Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Контактно-реакционным спаем называется прослойка сплава переменного состава, образующаяся на границе с основным металлом в результате контактного плавления. Этот вид спая возникает, когда:
1) пайка разнородных металлов идет без припоя и при температурах ниже их точек плавления;
2) взаимодействующие металлы дают эвтектические сплавы, ограниченные твердые растворы с эвтектикой или непрерывные твердые растворы с минимумом на кривой ликвидуса;
3) процесс формирования спая при наличии растворимости в твердом состоянии начинается с образования диффузионных зон;
4) развитие процессов взаимодействия в зоне спая происходит в направлении увеличения количества жидкой фазы в шве.
24
Условия образования контактно-реакционного спая:
Т K.n.min <та<т ПЛ.О.М j
где 7K.n.min — температура плавления эвтектики или твердого раствора с наименьшей температурой плавления в системах с минимумом на кривой ликвидуса.
Если взаимодействующие металлы дают ограниченные твердые растворы с эвтектикой или не обладают растворимостью в твердом состоянии, то пайка при температуре Ти ттmm приводит к образованию в шве сплава эвтектического состава.
В системах с ограниченной растворимостью, если контактно-реакционная пайка производится при температурах выше эвтектической, то прекращение нагрева ведет к выделению избыточного компонента в виде твердого раствора на поверхность взаимодействующих металлов.
При отсутствии растворимости взаимодействующих металлов в твердом состоянии контактно-реакционная пайка при температурах выше эвтектической приводит к образованию прикристаллизованных слоев в результате выделения из расплава при затвердевании основного металла.
В системах с неограниченной растворимостью в твердом состоянии независимо от температуры пайки в шве образуются непрерывные твердые растворы. Исходя из условий взаимодействия в шве, контактно-реакционный спай во. всех случаях состоит из диффузионной зоны и слоя кристаллических образований на межфазной границе. При образовании контактно-реакционного спая изотермическая кристаллизация происходить не может, что является особенностью этого вида спаев.
В процессе пайки расплавленные припои, смачивая твердый основной металл, оказывают на него адсорбционное воздействие.
В зависимости от конкретных условий под влиянием адсорбционного эффекта твердое тело может стать более пластичным или более хрупким или обнаружить склонность к самопроизвольному диспергированию [24]. Адсорбционное понижение прочности твердых металлов под действием расплавов более легкоплавких металлов
25
Наблюдаетсй, когда Взаимодействующие Металлу дают диаграмму состояния эвтектического типа с узкой, но конечной областью растворимости. Однако и в тех случаях, когда основной металл и припой не сплавляются и не образуют химических соединений, возможно смачивание легкоплавким металлом тугоплавкого и проявление адсорбционного эффекта. Например, железо и свинец в жидком состоянии практически нерастворимы друг в друге. Вольфрам также не образует сплавов с медью, марганцем, серебром, оловом. В то же время указанные легкоплавкие металлы при пайке смачивают железо и фольфрам, затекают в капиллярные зазоры и обеспечивают формирование соединений [25]. При образовании такого спая иногда требуется высокая степень термической активации, что достигается перегревом (табл. 2).
Таблица 2
Необходимый перегрев при пайке вольфрама медью, марганцем, серебром и оловом в среде водорода с точкой росы —50° С и содержанием кислорода ие выше 0,0005% по объему
Основной металл Припой Температура плавления припоя, °С Температура пайки, °С Перегрев, °С
Вольфрам Олово 231,9 930 698,1
Медь 1083 1120 37
п Марганец 1250 1500 250
щ Серебро 960,8 1300 339,2
Как видно из табл. 2, пайка медью протекает при обычном перегреве; для марганца, серебра и олова требуется значительный перегрев. По характеру частиц вольфрама в зоне сплавления можно судить о том, что в данном случае при пайке происходит не истинное растворение основного металла в припоях, а диспергирование на частицы коллоидных размеров в результате сильного снижения свободной поверхностной энергии под действием расплава припоя (рис. 5). Припои, являясь поверхностно-активными, способствуют измельчению зерен вольфрама.
26
В соответствии с этим спай между несплавляющими-ся и не дающими химических соединений металлами назван диспергированным.
При длительных выдержках соединительный зазор перекрывается дисперсными частицами. В результате в зоне паяного соединения возникает непрерывная структурная связь.
Рис. 5. Микроструктура границы основной металл— зона сплавления при пайке вольфрама оловом в среде водорода; Х1350
Взаимодействие металлов на границе фаз. Взаимодействие между основным металлом и расплавленным припоем при температуре пайки представляет сложный процесс. Большие отклонения от идеальной схемы и сложность определения термодинамических свойств взаимодействующих компонентов затрудняют применение термодинамических закономерностей для расчета условий фазового равновесия. Поэтому исследование процессов взаимодействия твердых и жидких металлов ведется обычно экспериментально.
