Технология пайки изделий в машиностроении - Лашко С.В.
ISBN 5-217-01456-3
Скачать (прямая ссылка):
О характере физико-химического взаимодействия шва с основным материалом можно судить по виду границы их раздела.
Форма границы раздела основного металла и жидкого припоя после их взаимодействия зависит от характера контактного
50
жидкотвердого плавления, которое может быть межзеренным или фронтальным (общая химическая эрозия). Форма границы спая определяется характером взаимодействия Мк и Mn.
Когда основной металл и контактирующий с ним жидкий припой не растворяются друг в друге (диаграмма состояния типа о), а следовательно, не происходит и твердожидкого плавления паяемого металла, на границе шва может происходить обмен только электронами, но не атомами, т.е., по существу, происходит не пайка, а склеивание "металлическим клеем". Граница раздела шва и основного металла при этом повторяет профиль последнего (без слоя совместной кристаллизации).
Совместная кристаллизация на поверхности спая при затвердевании шва возможно только тогда, когда в жидкой фазе, образовавшейся при взаимодействии жидкого припоя В и паяемого металла А, содержатся атомы последнего и растворимость их резко уменьшается при понижении температуры [11]. При этом образование и рост первичных кристаллов на основе А оказываются энергетически более выгодными на поверхности паяемого металла А
Если в результате контактного твердожидкого плавления паяемого металла в припое (диаграмма состояния типа 6* на рис. 4) химическая эрозия имеет межзеренный характер, в шов могут переходить целые зерна паяемого металла, не образующего твердых растворов с припоем, и может происходить совместная ориентированная кристаллизация чистого паяемого металла А на поверхности его зерен в шве и по всей сложной межзеренной поверхности спая. Толщина такого слоя зависит от растворимости А в В (Сж) при температуре пайки.
Когда компоненты A vi В образуют между собой ограниченные диаграммы состояния типов г, д на рис. 4) или неограниченные диаграммы состояния типов е, ж) твердые растворы, обычно развивается общая химическая эрозия паяемого металла, а при кристаллизации от поверхности спая образуется слой совместной кристаллизации, состоящий из твердого раствора на основе металла А. Связь между швом и паяемым металлом в этом случае, как и в предыдущем, металлическая, а прочность соединения определяется прочностью закристаллизовавшегося твердого раствора. Слой совместной кристаллизации тем больше, чем больше растворяемость AbB(CJ.
Если компоненты A vi В образуют между собой твердые растворы перитектической реакции (диаграмма состояния типа г), то слой совместной кристаллизации может иметь кайму другого твердого раствора, образующегося при температуре перитектики.
Если компоненты А и В образуют одно или несколько химических соединений (диаграммы состояния типа и), то на границе шва и основного металла обычно развивается прослойка химического соединения, богатая наиболее легкоплавким компонентом припоя. Связь между слоем химического соединения и паяемым металлом не
61
чисто металлическая. Прочность паяемого соединения определяется в этом случае прочностью связи этого слоя и паяемого металла, прочностью и пластичностью слоя химического соединения.
При пайке припоем на той же основе, что и паяемый металл, возможно лишь слабое развитие общей химической эрозии; развитие совместной кристаллизации твердого растора в этом случае аналогично совместной кристаллизации при сварке плавлением с присадочным материалом на той же основе, что и свариваемый металл. Такое паяное соединение наиболее прочное и пластичное.
В файле 3-1 приведены данные о физико-химической совместимости Мк с основой Mn при капиллярной пайке, полученные экспериментально (значения без скобок) или путем предварительного прогнозирования по характеру диаграмм состояния основ и легирующих компонентов Мк и Mn (значения в скобках).
Смачивание припоем соединяемых материалов — непременное условие пайки. Только при смачивании паяемого материала обеспечиваются растекание и затекание припоя в зазор.
Возможность смачивания металла жидким припоем при образовании адгезионной связи между ними в равновесных условиях определяется соотношением межфазных поверхностных энергий И оценивается по краевому углу смачивания 0 (условия равновесия жидкой капли на твердой поверхности): от_^ - a^^coso +
Чем лучше способность жидкости к смачиванию твердой поверхности, тем меньше краевой угол смачивания.
Реальные процессы растекания и затекания припоя в зазор достаточно сложны и только приближенно описываются с помощью теоретических представлений об изотермическом растекании и затекании припоя в зазор, не учитывающих физико-химического взаимодействия припоя с паяемым материалом и температурных условий контакта.
Дефекты в паяных соединениях. Характеристикой способности припоя к растеканию по паяемому материалу могут служить контактный угол о, площадь под растекшимся припоем или толщина слоя растекшегося припоя. Сопоставление результатов возможно только при испытании по одинаковой методике. Судить о способности жидкого припоя к смачиванию паяемого материала при растекании его на образцах, охлажденных до нормальной температуры, можно лишь в известном приближении. Для более точной оценки контактного угла смачивания необходимо измерять его при температуре пайки.
