 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
Особенностью физико-химического взаимодействия паяемого металла и расплава припоя является резкое увеличение работы адгезии в определенном диапазоне температур
|
|
Физико-химическое взаимодействие обусловлено разными причинами, к числу которых можно отнести возникновения химической связи между расплавом и поверхностью паяемого металла. В результате физико-химического взаимодействия проходит неравновесная адгезия, то есть величины 
рг и gтр после нарушения адгезионного взаимодействия не равняются тем значением, которые были до возникновения этого взаимодействия. Физико-химическое взаимодействие происходит с большой скоростью. Время уменьшения краевого угла q от 1800 до 60-200 равняется приблизительно 10-3 - 10-2с. Таким образом, высокие скорости физико-химического взаимодействия дают возможность применять уравнение Юнга для неравновесных условий, если пренебречь теми процессами, которые проходят медленно и не влияют на неравновесную адгезию (диффузными процессами).
Поверхностное натяжение расплавов изменяется при изменении температуры. Но поверхностное натяжение расплавов металлов не характеризует однозначно их возможность растекаться по поверхности паяемого металла. Процесс смачивания поверхности паяемого металла расплавом припоя зависит от соотношения их физико-химических свойств, в частности от запаса свободной поверхностной энергии паяемого металла.
Поверхностная энергия твердого металла определяет величину сил взаимодействия его с припоем и является косвенным показателем активности физико-химических процессов на границе контакта твердой и жидкой фаз.
Особые условия, в которых находится небольшое количество расплавленного припоя при капиллярной пайке, оказывают влияние на физико-химические процессы при пайке и на формирование паяных соединений.
В капиллярном зазоре небольшое количество расплавленного припоя интенсивно насыщается компонентами паяемого металла, в результате температура плавления припоя повышается, а его способность к растеканию уменьшается.
Поэтому нельзя однозначно оценивать способность припоя к растеканию по поверхности металла и его способность к течению в капиллярном зазоре. Образование при физико-химическом взаимодействии расплава припоя с паяемым металлом отдельных кристаллических фаз, размеры которых могут быть больше, чем размеры капиллярного зазора, делают совсем невозможным движение припоя в зазоре.
Капиллярное течение припоя в зазоре описывают с точки зрения статической и динамической теорий, которыми пытаются оценить силы, под действием которых проходит растекание припоев в процессе пайки и причины, от которых зависит заполнения шва припоем. Эти теории, однако не учитывают взаимодействия припоя с паяемым металлом в процессе пайки.
В соответствии с статической теорией, высота поднятия жидкости в капиллярном зазоре прямо пропорциональна ее поверхностному натяжению, способности к смачиванию, и обратно пропорциональна размеру зазора и плотности жидкости:
h - высота поднятия жидкости; sжг - поверхностное натяжение на границе жидкой и газовой фаз; 
- коэффициент смачивания; a - размер зазора; ρ - плотность жидкости;g - ускорение силы тяжести.
В реальных условиях пайки в процессе заполнения соединительного зазора протекает неравномерное растворение поверхности паяемого металла, физико-химическое взаимодействие припоя с паяемым металлом приводит к изменению вязкости расплава припоя, тем самым к нарушению исходных условий.
Компоненты припоя выборочно взаимодействуют с поверхностью паяемого металла, это вызывает перемещения частичек припоя в направлении, перпендикулярном потоку. В условиях концентрационного и термического переохлаждения при взаимодействии припоя с паяемым металлом возможно образования отдельных кристаллитов, это изменяет общую закономерность движения припоя в зазоре. Кроме того, растекание расплавленного припоя зависит от характера предварительной обработки, состояния поверхностного слоя паяемого металла, размера и равномерности зазора, способа удаления оксидных пленок, других причин. Влияние этих факторов теоретически учесть невозможно, поэтому на практике высоту поднятия припоя в зазоре определяют путем эксперимента.
При оценке капиллярных свойств припоев необходимо принимать во внимание ряд факторов, которые определяются соотношением физико-химических свойств паяемого металла и припоя, типом и параметрами паяных соединений, их размещением, режимом и условиями пайки.
Влияние характера подготовки поверхности перед пайкой также не равнозначно. Шероховатость поверхности вызывает дополнительные силы трения, которые тормозят растекание жидкой фазы и обуславливают, при определенных условиях, явление гистерезиса смачивания, с другой стороны, создание шероховатости поверхности паяемого металла усиливает процессы физико-химического взаимодействия (диффузию, растворение) на границе контакта, при этом изменяется динамика течения припоя по капиллярному зазору.
На капиллярное течение припоя заметное влияние оказывает форма капилляра. Для определения влияния формы капилляра на размер капиллярных сил используют уравнение Лапласа, из проведенных расчетов следует, что при неизменной площади капилляра наибольший периметр имеет капилляр треугольной формы. При других равных условиях, в капиллярах треугольного сечения дополнительное лапласово давление в 2,6 раз больше, чем в капилляре, который образуется двумя параллельными пластинами. Капилляры треугольного сечения возможно создать при нанесениинасечек с углом при вершине 60°.
Эти вопросы, как и многие вопросы, которые возникают при объяснении процессов пайки, невозможно решить однозначно, так как физико-химические процессы, которые проходят на границе контакта твердой и жидкой фаз при пайке, зависят от большого количества факторов: физико-химических свойств соединенных материалов, припоев, флюсов или флюсующих сред, от типа соединений, способа сборки под пайку, способа нагрева, температуры и продолжительности нагрева, способа охлаждения после пайки, способа приложения нагрузки, условий испытаний, и прочих.
Однако во всех случаях, как при создании гладкой поверхности, так и на шершавой и поверхности с насечками, необходимо создать условия для адгезионного взаимодействия, смачивания и капиллярного течения припоя по зазору, для протекания процессов диффузии и растворения.
Опытами доказано, что прямой зависимости между растеканием припоя по поверхности металла и течением его в зазоре, нет. Это обстоятельство поясняется активным взаимодействием припоя с основным металлом. В капиллярном зазоре небольшое количество расплавленного припоя интенсивно насыщается компонентами основного металла, это приводит к повышению температуры плавления припоя и снижению растекания. К тому же при возникновении в результате взаимодействия паяемого металла и припоя отдельных кристаллических образований /твердой фазы в виде дендритов/, размеры которых в расплаве будут превышать величину капиллярного зазора, течения припоя в капиллярном зазоре вовсе не будет.
Дата публикования: 2014-11-26; Прочитано: 383 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!
