Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
В отдельных случаях легкоиспаряющиеся компоненты специально вводят в припои с целью снизить температуру плавления припоя, а следовательно, и температуру пайки; повысить температуру распая соединения; увеличить скорость удаления отдельных компонентов расплавленного припоя из соединительного зазора, снизив тем самым время выдержки при диффузионной пайке.
При разработке припоев в качестве легкоиспаряю-щихся компонентов выбирают элементы, имеющие высокое давление насыщенных паров. Этим целям удовлетворяют Zn, Mg, Bi, Sb, Pb, In, Ga (табл. 38).
Если испаряющийся компонент образует с основой припоя интерметаллиды, то прочность связи атомов элементов в интерметаллидах должна быть возможно меньшей. В соединениях прочность связи приближенно может быть оценена по теплотам образования (табл. 39).
При создании припоев с легкоиспаряющимися добавками в них необходимо вводить компоненты, которые бы
234
Таблица 3$
Давление насыщенного пара элементов
Элемент Температура, °С Давление пара, KHjM% [мм рт. ст.)
Цинк 904,2 99,4(747)
Магний 906 12,1(91)
Висмут 850 1,33(10)
Сурьма 900 0,745(5,59)
Свинец 922 0,066(0,5)
Индий 928 17 10-1(12,8-10-3)
Г алий 957 15,9-10-1(1,205-Ю-з)
Таблица 39
Реакции образования и теплоты образования наиболее летучих интерметаллидов
Система Химическая реакция образования интерметаллида Теплота образования, джнсмоль (ккал/моль)
Ni - -Sb Ni + 2Sb^NiSb2 74,4* 4,2 (17,7 + 1,0)
Ni- -Sb Ni + Sb ~?- NiSb 66,1 + 4,2(15,8±1,0)
Fe- - Sb Fe + 2Sb % FeSb2 15,1 + 1,7( 3,6±0,4)
Со - -Sb Co + 2Sb CoSb2 55,4 + 4,2(13,2 + 1,0)
Со- -Sb Co + Sb CoSb 41,9 + 3,5(10,0 + 0,8)
Fe- - A1 Fe + Al^FeAl 51,1 + 4,2(12,2 + 1,0)
Fe- - Si Fe + Si^FeSi 80,5± 6,3 (19,2±1,5)
Ni - -Mg 2№ + Mg-?Ni2Mg 71,2 + 10,5(17,0 + 2,5)
Ni - - A1 Ni + Al^LNiAl 118,7± 5(28,3+1,2)
ускоряли испарение. В качестве таких компонентов служат элементы, которые не снижают температуру плавления припоя и имеют большее сродство с основой припоя, чем испаряющаяся добавка. При разработке испаряющихся припоев на железной и никелевой основе перспективными считают системы, приведенные в табл. 40.
Припои с испаряющимися компонентами весьма перспективны, однако они не нашли еще распространения в связи с недостаточной изученностью их свойств, а также ввиду малой разработки технологии их получения и применения.
235
Таблица 40
Элементы припоя, способствующие испарению
Основа припоя Легкоиспа- ряющийся компонент припоя Компонент припоя, способствующий испарению Основа припоя Легкоис^аря- ющийся компонент припоя Компонент Грипоя, способствующий испарению
т In А1 Ni In Сг
№ In Si Fe Sb Si
№ In Ge Fe Sb AI
Ni In Fe Fe Sb Ge
§ 21. КОНТАКТНОЕ ПЛАВЛЕНИЕ
Контактное плавление есть процесс перехода в жидкое состояние контактирующих разнородных твердых веществ при температурах ниже их точек плавления. Как только температура контакта достигает определенного значения, появляется жидкая фаза. Это свойство веществ присуще как металлам, так и неметаллическим материалам.
Исследование процессов контактного плавления металлов в последние годы наряду с потребностями пайки вызвано широким использованием легкоплавких металлов в качестве теплоносителей в энергетических установках, а также в связи с явлениями адсорбционного понижения прочности металлов под действием металлических покрытий. Контактное плавление нашло и самостоятельное применение в качестве метода физико-химического анализа, в частности, для определения температуры плавления эвтектик.
Контактное плавление является свойством не только эвтектических систем, но и присуще системам, образую- * щим твердые растворы с минимумом на кривой ликвидуса. Поэтому контактное плавление можно рассматривать как частный случай фазовых переходов в системах, диаграммы состояния которых имеют минимум на линии ликвидуса.
Рентгенографические исследования, проведенные на смесях солей, образующих как эвтектики, так и неограниченные твердые растворы, позволили установить, что на рентгенограммах смесей порошков при темпера-
236
турах нагрева значительно ниже температуры контактного плавления обнаруживаются линии только компонентов, а при температурах, близких к температуре контактного плавления, линии компонентов исчезают и вместо них появляются линии твердых растворов. При этом с приближением температуры к температуре контактного плавления время образования твердого раствора уменьшается.
Рис. 80. Микроструктура шва в случае контактного плавления меди с серебром при эвтектической температуре в среде водорода: а —диффузия меди в серебро; X200; б «-образование эвтектики, Х800
Температура контактного плавления, определяемая экспериментально, зависит от состояния поверхности контактирующих металлов, плотности физического контакта, структуры металлов и т. д. Поэтому практически определяемая минимальная температура контактного плавления в отдельных случаях может быть выше темпе-
237
ратуры плавления эвтектики или твердого раствора, соответствующего минимуму на диаграмме состояния.
Кинетика контактного плавления. Контактное плавление связано с диффузионными процессами. Диффузия в твердую фазу при наличии контакта взаимодействующих металлов происходит до тех пор, пока концентрация второго компонента в поверхностном слое не достигнет равновесного предела растворимости при данной температуре, после чего появляется жидкая фаза. Это наглядно можно продемонстрировать на примере контактного плавления в системе медь—серебро (рис. 80). Первой стадией взаимодействия является диффузия компонентов (рис. 80, а). При определенной степени насыщения начинается образование жидкости (рис. 80,6). Как можно видеть из рис. 80, б, диффузия наиболее активно протекает в сторону серебра. Диффузия серебра в медь идет менее интенсивно. Увеличение зоны сплавления в сторону серебра с его преобладающим растворением согласуется с диаграммой состояния взаимодействующих металлов.
