Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Скорость диффузии при контактном плавлении может быть значительной. Так, в системе медь—серебро за 30 сек при эвтектической температуре (779° С) ширина диффузионной зоны составляет 0,65 мм. С увеличением времени выдержки ширина диффузионной зоны увеличивается. Вначале рост ее происходит быстро, а затем замедляется.
Характер и интенсивность контактного плавления зависят от очень многих факторов. Плавление наступает, когда пересыщение твердого раствора происходит на определенной площади контактирующих образцов, размеры которой больше некоторой критической величины. Контактное плавление в этом случае рассматривается как результат стремления взаимодействующей системы уменьшить свободную энергию и перейти в более устойчивое состояние с меньшим запасом энергии. В системе медь—серебро влияние величины площади контакта на образование контактно-реакционного спая сказывается мало. Так, при взаимном контакте протяженностью
0,15 мм контактное плавление уже имеет место (рис. 81). Влияние окружающей среды на контактное плавление сказывается на изменении состава, строения и толщины окисных пленок на поверхности металлов. При нагреве
238
в восстановительных атмосферах пленка окислов тонкая и может быть полностью удалена, поэтому условия взаимодействия металлов более благоприятные. В нейтральных атмосферах пленка толще, при температуре контактного плавления она может плавиться, переходить в жидкое состояние и оказывать влияние на процесс контактного плавления. Так, при контактном плавлении в системе медь—серебро в среде азота окисная пленка, находящаяся в расплавленном состоянии, интенсивно проникает по границам зерен меди.
Удаление окисной пленки при применении флюсов может быть более полным, но при этом не исключено взаимодействие их с металлами.
На контактное плавление значительное влияние оказывает дефектность структуры металлов. Так, при плавлении предварительно облученных цинка в контакте с кадмием при температуре 280° С обнаружено проникание компонентов друг в друга не только в поверхностном слое и по границам зерен и блоков, а также по дефектам структуры кристаллов и дислокациям, прилегающим к этим границам.
После возникновения жидкой фазы в шве дальнейшее взаимодействие контактирующих металлов происходит через слой расплава. Образование твердого раствора в поверхностном слое взаимодействующих металлов, находящихся в контакте с жидкой фазой, является процессом, непосредственно подготавливающим плавление этого слоя. Поэтому и после возникновения жидкой фазы контактное плавление рассматривается как процесс плавления пересыщенных твердых растворов, образовавшихся вследствие диффузии атомов второго компонента из жидкости и ухода атомов первого компонента в жидкую фазу [19].
С момента образования жидкой фазы заканчивается первая стадия контактного плавления, связанная с вза-
Рис 81. Микроструктура соединения меди с серебром путем контактного плавления.
Контакт в точке Нагрев в водороде при 779° С, 0,5 сек, Х200
239
имной диффузией компонентов и образованием твердых растворов. Первая стадия протекает в соответствии с законами диффузии, которые для металлов справедливы, если в процессе диффузии образуются твердые растворы невысокой концентрации, имеющие решетку металла-растворителя.
Второй стадией контактного плавления является растворение твердых металлов в образовавшемся расплаве. При растворении одновременно протекают два процесса— образование твердого раствора в поверхностных слоях взаимодействующих металлов вследствие диффузии из жидкой фазы и растворение образующегося твердого раствора в жидкой фазе. В случае образования жидкой фазы по границам зерен контактирующих металлов отдельные зерна как бы постепенно оплавляются по границам, при этом жидкая фаза может иметь выход в форме клина, внедренного в массу растворенного металла. Подобное явление в системе медь—серебро наблюдается при температурах, близких к температуре плавления серебра. При эвтектической температуре контактное плавление распространяется сравнительно равномерные фронтом.
В тех случаях, когда металлы при взаимодействии дают интерметаллические соединения, образование их можно наблюдать при контактном плавлении. Так, в системе магний — никель образуются интерметаллиды Mg2Ni и MgNi2. В области, прилегающей к никелю, в результате реакционного взаимодействия образуется интер-металлидная фаза MgNi2, которая в процессе контактного плавления постепенно оттесняется образующейся одновременно с ней эвтектикой магний — никель. Со стороны магния также образуется химическое соединение Mg2Ni, которое наблюдается на микрошлифе в виде по-луразорванной сетки, что объясняется характером образующихся соединений, имеющих конгруентное * плавление.
При больших скоростях контактного плавления скорость плавления по поверхности контакта с жидкой фазой возрастает настолько, что по границам зерен концентрация твердого раствора вследствие диффузии не
* Признаком конгруентного плавления твердого вещества является образование жидкости того же химического состава.
240
