Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
По воздействию на твердые металлы внешние среды могут быть:
неактивными, практически не влияющими на механические свойства металлов. К таким средам относится, например, чистый сухой воздух, углеводороды;
поверхностно-активными, к которым относятся химически неактивные или мало активные среды, такие, как растворы поверхностно-активных веществ в углеводородах и иногда в воде. В этих средах происходит адсорбирование поверхностью активных молекул, что приводит к снижению усилия, необходимого для деформирования металлов. Адсорбционное понижение прочности металлов в органических средах сравнительно невелико;
182
диффузионно воздействующими, такими, как газы, растворяемые или поглощаемые твердыми металлами, и жидкие металлы;
химически активными, вызывающими явления электрохимической коррозии. Такие среды снижают прочность, пластичность и выносливость металлов. К ним относятся вода и водные растворы различных электролитов;
радиационными, в процессе распада которых нейтроны воздействуют на кристаллическую решетку металлов и вызывают изменение структуры и свойств металлов.
Действие этих активных сред, за исключением радиационных, начинается с адсорбции на границе раздела фаз. Взаимодействие по поверхности металла или проникание в объем металла является уже вторичным процессом, результатом которого в определенных условиях может быть хрупкое разрушение, характерное зеркальным сколом по плоскостям спайности кристаллов. В пластичных металлах часть энергии, освобождаемой при раскрытии трещины, расходуется на создание новой свободной поверхности, а другая часть — на пластическое течение металла. Поэтому в зоне разрушения, наряду с хрупким сколом, может происходить и пластическая деформация.
При применении в качестве активных сред металлических расплавов воздействие их на твердые металлы может происходить вследствие:
1) уменьшения поверхностной энергии твердых металлов при адсорбции на них расплавов;
2) проникания активных молекул расплавов металлов в микротрещины на поверхности твердых металлов и расклинивания их. Поверхностно-активные вещества, адсорбируясь на поверхностях, образованных дефектами, способствуют дальнейшему их развитию, что приводит к понижению прочности металла и повышению его деформируемости и, в конечном счете, вызывает разрушение металла (эффект Ребиндера);
3) образования между основным металлом и расплавом твердых растворов или интерметаллических соединений, обладающих повышенной хрупкостью;
4) растворения основного металла в расплаве.
Наличие на поверхности металла загрязнений, окис-
ных пленок, а также остаточных напряжений, наклепа,
183
различных дефектов от субмикроскопических до макроскопических имеют очень большое значение. Если на поверхности основного металла имеются пленки с неметаллической связью, то они затрудняют доступ расплава к твердому металлу и ухудшают условия взаимодействия между ними. Способ нанесения расплавленного металла на поверхность твердого металла не оказывает заметного влияния на эффект снижения его прочности. Так, не имеет значения, наносится ли легкоплавкий металл электролитически или погружением в расплав. Состояние поверхностного слоя основного металла определяет эффективность воздействия расплава. Если твердый металл подвергался механической обработке, например, резанию, шлифованию, способствующими развитию деформа-дий, то воздействие расплава усиливается. Наоборот, если основной металл был отполирован или накатан, что влечет сглаживание поверхностных дефектов, то воздействие расплава значительно снижается. Это свидетельствует о том, что расплавленный металл взаимодействует со значительным объемом твердого металла. В процессе проникания расплава в металл происходит уменьшение поверхностной энергии дефектов и их адсорбционное расклинивание. Дальнейшее взаимодейст-ние ведет к прониканию атомов жидкого металла в решетку твердого металла или химическому взаимодействию между ними.
Опыты, проведенные на образцах из Zn, Cd и Sn с применением расплавов Hg, Ga и Sn —Pb, показали, что обычная диффузия в процессе воздействия расплавов на твердые металлы не играет заметной роли. Основное значение приобретают проникание расплава в дефекты на твердом металле и связанное с этим уменьшение свободной мажфазной энергии на поверхности первоначальных трещин.
При разрушении поликристаллических образцов под влиянием расплавов, наряду с трещинами по границам зерен, наблюдаются также немногочисленные трещины и на отдельных зернах. Это свидетельствует о том, что наличие межкристаллитных границ не является необходимым условием для проявления эффекта снижения прочности и пластичности в присутствии расплавов металлов. Таким образом, эффект понижения прочности связан с уменьшением поверхностной энергии твердых металлов,
184
Что происходит в первую очередь в тех случаях, когда взаимодействующие металлы имеют диаграмму состояния эвтектического типа, а расплавленный металл не вступает в химическое взаимодействие с твердым, растворяясь в нем в весьма небольших количествах. В то же время роль межзеренных границ в этом явлении остается определяющей, поскольку в условиях снижения межфазной энергии под действием расплава границы зерен являются наиболее ослабленным местом. Это объясняется тем, что граница зерен обладает значительным избытком свободной энергии ввиду нескомпенсированности молекулярных сил. Поэтому на поверхностях с избыточной свободной энергией происходит более активная адсорбция расплава, что приводит к снижению прочности.
