Технология пайки изделий в машиностроении - Лашко С.В.
ISBN 5-217-01456-3
Скачать (прямая ссылка):
Активные газы, их температурные интервалы активности при пайке. Пригодность активного газа для пайки металлов определяется термодинамическими условиями протекания реакции его взаимодействия с оксидами в сторону их восстановления; состоянием продуктов реакции. Термодинамические условия в равновесном состоянии определяются величиной изобарного потенциала реакции AZ; при AZ < 0 реакция взаимодействия активного газа с оксидом идет в сторону восстановления оксида, при AZ > 0 — в сторону окисления паяемого металла. Если продукты реакции находятся в твердом состоянии, то они препятствуют смачиванию и растеканию жидкого припоя по паяемому металлу, и активная газовая среда, несмотря на благоприятные термодинамические условия восстановления оксидов металлов, может оказаться непригодной для пайки (например, при нагреве Cd, Со, Cu, Mo, Ni,
Si, Pb, W, в газе СО при < 810°С).
Восстановление оксидов при воздействии активных газов состоит из следующих стадий: адсорбции активного газа на поверхности оксидной пленки; отрыва кислорода от оксида и адсорбции его молекулой активного газа; образования новых фаз — продуктов реакции газа восстановителя и оксида; десорбции образовавшегося соединения с контактной поверхностью взаимодействия.
238
Активные газы через поры и трещины проникают в пленку оксида и взаимодействуют с ним по всей толщине пленки. Широкое применение в качестве активной газовой среды нашел водород. Ниже приведены основные данные, характеризующие активные газы для пайки металлов, а также температурные интервалы, в которых изменение изобарного потенциала оксидов металлов меньше нуля.
Существенное влияние на активность газовых сред оказывает содержание в них примесей кислорода и следов влаги. Пайка меди свинцом в водороде возможна только при температуре >. 900*С. При использовании спеченной пористой ленты из меди или никеля, располагаемой предварительно в зазоре, вследствие очень малого содержания кислорода в порах и подвода жидкого свинца, уложенного у зазора, через капилляры ленты, температура пайки меди свинцом в водороде снижается до 430*С для медной и до 340*С для никелевой ленты.
Изменение изобарного потенциала показывает, что в водороде карбиды хрома, марганца, вольфрама, циркония восстанавливаются при температуре 327 — 527"С. Для предотвращения обезуглероживания стали в водороде в него вводят метан СНд, который активно взаимодействует со сталью при температуре 577 — 677*С.
Если сталь содержит легирующие компоненты с высокой активностью с кислородом, которые не образуют сплошной оксидной пленки на ее поверхности, то пайка в водороде также возможна. Однако в этом случае необходима тщательная очистка водорода от примесей кислорода и следов влаги.
На обезуглероживание или науглероживание стали при пайке в водороде влияет содержание в нем паров воды и кислорода. Увеличение влажности водорода усиливает обезуглероживание. Разбавление водорода нейтральными газами в соотношении, достаточном для восстановления оксидов, заметно снижает эффект обезуглероживания стали.
Согласно термодинамическим расчетам, при нагреве кадмия, кобальта, меди, железа, германия, молибдена, вольфрама, никеля в СО до 720 — 920*С не возникает опастности науглероживания. Для кремния, марганца, хрома, ниобия, титана при температуре выше 1230'С СО является окислительной и науглероживающей средой.
При температуре до 827*С CO2 не окисляет кадмий, кобальт, медь, германий, молибден, свинец и сурьму, но окисляет железо при температуре выше 827*С с образованием Fe2O3, а при температуре до 1103'С — с образованием FeO. При более высоких температурах СО не окисляет молибден.
Одним из активных газов при пайке является водород, хорошо очищенный от влаги и кислорода. Однако из-за высокой взрывоопасное™ его применяют только в случаях, когда невозможно
239
использовать менее взрывоопасные азотно-водородные газовые смеси, например при печной пайке высоколегированных сталей.
Азотно-водородная смесь, получаемая при диссоциации аммиака в присутствии в качестве катализаторов оксидов железа и при нагреве до температуры 500 — 600°С, содержит 75 % водорода, остальное составляет азот. Разложение аммиака при этом должно быть полным, так как недиссоциированный аммиак, соединяясь с кислородом, образует оксид азота, который способствует обезуглероживанию стали (при содержании ~ 0,2 % оксид азота). Азотно-водородную смесь надежно очищают от недиссоциированного аммиака, пропуская ее через слой воды, которая интенсивно растворяет аммиак при нормальной температуре и давлении.
Азотно-водородная смесь может быть получена из аммиака при его диссоциации с последующей сушкой, при частичном сжигании аммиака, диссоциированного на воздухе или при смешении азота с диссоциированным аммиаком.
Для пайки в качестве активных газовых сред нашли достаточно широкое применение также искусственные промышленные газы, получаемые при частичном или неполном сжигании предельных углеводородов (эндотермические газы). Такие активные газовые среды получают сжиганием метана при коэффициенте избытка воздуха а — 0,25. Если эндогаз с коэффициентом избытка воздуха а — 0,6 и а — 0,69 пропустить через раскаленный древесный уголь, то содержание H2O и CO2 соответственно снизится до 0,06 и 0,2 %.
