. Зависимость краевого угла смачивания молибдена припоями системы медь — золото от легирования палладием
167
к а *' о.
с
а
Oi я ^ } Q, I QJ «>
с
Is
|S
cs |
. .'О
О
о
«3 \0 »=S О
о
<я и сх с т <=>
а
о
S
s
ZJ
S
Л
СО
При пайке серебра индием и оловом при температуре 500° С площадь растекания припоев не зависит от разрежения в камере пайки.
Причиной аномалии -в изменении температуры начала растекания (температуры смачивания) и площади растекания в зависимости от разрежения в камере пайки является взаимодействие остаточных газов с основным металлом и расплавом припоя. При определенной, завися-
Рис. 50. Зависимость от степени вакуучирования: а — температуры начала растекания Ga, In, Sn, Bi, Cd, Pb по меди; б — площади растекания In и Sn по меди
щей от природы и парциального давления газов, адсорбируемости происходит наибольшее снижение меж-фазной энергии на границе основной металл — расплав припоя, что соответствует экстремальному изменению температуры смачивания и площади растекания.
Механические испытания паяных образцов показали, что при разрежении, обеспечивающем наибольшее растекание припоев, прочность соединения по сравнению с прочностью при пайке в более глубоком вакууме не снижается, а в большинстве случаев наблюдается даже ее повышение.
Растекание припоев по покрытию зависит от толщины покрытия. Так, при пайке припоем ПСр72 стали Х18Н9Т, подвергнутой химическому никелированию, на-
169
дежное растекание происходит лишь при толщине покрытия не менее 15 мкм.
В опытах по растеканию оловянносвинцового припоя, содержащего 60% олова, по поверхности электролитически облуженной меди с применением спиртоканифольно-го флюса установлена линейная зависимость между толщиной покрытия и растекаемостью припоя. При этом толстые покрытия сохраняют способность подвергаться пайке после более длительного срока хранения.
§ 15. КАПИЛЛЯРНОЕ ТЕЧЕНИЕ ПРИПОЕВ В ЗАЗОРЕ
Опытами установлено, что прямой зависимости между растеканием припоя по поверхности металла и течением его в зазоре нет. Так, припои на алюминиевой основе (34А, В62 и др.) хорошо растекаются по поверхности сплава АМгб, но не затекают в капиллярный зазор. С другой стороны, припои системы Ni — Сг — Si плохо растекаются по поверхности стали Х18Н9Т и сплава ЭИ437Б, но хорошо затекают в капиллярные зазоры [9]. Данное обстоятельство может быть объяснено активным взаимодействием расплавленного припоя с основным металлом. В капиллярном зазоре незначительное количество расплавленного припоя интенсивно насыщается компонентами основного металла, что ведет к повышению температуры плавления и потере способности течь. На поведение припоя при растекании по поверхности и течении в зазоре может влиять присутствие в расплаве отдельных кристаллических образований. Если размеры их в расплаве будут превышать величину капиллярного зазора, то течения припоя в нем не будет. Даже в условиях заполнения литейных форм при наличии в расплаве твердой фазы в виде разветвленных дендритов в количестве 20% сплав перестает течь.
Глубина затекания в зазор меняется в зависимости от состава флюса. Так, для припоя, состоящего из 50% олова и 50% свинца, при переходе от неорганического флюса на основе хлористого цинка на органические (молочная кислота, смеси смол) глубина затекания между стальными пластинками снижается приблизительно в 10 раз. Кривые, характеризующие зависимость высоты подъема припоев системы олово — свинец в капилляр-
170
Ном зазоре при пайке Меди и бронзы с различными флюсами, изображены на рис. 51. При пайке погружением в расплавленные припои на течение в зазоре большое влияние оказывает предварительный подогрев деталей. Для тех же составов основного металла и припоя при флюсовании хлористым цинком подогрев (до температуры пайки) вызывает резкое увеличение глубины затекания.
Рис 51. Зависимость высоты капиллярного поднятия припоев системы олово — свинец от состава при пайке меди 1 и бронзы 2 флюсами различного состава
При оценке смачивания поверхности и капиллярного течения припоев пользуются статической теорией, рассматривающей форму жидкости на поверхности твердого тела в условиях наименьшей свободной поверхностной энергии системы, и динамической, рассматривающей течение жидкостей. На основе статической теории можно оценить силы, под действием которых происходит течение припоев в процессе пайки. Динамическая теория применяется для установления причин, от которых зависит заполнение шва припоем. Согласно статической теории избыточное давление может быть выражено высотой столба жидкости над заданным уровнем и его плотностью. Например, если жидкость течет по капилляру диаметром d (рис. 52, а), то высота его подъема над заданным уровнем поверхности ванны согласно первому уравнению капиллярности определяется разностью давлений
