Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Эффект сфероидизации при контактном плавлении проявляется в системах эвтектического типа и в системах, образующих твердые растворы с минимумом на кривой ликвидуса. Количественная закономерность процесса порообразования в результате эффекта сфероидизации в двойных системах, когда состав сфероида жидкофазный (до момента образования в нем твердой фазы в результате изотермической кристаллизации), описывается уравнением [23]:
_ 3ft
U=W^{U,-W,)e R , (V.32)
где U — текущая концентрация в сфероиде диффундирующего из него компонента; W0— концентрация диффундирующего из сфероида компонента в зоне сплавления; Uq—исходная концентрация в сфероиде диффундирующего из него компонента; h — коэффициент массопередачи через шлаковую пленку на поверхности сфероида, равный коэффициенту диффузии металла в шлаке, деленному на толщину шлаковой пленки; R — радиус сфероида; t—время порообразования.
С момента возникновения в объёме сфероида твердой фазы вследствие изменения его состава (выделения избыточной фазы, вызванного диффузионным процессом) жидкая и твердая фазы в сфероиде остаются неизмен-
248
яыми до полного отвердевания остатка в образовавшейся поре. Состав жидкой и твердой фаз соответствует пересечению изотермы температуры пайки соответственно с линиями ликвидуса и солидуса диаграммы состояния взаимодействующих металлов.
Эффект сфероидизации наблюдается и при капиллярной пайке. На рис. 86 показана микроструктура соединения при пайке серебра эвтектикой серебро — медь, т
шкшшя
*
Рис. 86. Зона сплавления при пайке серебра эвтектикой серебро—медь в среде водорода.
Температура пайки 800° С, выдержка 1 мин., ХМ50
которой видно, что в зоне сплавления имеются поры, образовавшиеся в результате эффекта сфероидизации.
Из существующих припоев наиболее склонен к порообразованию в результате эффекта сфероидизации стандартный серебряномедный припой ПСр72. Легирование его кремнием позволяет предотвратить порообразование и обеспечить при пайке более высокие прочностные свойства соединений. Состав припоя, обеспечивающего получение беспористых швов: серебро — 71,0%, медь —
27,8%, кремний — 1,2%.
Эффект сфероидизации наблюдается не только при пайке, но и в других процессах, связанных с высокотемпературным нагревом и плавлением металлов.
9—3451
Глава VI КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
§ 22. ОСОБЕННОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПРИ ПАЙКЕ
Характер и особенности кристаллизации при пайке связаны прежде всего со спецификой образования паяных соединений в результате затвердевания тонкой прослойки расплавленного металла, находящейся в зазоре, образуемом поверхностями соединяемых деталей.
Основными особенностями кристаллизации при пайке являются:
1. Неравновесность процесса.
2. Активное взаимодействие между расплавленным припоем и основным металлом в зоне спая.
3. Влияние на процесс кристаллизации основного металла.
4. Ярко выраженная ликвация в шве.
5. Зависимость характера кристаллизации от количества припоя в соединительном зазоре.
Неравновесность процесса. Для образования из жидкого раствора кристаллов равновесного состава требуется такое перераспределение атомов между жидкой и возникающей из нее твердой фазой, чтобы между ними имелась разность концентраций, определяемая расстоянием по горизонтали между линиями ликвидуса и соли-дуса диаграммы состояния взаимодействующих металлов. В условиях кристаллизации в паяных швах одновременно идут ограниченные по времени и сложные процессы взаимодействия в системах: основной металл —
— флюс — припой — атмосфера воздуха или основной металл — контролируемая газовая среда — припой, со-, стояние равновесия в которых, как правило, не достигается. Поэтому протекающие при образовании паяного соединения процессы, в том числе и кристаллизация, отличаются неравновесностью. При неравновесной кристаллизации обычно частично подавляется выравнивание состава не только в твердой, но и в жидкой фазе. Как известно, неравновесность кристаллизации сплавов приводит к дендритной ликвации, что, в свою очередь, вызывает выделение в шве, наряду с тугоплавкой, более
250
легкоплавкой составляющей, обладающей повышенной хрупкостью, и менее прочной.
Взаимодействие на границе фаз. Физико-химические процессы при пайке протекают в зазорах порядка 0,05— 0,3 мм, поэтому количество жидкого металла, находящегося в шве, весьма незначительно. Это приводит к тому, что при температуре пайки получают большое развитие процессы взаимодействия основного металла и расплавленного припоя, в результате чего припой, особенно при высокотемпературной пайке, интенсивно легируется компонентами основного металла. Этот процесс усиливается вследствие удаления с основного металла окисной пленки при флюсовании и возникновения в результате этого непосредственного металлического контакта с припоем.
В случае образования диспергированного спая, когда основной металл и припой не дают сплавов, и, следовательно, невозможно истинное растворение основного металла в расплаве припоя, насыщение припоя основным металлом происходит за счет диспергирования основного металла в результате сильного снижения свободной поверхностной энергии на границе твердый металл — расплав. Так, в системах Fe — Ag, W — Sn, W — Mn и других при применении легкоплавких металлов указанных пар в качестве припоев происходит интенсивное насыщение припоя дисперсными частицами основного металла, приводящее к изменению условий кристаллизации [1].
