Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Учитывая количество вводимых в припой флюсующих добавок и общее количество припоя, находящегося в капиллярном зазоре, можно сделать вывод, что процесс удаления окисной пленки под действием расплава припоя связан:
1) с восстановительными свойствами основы припоя и легирующих компонентов в нем. Основа припоя или отдельные его компоненты, являясь раскислителями, взаимодействуют с окислами основного металла, восстанавливая их;
2) с флюсующей ролью окислов, образующихся при окислении раскислителя. Аналогично протекают процессы флюсования при применении окисных флюсов типа стекол;
3) с разрушением окисной пленки в результате проявления механизмов адсорбционного понижения прочности, диспергирования и последующего растворения окислов в расплаве зоны сплавления;
4) с растворением основного металла в расплаве припоя.
Глава III
УДАЛЕНИЕ ОКИСНОЙ ПЛЕНКИ В ГАЗОВЫХ СРЕДАХ § 8. ХАРАКТЕРИСТИКА ГАЗОВЫХ СРЕД
Применяемые при пайке искусственные газовые атмосферы можно разделить на три типа: нейтральные, вакуум, активные.
Нейтральные газовые атмосферы в процессе пайки принято считать не вступающими в химическое взаимодействие ни с окисными пленками на поверхности металлов, ни с металлами. Роль газовой среды сводится к защите металлов от окисления. В качестве нейтральных сред нашли применение аргон Аг, гелий Не и азот N2.
Азот в чистом виде применяется при пайке меди и сталей. В потоке сухого азота окислы меди разлагаются при температуре 740—750° С вместо 2000° С при нагреве в атмосфере воздуха [1]. Следовательно, бесфлюсовая пайка меди в атмосфере азота возможна уже при температуре 750° С. Пайка сталей в атмосфере азота происходит при температуре около 1200° С *.
Вакуум — разреженное состояние газа, создаваемое путем откачки его насосами из контейнера или печи, в которой производится пайка. Как газовая среда вакуум защищает металлы от окисления и способствует удалению с их поверхности окисной пленки. При пайке в вакууме в результате разрежения парциальное давление кислорода становится ничтожно малым и, следовательно, резко уменьшается возможность окисления металлов. При высокотемпературной пайке в вакууме создаются условия для диссоциации окислов некоторых металлов.
Вакуум разделяют на низкий, средний (форвакуум) и высокий. Границей между высоким и средним вакуумом принято считать давление 1,33* 10-2 н/м2 (10-4 мм рт. ст.). Область давлений ниже 1,33-10 н/м2 (10-! мм рт. ст.) относят к низкому вакууму, который для пайки, как правило, не применяют. Средний вакуум от 1,33- 10 до 1,33- 10-2 н/м2 (10-! до 10-4 мм рт. ст.) используют для пайки сталей, бронз и никелевых сплавов. Высокий вакуум применяют для пайки таких активных
"¦ Взаимодействие азога с металлами рассматривается в § 11,
82
металлов, как титан, цирконий, ниобий, тантал. При отсутствии оборудования для создания высокого вакуума пайку указанных металлов можно производить в среднем вакууме при условии предварительной промывки пространства контейнера или вакуумной печи чистым аргоном. Первой операцией такой промывки является создание вакуума 1,33—1,33* 10-1 н/м2 (10-2-н-1СН мм рт. ст.), после чего вакуумированное пространство заполняется чистым аргоном, который вновь откачивается до указанного вакуума. В результате этого парциальное давление кислорода, азота и паров воды снижается до значений, соответствующих высокому вакууму, что обеспечивает получение вакуумно-плотных и прочных паяных соединений.
Прием многократного вакуумирования с последующим напуском нейтрального газа нашел применение при пайке титановых сплавов. Большое значение при этом имеет установление количества откачиваний и заполнений нейтральным газом. Произвольный выбор этой величины вызывает или охрупчивание титана из-за неполной промывки, или излишний расход дорогостоящего инертного газа, что особенно существенно при пайке крупногабаритных конструкций. Для определения оптимального количества промывок попт можно принять следующую зависимость между остаточным давлением вакуума pv, давлением аргона рлт, концентрацией примеси в вакууме С0 и аргоне С и коэффициентом <р, показывающим допустимое содержание примеси сверх минимального:
Ig-SL-
«о„т =-----(Ш.1)
, Рат lg----
Ру
значение ф0Пт составляет 0,01—0,05.
Пайка в вакууме, наряду с обеспечением высокой прочности соединений, позволяет предупредить охрупчивание нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов вследствие отсутствия возможности образования на их поверхности нитридов и гидридов. Существенным недостатком пайки в вакууме является сравнительная сложность и высокая стоимость оборудования.
Активные атмосферы, применяемые при пайке,
83
не только защищают металлы от Окисления, но и способствуют удалению окисной пленки. Активные атмосферы делятся на восстановительные газовые среды и газообразные флюсы. К восстановительным средам относятся водород и газовые смеси, содержащие водород и окись углерода в качестве восстановителей окислов металлов. К газообразным флюсам условно относят газовые среды, содержащие другие активные компоненты, например, трехфтористый бор, треххлористый бор, фтористый водород, хлористый водород, фтор, хлор, способствующие удалению окислов с поверхности металлов в процессе пайки.
