Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
мерного коэффициента р показана на рис. 70, а, где по оси ординат отложено отношение предельной растворимости припоя в основном металле при температуре пайки (С0Т) к величине интервала между линиями ликвидуса и солидуса диаграммы состояния основной металл — припой при той же температуре (АС). Схематично распределение концентрации припоя в шве с момента установления в нем равновесного состава жидкой фазы С0Ж в соответствии с диаграммой состояния взаимодействующих металлов до момента исчезновения жидкой фазы С0Т показано на рис. 70, б. Последующая выдержка при температуре пайки приведет к дальнейшему снижению содержания припоя в шве.
216
Длительность диффузионной пайки зависит от свойств основного металла и припоя, количества жидкой фазы в шве, температуры пайки, условий нанесения припоя. На рис. 71 по данным автора и И. Ю. Марковой показана зависимость продолжительности диффузионной пайки магния от толщины слоя припоя при нанесении припоя в виде серебряной фольги и покрытия методом ионного напыления.
Как видно из рисунка, диффузионный процесс резко интенсифицируется при нанесении припоя методом ионного напыления. Эксперименты показали, что при нанесении припоя в виде фольги, гальваническом покрытии, способе плазменного или ионного напыления активность диффузионных процессов различна. Это связано главным образом с различным искажением в кристаллических решетках поверхностных слоев основного металла и припоя, вносимым в процессе обработки, предшествующей пайке. Время диффузионной пайки может быть также резко сокращено при применении термоциклирования, т. е. периодического чередования нагрева до температуры пайки с кратковременной выдержкой и охлаждения до температуры на 100—200°С ниже температуры пайки.
§ 19. РАСТВОРЕНИЕ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА В РАСПЛАВЕ ПРИПОЯ
Растворами называют однородные системы, состоящие из двух или более компонентов. Содержание компонента в растворе может меняться, что является отли-
5 10 15 20
Толщина срольги, мкм
Рис. 71. Зависимость времени выдержки от толщины слоя припоя при диффузионной контактно-реакционной пайке магния серебром:
1 — серебряная фольга; 2—ионное покрытие
8—3451
217
чием растворов от химических соединений постоянного состава, в которых элементы входят в строго определенных количественных соотношениях.
Факторы, определяющие растворимость. Растворимость тугоплавких металов в легкоплавких зависит от многих факторов. Экспериментально установлено, что растворимость в жидких металлах зависит от строения атома растворяемого металла. На рис. 72 изображена
10 20 SO 40 50 60 70 80 90 100
Атомный номер
Рис. 72. Зависимость растворения металлов в ртути при 25° С от атомного номера
диаграмма, отражающая зависимость растворимости металлов в ртути от атомного номера элемента. Из диаграммы можно видеть, что растворимость является периодической функцией атомного номера. При этом для различных растворителей максимумы растворимости имеют место при одинаковых порядковых номерах элементов в таблице Д. И. Менделеева.
С повышением температуры растворимость усиливается. В тех случаях, когда основной металл является сплавом, компоненты его переходят в расплав с разной скоростью, что вызывает избирательное растворение твердого металла. Значительное влияние на растворимость оказывает состояние поверхности твердого металла и его структура. Наличие окисных пленок тормозит растворение. Однако окисные пленки не во всех случаях играют
218
роль поверхностного барьера. Тогда, когда они легко растворимы в расплаве или восстанавливаются, влияние их незначительно. Ориентировка зерен также влияет на скорость растворения. На рис. 73 показана микроструктура соединения при пайке никеля бериллием, из которой можно видеть, что растворимость отдельных зерен в зоне спая неодинакова. Различием в скоростях растворения в разных кристаллографических направлениях вызвано также наблюдаемое часто при пайке растворение основного металла по границам зерен. Атомы, находящиеся
Рис. 73. Микроструктура соединения при пайке никеля бериллием в вакууме 5-10~4 мм рт. ст.
Температура пайки 1180° С, выдержка 5 сек; Х400
в этих зонах, имеют большую потенциальную энергию по сравнению с атомами, находящимися в объеме зерна, поэтому вероятность их перехода в расплав припоя увеличивается.
Кинетика растворения. При пайке процесс растворения основного металла в расплавленном припое может протекать:
1) когда расплав припоя не перемещается относительно твердого металла — статические условия взаимодействия (припой предварительно внесен в соединительный зазор);
2) когда припой после расплавления течет в соединительном зазоре — динамические условия взаимодействия.
8*
219
Как в первом, так и во втором случае изменяются составы обеих фаз и на границе между ними образуется поверхность раздела. Различие состоит в том, что при динамических условиях растворения в соприкосновение с основным металлом, не смоченным припоем, вступает расплав припоя, который уже взаимодействовал с ним, поэтому в направлении от входной галтели к выходной интенсивность процесса заметно снижается.
