ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кинетика образования и классификация спаев из "Металловедение пайки " Нагрев основного металла и припоя в процессе пайки приводит к понижению энергии активации их атомов и, следовательно, к повышению реакционных свойств. При этом, металлы могут претерпевать полиморфные превращения, т. е. переходить из одного кристаллического состояния в другое, а припой — еще и изменение агрегатного состояния. Переход припоя в жидкое состояние связан с повышением концентрации вакансий, достигающей при плавлении, как правило, критического значения. Фазовые переходы первого рода связаны со значительным поглощением теплоты и сопровождаются обычно увеличением объема. В некоторых случаях при нагреве основного металла и припоя в зависимости от их природы возможны фазовые переходы второго рода , не сопровождающиеся заметным поглощением теплоты и изменением объема. [c.46] Ро — внешнее барометрическое давление. [c.47] Внешнее давление оказывает значительное влияние и на температуру плавления. Для двухфазной равновесной однокомпонентной системы давление является функцией температуры. [c.47] Происходящим при пайке аллотропическим превращениям и плавлению предшествует процесс активации атомов металлов, возникновение флуктуации новой фазы в старой, зарождение и рост новой фазы. При переходе через точку превращения постепенно исчезают флуктуации старой фазы и понижается концентрация активированных атомов в новой фазе. Это свидетельствует о том, что период активированного состояния атомов распространяется на довольно широкий температурный интервал. [c.48] На начальной стадии взаимодействия образование общей границы твердого и жидкого металлов при пайке связано со стремлением системы снизить межфазную энергию. При этом первоначально образующиеся связи в зависимости от природы реагирующих веществ могут быть обусловлены физической адсорбцией или хемосорбцией [1—3]. [c.49] На границе основной металл — расплавленный припой наряду со взаимодействием металлов протекают процессы взаимодействия металлов с газами, продуктами разложения окисных и других пленок, флюсами. Поэтому наличие на поверхности металлов адсорбированных или химически связанных пленок приводит к уменьшению активйости взаимодействий между атомами металлов и в итоге к снижению прочности спая. Это обстоятельство, а также то, что при удалении окисных пленок поверхностным атомам твердого и жидкого металлов сообщается дополнительная энергия активации, вынуждают обращать особое внимание на удаление окисных пленок и прослоек, разграничивающих взаимодействующие при пайке твердый и жидкий металлы. [c.49] После расплавления припоя и достижения атомами металлов требуемого уровня энергии активации начинается взаимодействие, в процессе которого происходит смачивание поверхности основного металла расплавом припоя. При этом две свободные поверхности заменяются одной границей фаз с более низкой свободной поверхностной энергией системы. На этой стадии образования спая основную роль начинают играть квантовые процессы между частицами атомных размеров. [c.49] Таким образом, природа смачивания может быть обусловлена как слабым взаимодействием (физическая адсорбция), так и хемосорбцией с образованием химической связи. [c.50] На процесс смачивания значительное влияние оказывает температура. С повышением температуры смачиваемость возрастает, что связано с уменьшением свободной энергии на границе расплав припоя — газовая среда. Одновременно при повышении температуры пайки происходит активация процесса взаимодействия в контакте основной металл — расплав припоя. [c.50] Если улучшение смачиваемости обусловлено главным образом снижением свободной энергии поверхности расплава, то возможен обратный процесс, когда при снижении температуры площадь смачивания уменьшается. [c.50] Процесс смачивания активизируется, если предварительно обработать основной металл в вакууме. Этот эффект объясняется удалением с поверхности основного металла окислов и загрязнений различного характера. По-видимому, превалирующим в этом случае фактором является изменение электронной структуры атомов поверхностного слоя основного металла, что способствует повышению активности взаимодействия с расплавом припоя. [c.50] Плавления припоя Кипения припоя. Пайки. . [c.51] Таким образом, если припой после расплавления при соблюдении требований, необходимых для образования спая, ре смачивает поверхность основного металла, то это еще не значит, что между ними невозможно взаимодействие. Чтобы взаимодействие наступило, необходима термическая или другая активация, которая позволила бы разорвать связи, имеющиеся в поверхностных слоях основного металла и припоя, и образовать ювые общие между ними связи. [c.51] При изменении температуры или других параметров процесса пайки условия взаимодействия в контакте основной металл — припой изменяются, что в свою очередь меняет условия равновесия в зоне реакции. При этом переход атомной системы основной металл — припой в равновесие в соответствии с новыми условиями осуществляется не мгновенно, а за некоторый конечный промежуток времени. Это запаздывание атомной системы характеризуют или временем запаздывания (ретардации) или, если рассматривать обратный переход системы в первоначальное состояние, временем релаксации, под которым понимают промежуток времени, необходимый для ослабления вызванного возмущения до некоторой определенной величины после устранения внещнего воздействия [9]. [c.51] Поскольку процесс пайки осуществляется при температуре, превышающей точку плавления припоя, а расплавленный металл характеризуется ближним порядком , то атомы жидкости, попадая в сферу действия ионов, находящихся в узлах решеток основного металла, распределяются на его поверхности в определенном порядке. В результате образуется слой, который осуществляет связь твердого металла с расплавом зоны сплавления. Увеличение продолжительности нагрева усиливает подвижность атомов, между которыми легче достигается контакт, а диффузионный обмен между атомами, если при этом не происходит образования хрупких фаз, приводит к упрочнению возникших связей. [c.52] Следует.отметить, что соединение металлов в твердом состоянии, например при диффузионной сварке, осложняется наличием микрорельефа и связанной с этим трудностью обеспечения контакта по всей площади. Пайка в этом отношении менее зависима от геометрии соединяемых поверхностей, поскольку расплавленный припой создает непрерывный металлический контакт. Кроме того, жидкая прослойка расплавленного припоя вызывает стягивание соединяемых поверхностей со значительным усилием [10, И]. В свою очередь наличие стягивающего усилия способствует интенсификации процесса смачивания и капиллярного течения припоя в зазоре. [c.52] В зависимости от соотношения физико-химических свойств основного металла и припоя, а также режима и условий пайки переходный слой (спай) между ними может иметь различное строение. Если принять, что взаимодействуют чистые металлы, и в процессе флюсования с основного металла и расплава припоя удалены пленки с неметаллической связью, то в зависимости от свойств основного металла и припоя, а также режима пайки возможны спаи бездиффузионный , растворнодиффузионный, контактно-реакционный, диспергированный, спай—сращивание и металло-неметаллическин. Схема строения и классификация спаев представлена на рис. 26. [c.53] Тп и Тр— продолжительность контакта металлов и время ретардации. [c.53] Спай между несплавляющимися и не дающими химических соединений металлами назван диспергированным (рис. 26,г). В результате адсорбционного понижения прочности основного металла под действием расплава припоя происходит его диспергирование на частицы различных размеров. При длительных выдержках зазор может полностью перекрываться дисперсными частицами, в результате чего о азуется непрерывная структурная связь в шве. [c.55] Металло-неметаллическим спаем (рис. 26, е) называется переходная зона, образующаяся при пайке в процессе взаимодействия неметалла (керамика, графит, алмаз и др.) с металлом (припоем). [c.55] Вернуться к основной статье