Контактные металлургические процессы при пайке
| Листать книгу |
|---|
| Листать |
| Страницы:
1 ... 23 ... 69 ... 97 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 скачать книгу Контактные металлургические процессы при пайке Эти параметры процесса определяют соотношение скоростей подвода газа к контактной поверхности и отвода его атомов от поверхности в глубь твердого металла ... Несмотря на очень большие возможности подбора металлов или сплавов в качестве припоев, реально существует весьма ограниченное количество припоев, пригодных дли этой цеди ... Оди і главных причин такой ситуации — очень большое количество сочетаний металлов я сплавов, лрив дящих к образовавню в паяном соединении прослоек малопластичных и ыалопрочных химических соединений ... Высокая хрупкость большинства «нтермегаялндов н значительное отличие нх по коэффициенту термического расширения от основного материала может вызвать разрушение паяного соединения ... В этих условиях порядок появления ннтерметаллидов может не соответствовать порядку нх чередования, предусмотренному равновесной диаграммой состояния, как было показано В ... В результате диффузии элементов припоя в паяемый металл и перестройки кристаллической решетки твердого раствора после достижения предельной растворимости Сх в кристаллическую решетку интерметаллида ... В результате обогащения жидкого металла—'припоя атомами паяемого металла вблизи границы х контакта и образования слоя интерметаллида при затвердевании жидкой фазы и охлаждении в объеме, прилежащем тс паяемому металлу ... Такое обогащение жидкого металла может происходить в результате коитактно-твердожидкого нонтактно твердо азового или кон-ктно реактивно о плавлении паяемого ... Возможно, что такие прослойки в некоторых случаях состоят из двух сросшихся слоев различного состава и структуры, образовавшихся по разным механизмам и при разных температурах ... О возможности реализации этих двух механизмов (отдельно или вместе) свидетельствует образование сначала, как правило, иптерметаллидов, богатых по составу легкоплавким элементом ... Большая скорость диффузии твердого металла в жидкий, чем жидкого в твердый, благоприятствует как прн первом, так н при втором механизме, накоплению впереди фронта твердого металла элементов, входящих в иитерметаллид с наибольшим содержанием более легкоплавкого элемента ... Образование химического соединения ие посредственно в результате химической реакции при контакте твердого и жидкого металлов так же вероятно, как и в случае контакта двух твердых металлов ... Образование интерметаллида при кристаллизации шва при диффузионном расслоении в жидкости протекает в более благоприятных условиях, чем в твердом состоянии ... При достижении его предельной концентрации снова скачкообразно изменяется состав по фронту и образуется прослойка нового интерметаллида или твердого раствора второго металла ... Рост интерметаллида без области однородности(стехи о метрического состава) возможен, но при этом ои стимулируется только факторами, определяющими в основном процессы самодиффузии (туннельным эффектом и др ... Характерно, что энергия активации оказалась одинаковой при росте иитерметаллидов в процессе взаимной диффузии железа (или меди) с твердым или жидким цинком [7] ... Практически в результате шероховатости поверхности, несовершенства кристаллической решетки зерен и других дефектов образование интерметаллида происходит сначала в отдельных центрах контакта вдоль межфазиой границы до образования сплошной прослойки, которая затем растет по толщине ... Учитывая высокую подвижность атомов более легкоплавкого из контактирующих металлов, можно полагать, что особенно «прозрачны» такие прослойки для атомов легкоплавких металлов ... Через иитерметаллидные слои, образующиеся на границе железа с жидким цинком, диффундирует преимущественно цинк, и скорость его диффузии определяет скорость всей реакции ... Следовательно, можно предположить, что рост интерметаллида в сторону жидкой фазы может иметь место в основном тишь при кристаллизации за счет атомов твердого металла, рас плавившегося в контакте с жидким до образования иитерметаллидной прослойки ... Прирост при этом иитерметаллидной прослойки по ширине будет тем больше, чем выше предельная растворимость твердого метала в жидком и меньше предельная растворимость в твердом ... Окиова экспериментально показано, а затем подтверждено другими авторами, что, как правило, при контакте твердого и жидкого металлов,способных к образованию нескольких ннтерметаллидов, возникает и растет прежде всего ннтерметаллид, богатый легкоплавким металлом, непосредственно вступающим в контакт с более тугоплавким твердым ... При этом между прослойками ннтерметаллидов наблюдаются концентрационные скачки, обусловленные отсутствием между ними промежуточных гетерогенных смесей ... Поэтому можно ожидать заметного влияния удельного объема жидкого припоя на рост нитер металл и диой прослойки, особенно в системах паяемый металл — припой, где разность Сж—Ст достаточно велика ... Поэтому скорость роста прослойки интерметаллида при охлаждении в начальный период контакта паяемого металла и жидкого припоя должна быть несколько больше при малых значениях Уж/$, чем при больших ... Состояния при разных температурах, отвечающие коицу актнвационных периодов (иачалу образования химических соединений), являются соответственными состояниями ... Предотвращение образования прослоек химических соединений в паяных швах может быть достигнуто также при специальном легировании припоев и при применении барьерных покрытий на паяемом материале ... Образование такой прослойки возможно при условии, что легирующий элемент припоя, имеет большее химическое сродство к паяемому металлу, чем основа припоя, и не образует химических соединений с последней ... Влияние температуры (а| и времени выдержки |б» лрн папке меди Ml оловом на сопротивление срезу тср соединений (т=20 с, средние данные для 3—5 образной, величина иахлеегкн 2 мм) н толщину интерметаллидной прослойки «к1 Максимальное содержание легирующего элемента, при котором в месте контакта жидкого припоя и паяемого металла при температуре пайки еще не образуется непрерывная прослойка химического соединении ... Толщина прослоек химических соединений в швах, паянных такими припоями, зависит от количества реактивных примесей и легирующих элементов; образование таких прослоек возможно лишь начиная с некоторого критического их содержания ... При этом паяемым металлом становится металл барьерного покрытия; в большинстве случаев прочность паяного соединения определяется прочностью сцепления металла барьерного слоя с паяемым металлом ... Таким образом, можно, например, избежать образования прослоек ннтерметаллидов прн сваркопайке или пайке сталей с алюминиевыми сплавами, покрыв сталь тонким слоем твердого алюминия (50—100 мкм)При выборе металлов для жидких барьерных покрытий, как и при выборе легирующих элементов припоев, тормозящих или предотвращающих образование и рост прослоек химических соединений в контакте паяемого металла с жидким припоем, могут быть использованы два типа металлов: 1) жидкие металлы, не образующие с паяемым металлом химических соединений н по возможности слабо растворяющие их; 2) металлы, вступающие в химическое взаимодействие с паяемым металлом, но образующие с ним весьма тонкие прослойки иитерметаллидов, не влияющие заметно иа механические свойства паяных соединений и препятствующие химическому взаимодействию паяемого метал ла с припоем ... Толщина прослоек химических соединений в швах, паянных такими припоями, зависит от количества реактивных примесей и легирующих элементов; образование таких прослоек возможно лишь начиная с некоторого критического их содержания ... Жидкая фаза вносится меж-ду паяемыми материалами при пайке, или наносится на твердый материал (при напайке), или образуется в контакте твердых тст при контактно-реактивном плавлении ... Жидкая фаза вносится меж-ду паяемыми материалами при пайке, или наносится на твердый материал (при напайке), или образуется в контакте твердых тст при контактно-реактивном плавлении ... Взаимодействие веществ начинается на поверхности контакта с процесса физической адсорбции, может перейти в процесс хемооорбцни, а затем прн определенных условиях и в стадию химического взаимодействия ... Остаточные растягивающие напряжения могут быть созданы при деформации, неравномерном нагреве или охлаждении, ином внешнем воздействии, а также в результате об-разования неравновесных структур (прн закалке, незаконченном распаде твердого раствора и т ... Вообще этот признак не является общим признаком для образования данного охрупчивания, так как оно может возникнуть как при отсутствии растворимости, так и при сильной взаимной растворимости металлов ... Вообще этот признак не является общим признаком для образования данного охрупчивания, так как оно может возникнуть как при отсутствии растворимости, так и при сильной взаимной растворимости металлов ... Частичная или полная потеря проч иости и пластичности в этих случаях происходит вследствие потери межкристаллической прочности, связанной главным об разом с процессом растворения твердой фазы в жидкой, а так же с понижением поверхностного натяжения о*-™, обеспечи-нающего смачивание и растекание жидкой фазы по твердой ... Погружение пустотелых литых деталей из жаропрочных нике-левых сплавов со стенками разной толщины в раствор щелочи №ОН, нагретый до 650°С (с целью растворения керамнчес ких стержней), часто вызывает самопроизвольное образование трещин ... Эти сплавы обладают малой теплопроводностью, поэтому в них под влиянием неравномерного нагрева довольно легко создаются термические напряжения, способствующие проявлению действия жидких металлов ... Нельзя не сопоставить этот факт с малой склонностью или вообще отсутствием последней к охрупчиванню твердых металлов, образующих с жидким металлом ни-термсталлид, Очнако существуют металлы, образующие прослойки иитерметаллидов с взаимодействующим жидким металлом и склонные к охрупчиванню ... Это связано, по-видимому, со слабым замедлением растворения твердой фазы в жидкой или с разрушением слоя ннтерметаллидов и возобновлением в связи с этим контакта жидкой фазы с твердой ... Это, несомненно, связано с тем, что медь и литий образуют эвтектику при 170°С и малорастворимы друг в друге; железо способно растворяться при высокой температуре в литии, ио диффузия лития в железо ие наблюдалась, литий сильно растворим в алюминии и образует с ним несколько химических соединений ... Увеличение местной деформации может происходить в результате накопления или торможения дислокаций у естественных препятствий в кристаллитах, в' частности у границ зерен (рис ... Торможению и скоплению дислокаций способствует снижение температуры; повышение температуры растормаживает, освобождает, выравнивает скопления дислокаций ... Склонность к охрупчиваиию при этом будет определяться главным образом свойствами поверхностного слоя с измененным химическим составом по сравнению с основной твердой фазой и способностью к химическому взаимодействию с ней жидкой фазы в процессе деформирования ... Известно, что в неравновесных гетерогенных сплавах со структурой, образовавшейся в процессе распада твердого раствора или состоящей из фаз с разными удельными объемами, могут возникнуть большие микронапряжения ... Иногда нарушение силового равновесия в твердом теле вследствие контакта с жидкой фазой вызывает деформацию ниже предельной; тогда охрупчнваиия не наступает, и для его осуществления требуется дополнительная деформация от внешних нагрузок ... Более метастабильные сплавы, содержащие 2,5% Мй, охрупчиваются прн относительно большей деформации Еще более метаста-бильный сплав, содержащий 4%охрупчивается в значи-тельно большей степени при относительно малом усилии ... Неравновесные, или имеющие внутренние напряжения сплавы, склонные к охрупчиваиию под действием жидкой фазы, самопроизвольно не разрушаются; они разрушаются только под действием дополнительных растягивающих нагрузок ... Это было обнаружено, в частности, при испытании статей в контакте с легкоплавкими оловосодержащими припоями или с латунью Л62Уропепь остаточных структурных напряжений в закаливаемых сталях зависит от термической обработки; он может характеризоваться пределами прочности ... Не случайно хрупкое разрушение стали ЗОХГСА в контакте с оловянными припоями происходит при растяжении образцов, термически обработан-пых иа прочность 3=90 кгс/мм2 ... Такие случаи представлены при взаимодействии железа с литием и железа с кадмием, в которых смачивание твердого металла жидким — адсорбционное, обратимое ... Такое охрупчива ние должно быть связано с низким межфазиым натяжениемСамопроизвольное и вынужденное контактное твердо-жидкое охрупчивание между двумя металлами имеет место, если нх диаграммы состояния относятся к типу простых эвтектических, перитектически\ или моиотектических, совмещенных эвтектических и иеритектических и эвтектически-моиотектических прн условии растворимости твердого металла в жидком и (или) малой растворимости или отсутствии растворимости жидкого металла в твердом ... Пасты изготавливают с неметаллической связкой (например, раствором акриловой смолы в растворителе Р-5), испаряющейся в процессе пайки, и, с металлической связкой, роль которой выполняет с легкоплавкая составляющая металлокерамнчес кого припоя жидкая прн комнатной температуре (галлий и его сплавы, или ртуть) ... При металлокерамнческой пайке, в отлнчие от пайки полностью расплавляющимися припоями, их взаимодействие протекает в условиях сильно развитых межфазиых поверхностей на границе твердой и жидкой фаз ... Такие случаи представлены при взаимодействии железа с литием и железа с кадмием, в которых смачивание твердого металла жидким — адсорбционное, обратимое ... В процессе приближения к более равновесному состоянию системы происходит перенос избыточно-растворенного вещества к частицам с большим радиусом кривизны ... Однако в результате затвердевания жидкой фазы в ячейках скелета и взаимодействия ее с наполнителем может возникнуть пористость, усадочная или диффузионная ... Такая особенность металлокерамических припоев позволяет, например, освободиться от дорогостоящей подготовки и сборки соединяемых деталей, необходимой при пайке полиостью расплавляющимися припоями, а также от необходимости вращения при пайке крупногабаритных изделий с замкнутой формой швов н т ... Вместе с тем эта особенность металлокерамических припоев исключает растекание и затекание нх в зазор после расплавления легкоплавкой составляющей и смачиваиня ею частиц наполнителя и паяемого материала ... Но прн этом увеличивается неоднородность структуры н свойств в паяном шве, что может быть устранено или уменьшено, например, при диффузионной пайке Слишком же большое давление при мета л л ©керамической пайке может привести к образованию жесткого скелета из частиц наполнителя раньше расплавления легкоплавкой составляющей припоя н к усиленному развитию локальной усадочной нлн диффузионной пористости ... Дли этого прн сборке у зазора, куда помещен металлокерампческнй припой, необходимо укладывать некоторое количество легкоплавкой составляющей нли пасту с большим содержанием легкоплавкой фазы ... При достаточной пластичности и прочности легкоплавкой фазы и отсутствия ннтерметаллидов по ее границе со швом и частицами наполнителя, подпитка обеспечивает достаточно высокие механические свойства шва ... Это позволяет паять тонколистовые конструкции металлокерамическим припоем с потенциально высокой эрозионной способностью легкоплавкой составляющей данного припоя ... Так, например, при пайке меди галлиевымн пастами — припоями с медным наполнителем при температурах до 70°С образуется жесткий скелет из медных частиц и интерметаллида СиСа2, температура распайки повышается до ~250°С ... Отвод депрессанта ие только в частицы наполнителя, но и в паяемый материал ускоряет процесс диффузионной пайкн и способствует более полному его прохождению ... Давление при этом служит также регулятором количества жидкой составляющей припоя, что имеет решающее значение для сокращения времени пайки и получения высокопрочных и равнопрочных соединений ... Контактно-реактивное плавление может быть использовано для разделения одного ни контактирующих металлов с помощью другого в результате удаления от места контакта образующейся при этом жидкой фазы [65] ... При КРР получаются более ровные края реза, чем лрн резке с автономным расплавлением, кроме того обссшечи'и стся высокая гроизводнт ьн ть процесса вследствие возможности одновременного тфорезання нескольких сквозных или «есквозных отверстий, замкнутых или этгэамхлутых лазов любой фг|1ш контура в листах, плитах, фольге, трубах и др ... При этом избыточная жидкая фа-резаиТеСИЯеТСЯ В зазор иежяу боковыми стенками резака и поверхностьюПри контактно-реактивном плав тении мети плов с неокнелемной поперх-ностью образующаяся жидкая фаза практически мгновенно смачивает ее гонким слоем ... Последний способ представлялся особенно перспективным в связи С возможностью регулирования КРР через величин, сУблужнваемой поверхягостн контактирующих металлов, в отличие от других перечисленных выше способов устранения окиспой пленки, при которых послетняя удаляется сразу по большей часта поверхности разрезаемого металла и резака ... Были исследованы также особенности процесса КРР алюминии и его сплавов с флюсом и без флюса с предварительным лужением легкоплавким припоем в зависимо сгн от температуры процесса, температуры плавления эвтектики, образующейся при контакте разрезаемого металла и метал, а резака и давления на резак ... Учитывая, что при температуре 591°С в системе А1—-Си имеет место перитектическое превращение 6-чфазы, а также, что аналогичный характер развития химической эрозии обнаружен в температурном интервале образования интерметаллидиых про с-юек и их пернтектического превращения при контакте медн с оловом, кадмием и цинком [32] можно лолатать, что большая скорость образования ин-терметаллидных прослоек вблизи перитектической температуры существенно влияет на скорость процесса КРР-|На кривой зависимости скорости КРР от температуры при резке алюминия резаком из латуни Л63 на стационарном этапе интервала понижения скорости резки нет, что обусловлено отсутствием прослойки ннтерметачлнда а границе латуни с алюминием в н следованием интериале температур вследствие замедленного ее роста (рис ... При этом отсутствует этап дорезанияПрн бесфлюсовой КРР с предварительным лужением процесс контакт-1ю-реактивного плавления резака и разрезаемого металла прн температурах 625 С и ниже происходит только по отлуженной поверхности резака ... После полного расплавления облуженного конца резака скорость КРР резко снижается вследствие торможении взаимодействия разрезаемого металла и резака только через торцовую поверхность последнего ... Начиная с достаточно высокой температуры КРР, происходят, вероятно, под/плавление и диспергатгия окисной пленки на резаке, поэтому снижение скорости КРР не аастутпает, а имеет место обычное дорезание образца вследствие увеличения относительной нагрузки на металл ... Хирактерио, что скорость КРР на стационарном этапе после предварительного лужения заметно ниже, чем прн флюсовом варианте процесса, что, по-видимому, объясняется тормозящим действием слоя припоя П200А, через который происходят контакт меди и алюминия ... Вследствие ликвации жидкой фазы по весу олово может долго оставаться в последней, снижая скорость КРР, так как выдавливаться из зазора будет более легкая составляющая ... При контакте с газовой средой, органическими или неорганическими веществами на нем образуются слои с неметаллической связью: адсорбированные слон с ван-дер-ваальсовой связью, хемосорбц ионные слои с манной или колалентной связью, окислы, тренмущественно с ионной валентной связью ... Удаление неметаллических пленок активирует поверхностный слой панимого металла, освобождая свободные связи его атомов или выводя на поверхность нижележащий внутренний слой металла ... Если же нагреву и атмосфере застойного вакуума подвергать металл, заранее очищенный от слоя окисла, то после израсходования малого количества оставшегося в вакууме кислорода на образование тонкой и неснлсшной пленки окисла процесс пайки может стать возможным, в частности «при условии диспергацші этой пленки ... Таким образом, простой нагрев выше температуры равновесного состояния реакции может привести при заданном парциальном давлении кислорода к протеканию реакции в сторону диссоциации окислов ... Однако на воздухе лишь «іеммогке благородные металлы, например золото, не образуют термически устойчивых окислов ілрн 20"С Окисел серебра становится неустойчивым при нагреве иа воздухе выше 300Х ... Для большинства же металлов « сплавов температура протекания реакции (47) на воздухе в сторону диссоциации окислов (температура обратимой реакции) превышает температуру их плавления ... Прн нагреве титана выше температуры перехода а—в слабо окислительной среде, когда скорость поступления атомов кислорода к по верхности металла меньше скорости его растворения, происходит смещение реакции (47) в сторову восстановления металла из окисла ... Подобная особенность ысталлов-геттеров позволяет вегги процесс их плйки в чистом проточном аргоне или вакууме, более низкой, чем вакуум, в котором становится возможным восстановление окислов [32] ... Прн этом процесс удаления пленки может быть облегчен в результате контактного т ердо жидкого плавления паяемого материала ъ жидком припое под окисной пленкой и диспергац'нл -последней ... Без этого во многих случаях высокое качество пайки высокоактивных металлов, сплавов иа их основе «ли сплавов, легнроя явных такими металлами, может «е быть обеспечено Лри нанесенимtía паяемые поверхности тальваническнх или термовакуумных покрытий последние в известной степени изолируют паяемый металл от контакта с впеш-неА тазовой средой и, такнм образом, тормозят образование и рост окис-ных пленок иа нх поверхности ... Процесс (пайки ib этом случае осуществляется в два этапа: 1) лужение паяемой поверхности припоем; 2) собственно пайка по оолужен-ным поверхностям путем нх прижима и нагрева до полного расплавления легкоплавкого слоя полуды ... Для нарушения сплошности окисной пленки используют режущий инструмент, например шабер и абразивы (пемзу, металлические порошки, металлические щетки, сетки, ворсистые хлопчатобумажные ткани и Др ... Нижняя граница интервала твердо-жидкого состояния прн этом определяется неравновесным солидусом, а верхняя граница не представляет собой монотонную кривую (рис ... Пока превалирует влияние разветвленности дендритов температура начала срастания их повышается, а затем прн дальнейшем увеличении в сплаве легирующего элемента начинает сказываться преимущественное влияние его на замедление роста дендритов и температура начала срастания дендритов первичной фазы снижается ... Чем больше неравновесной эвтектики в сплаве, тем при более низкой температуре образуется жесткий каркас из дендритов первичных кристаллов, пока температура их срастания ие достигнет температуры затвердевания эвтектики ... Заметный интер вал твердо-жидкого состояния характерен лишь для сплавов, расположенных в области твердых растворов системы в условиях неравновесной кристаллизации, вне этой области с появлением равновесной эвтектики интервал твердо-жидкого интервала близок к нулю ... Следовательно, в качестве припоев для абразивно-кристаллической пайки и лужения пригодны сплавы эвтектического типа, расположенные по составу вне области равновесных твердых растворов и отличные от эвтектики ... Если ультразвуковое давление меняется на величину, равную атмосферному, или более высокое, чем атмосферное давление, то в узлах волн и в отрицательной фазе устанавливается нулевое илн отрицательное давление, которое может привести к разрыву жидкости и вызвать образование пузырьков ... Повышенное давление газов внутри пузырьков и значительное местное смещение жидкости вблизи твердой поверхности оказывают разрушающее действие иа поверхностный слои окисной пленки ... По мере увеличения интенсивности колебаний кавитация распространяется по всему объему ультразвуковой ванны и иа осциллограмме появляется сигнал, с соответствующим ав тациоиным спектром ... При этом кавитационная эрозия твердого металла увеличивается, весовой коэффициент такой эрозии К равенК = ^—уЫ,(48)где Уср —средний объем твердого металла, удаленного при лужении; ■у — плотность образца;Л' — количество абразивных частиц или первичных кристаллов в расплаве, С — масса образца ... Зависимость звукового Лавлс-ленмя р от частоты колебания для ультразвуковых ввииИзучение изменения весового 9-коэффициента эрозии при ульт-развуховом лужении алюминия в 5 (г ванне с жидким оловом, содер- ^ жащим в качестве абразива | в опилки ферротитана, показало,« что при этом, кроме кавитацией- § ной, возможна также абразивио-кавитационная эрозия ... Явление смачивании в рассматриваемом случае было объяснено «прониканием» жидкого припоя от мест контакта с паяемым мате риалом через несплошностн в окисной пленке ... Как известно, граничные слон двух фаз, например металла и его окисла, обладают повышенной энергией, вследствие нх структурного и химического отличня; поэтому процесс контактного твердо-жидкого плавления начинается прежде всего по участкам с повышенной энергией, что приводит к понижению энергии системы в целом;3)удаление частиц пленки юкиста в жидкий припой ... Очищенная от окислов поверхность металлов перед пайкойизолируется от свободного доступа воздуха слоем жидкого защитного припоя, введенного с паяемым металлом в физический контакт ... Взаимодействуя с паяемым металлом через участки механического или ультразвукового разрушения окисной пленки припой изолирует очищенную от окисла активированную поверхность паяемого металла от воздействия воздуха ... Явление наступления и развития процесса лодплавления паяемого металла под окисной пленкой в контакте с жидким защитным припоем с участием контактного твердо-жидкого плавления получило название контактного твердо жидкого активирования [1] ... Необходимо, чтобы он взаимодействовал с паяемым металлом прн температуре лужения, хотя бы частично отделял от него окненуго пленку, но ие приводил к развитию глубокой или сквозной химической эрозии паяемого металла при лужении при высокотемпературной пайке, слабо окислялся при нагреве на воздухе, образовывал жидкие раст-поры с припоем ... Если компоненты не образуют между собой растворов ни в твердом, нн в жндком состоянии, то паяемый металл не будет плавиться в контакте с жидким защитным припоем под окисной пленкой, вследствие чего отделение и диспергация окисной пленки происходить не будут ... При контакте алюминия и его сплавов с оловом, в соотвегстппи с диаграммой состояния, процесс контактного твердо-жидкого плавления алюминия должен усиливаться с повышением температуры и может стать особенно заметным прн высокотемпературной пайке (450—600°С) ... При легировании защитного припоя алюминием п процессе контактного твердо-жидкого плавления последнего жидкая фаза приобретает способность смачипать пленку А1203 ... На обезжиренные ацетоном образцы укладывали дозированную по объему порцию припоя (50 мм3) и загружали в печь, предварительно нагретую до температуры испытания ... После нагрева образца н защитного припоя до температуры испытания на образце под каплей жидкого припоя, погрузив в нее стальную тонкую иглу, наносили риску ... Эти металлы образуют с алюминием сплавы с монотектикой в очень широкой области концентраций, такие сплавы расслаиваются в жидком состоянии, а при перемешивании образуют эмульсин ... Не происходило заполнения зазора жидким припоем и при предварительной укладке его перед пайкой в горизонтальный зазор; прн этом припой растекался только по нижней пластине ... По-видимому, наличие на поверхности жидкого растекающегося припоя окиснон пленки, образовавшейся на нем перед расплавлением, препятствовало смачиванию верхней пластины и развитию процесса заполнения зазора жидким припоем ... В этих условиях в отличие от условий в горизонтальном зазоре пары легконспаряющегося элемента в основном улетают вверх, не препятствуя заполнению зазора припоем, а пленка окисла, образовавшаяся на припое перед его расплавлением,гоо ивРИС ... При У-образных зазорах происходило заполнение лишь некапиллярной части шва, вероятно, вследствие попадания в закрытую подложкой капиллярную нижнюю часть зазора паров легкоиспаряющнхея элементов ... Капиллярная пайка с этими припоями была осуществлена при условии вытекания их из питателя — сквозного отверстия в верхней пластине иахлесточного соединения, с уложенной предварительно в него дозой припоя ... С !р каппе люмннин в »в-тектлках с некоторы н металламитемлературе панки паяемого металла в эвтектике, а также упругость испарения компонентов припоя и покрытия в вакууме, характеризующая возможность пе--] реноса их через несллашности в] пленке ... Поэтому пленка окислов иа метал-1 лическом покрытии, особенно образовавшаяся в вакууме, не мо-( жет существенно препятствовать контакту с алюминием и наступлению контактно-реактивного плавления ... При контакте с германием и кремнием процесс активирования может замедляться из-за высокой стойкости пленки их окислов, а прн контакте с германием— также из-за пониженной температуры плавления эвтектики ... Отсутствие в соединениях других ннтерметаллидов системы дает основание предполагать, что образование легкоплавкого интерметаллида при контактно-реактивном плавлении есть результат кинетической реакции между твердым алюминием и металлом покрытия иа первом этапе и между твердым алюминием и жидкой фазой на втором этапе ... С !р каппе люмннин в »в-тектлках с некоторы н металламитемлературе панки паяемого металла в эвтектике, а также упругость испарения компонентов припоя и покрытия в вакууме, характеризующая возможность пе--] реноса их через несллашности в] пленке ... Такие граничные поверхности, постепенно сливаясь с близлежащими аналогичными поверхностями от рядом расположенных участков физического контакта, образуют общую криволинейную поверхность сложной формы ... Развитие глубины общей химической эрозии алюминия Н прн коптактио-реактнвном плавлении с кремнием, медью, серебром, цинком, никелем в зависимости от времени приведено па рис ... Поэтому в качестве покрытия при бесфлюсовой высокотемпературной пайке алюминиевых сплавов в безокиелнтельнон атмосфере пригодны металлы, образующие богатую алюминием эвтектику с температурой плавления ниже 640СС ... Высокая поверхностная активность образующейся при контактно-реактивном плавлении эвтектики позволяет вести процесс высокотемпературной бесфлюсовой пайки в вакууме с разрежением Ю-* мм рт ... Для защиты металла от окл теп-ия в процессе ланки флюс должен: иметь температуру ликвидуса несколько ■ниже температуры солндуса припоя, так как твердый флюс не способе эффективно защищать поверхность металлов от контакта с -воздухом; отачивать и растекаться по поверхности паяемого (материала и рлпоя затекать в зазор между паяемыми поверхностями к смачивать ях, удаляя адсорбированные иа "них газы; сохранять покровное действие до конца пайкн; образовывать с припоем два жидких несмешнвающнхея слоя; иметь плотность меньшую, -чем припои, и всплывать в жидком припоеРеакции между флюсом л окислами лри пайке могут быть химическими, без изменения валентности металлов, участвующих в реакции электрохимическими, сопровождающимися ... Для улучшения смачивания стали вытесняемыми из флюса легкоплавкими металлами во флюс вводят, например, хлорид меди, из которого при ком-, натной температуре вытесняется достаточно тонкий, пористый' подслой меди ... По этой причине нельзя говорить об активности флюса безотносительно к припоям и паяемому материалу, так как удаление окненой пленки происходит, вообще говоря, прн комплексном! нх воздействии ... Активность флюса, оцениваемая по полному удалению окисной пленки с поверхности паяемого металла, необхо-" днма только в тех редких случаях, когда припой способен лишь, к весьма слабому взаимодействию с паяемым металлом, а флюс не реактивен ... Идеальными условиями оценки активио-сти флюса прн заданной температуре пайки является введение его в контакт с припоем и паяемым материалом в изотермических условиях ... Однако при неизотермическом нагреве металла до температуры пайки без флюса в условиях свободного доступа воздуха поверхностный слой металла может интенсивно окисляться ... Прн нагреве предварительно очищенной поверхности паяемого металла под слоем жидкого флюса последний в известной степени защищает паяемую поверхность от доступа воздуха, что улучшает условия флюсования ... Флюс, кроме того, может взаимодействовать с паяемым материалом и припоем и вследствие этого иметь ограниченное время активного действия как в изолированном от металла состоянии, так и в контакте с ним ... Поэтому оценивать активность флюса необходимо по допустимому времени нагрева при иеизо-термнческой и изотермической пайке, а прн большом расходе флюса на единицу площади паяемого материала указывать дозировку флюса ... На участке 2—3 наблюдается наиболее высокая активность флюсов в основном из-за термической диссоциации активаторов и образования активных групп, например хлористого водорода или соляной кислоты ... На участке 3—4 уменьшение растекаемостн припоя объясняется снижением активности флюса из-за уменьшения содержания в нем активаторов в результате их испарения и (нли) разложения ... УГЛЕРОДИСТОЙ И НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛЕП С ПРИПОЕМ ПОС61Окисление активаторов при высоких температурах может быть задержано, а верхняя температура активности флюса увеличена, если пайку проводить в среде нейтральных газов (например, аргона) ... Поэтому флюс, а за ним н припой будут прежде всего «обегать по периметру нахлестки, мешать выходу воздуха нз зазора, что приведет к образованию иепропаев в соединении ... Поэтому с увеличением неравномерности нагрева деталей при панке для уменьшения илн предупреждения образования иепропаев следует выбирать флюсы с более широким температурным интервалом активности ... Следовательно, существует термодинамическая возможность автономного плавления и сварки алюминия при взаимодействии с расплавом этих галогенидовЗНАЧЕНИЯ ИЗОБАРНО-ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НЕКОТОРЫХ ЖИДКИХ ГАЛОГЕНИДОВ ПРИ РЕАКЦИИ ИХ С АЛЮМИНИЕМНавеску хлорида нли бромида висмута помещали в фарфоровый тигель, частично погруженный в вашгу с жндкнм оловом, ... Температура начала самопроизвольной экзотермической реакции ниже, чем температура галогенида; время до начала резкого подъема температуры образца зависит от начальной температуры галогенида ... Во флюсах, содержащих галогениды тяжелых металлов в ограниченных количествах, это явление выражено слабее, но при этом и экзотермический эффект соответственно слабее ... Иногда предотвращение возникновения интерметаллид иых прослоек или образование их весьма незначительной величины прн пайке ие гарантирует от дальнейшего протекания процессов реактивной диффузии при длительной высокотемпературной работе паяного изделия ... Чулковым были исследованы рост прослоек и соответственно с этим снижение механических свойств прн длительном нагреве соединений из стали 12Х18Н9Т с алюминиевым сплавом АМц, паянных алюминиевыми припоями с целью определения допустимого времени работы таких соединений при повышенных температурах прн заданном сопротивлении срезу ... Затем по экспериментальным кривым роста интерметаллидпого слоя и снижения сопротивления срезу в зависимости от времени выдержки прн постоянной температуре, задаваясь допустимой величиной прочности на срез для паяных соединений, можно определить соответствующую максимальную толщину прослойки химического соединения ... Хорошее смачивание стали припоями в этих условиях происходило только по слою серебра (1—2 мкм), нанесенному предварительно на сталь гальваническим способом ... Образцы с подготовленной поверхностью паялн эвтектическим силумином, толщина контактирующего со сталью слоя напаянного чистого алюминии составляла 100—200 мкм ... НА ТОЛЩИНУ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОЙ ПРОСЛОЙКИ о* При определении толщины ннтер ллидного слов в обрвэцах с предварительны*,ров&ннем стили после длительных вы жск при указанных температурах вычитали начальную толщину и «ггаллндного слоя ... Развитие диффузионной пористости, особенно в прослойке хрупких химических соединении, может быть причиной резкого понижения прочности паяного соединения ... Поэтому для диффузионной пайкн наиболее совместимы сочетания паяемого материала и припоя, имеющие одинаковую основу н не образующие прослоек ннтерметаллидов ... Прн этом ширина шва должна интенсивно расти из-за резкого увеличения предельной растворимости меди в жидком олове, особенно выше температуры разложения фазы е ... Поэтому при диффузионной пайке меди в температурном интервале существования фаз с пониженным содержанием олова н при достаточно большой скорости нагрева в интервале существования е фазы диффузионная пористость в паяемом соединении возникнуть ие должна Прн достаточно медленной скорости нагрева до температуры пайкн в интервале существования е-фазы в ней может успеть развиться мелкая диффузионная пористость ... Однако такая пористость при дальнейшем нагреве соединения до более высоких температур может оказаться неустойчивой вследствие зарастания н коагуляции старых пор ... Рентгеноструктурные исследо в нин показали, что эта прослойка состоит из е фазы и располагается между основным материалом и прослойкой т)-фазы, граница которой со стороны шва состоит из дендритов ... С увеличением температуры изотермической выдержки число пор в е-фазе уменьшается, а их средний диаметр несколько возрастает; повышается и расстояние цепочки пор от границы шва (рис ... Рентгеноструктурные исследо в нин показали, что эта прослойка состоит из е фазы и располагается между основным материалом и прослойкой т)-фазы, граница которой со стороны шва состоит из дендритов ... С увеличением температуры изотермической выдержки число пор в е-фазе уменьшается, а их средний диаметр несколько возрастает; повышается и расстояние цепочки пор от границы шва (рис ... Невысокая прочность соединений, паяных при этой температуре, обусловливается не только развитием ннтср еталлидных прослоек и диффузионной пористости в них, но и высоким содержанием в шве депрессанта (олова) ... В прослойке располагаются заметно укрупненные и сравнительно более редко расположенные диффузионные поры, чем после пайки при 500 СПоеле пайкн при 650СС в течение 15 мин по границе шва с паяемым материалом обнаружены тонкие прослойки остатков е-фазы; пористость располагается в шве неподалеку от этих прослоек (рнс ... Это, по-видимому, связано с неустойчивостью е-фазы вблизи 670°С и интенсивным контактным твердо жидким плавлением медн в олове и расширением шва, так как предельная растноримость медн в олове прн этой температуре вырастет с 10 до 44%, что подтверждается резким увеличением расстояния цепочки диффузионных пор от границы шва ... При продолжающемся нагреве соединения выше 670°С н разложении е-фазы поры еще некоторое время остаются в структуре н могут зарастать при длительных изотермических выдержках ... Образующаяся цепочка коагулированных более круп-ых н редко расположенных пор, по видимому, меньше ослабля-т паяное соединение, чем мелкая строчечная пористость ... Ч«РЗ на толщину О прослойки химического сое-лииеиия Р*,Р и число пор N и лнффу-ио! ной ^и11г стглн идоль ее границы с пап инны слоем ыа длину - !№ ыкм (вреыи контакта I и)с™,» к"н_шт напаянные образцы подвергалимикроисследованню иа металлографическом микроскопе МИМ8, стереоскопической бинокуляре МБС1 и приборе ПМТЗ ... Наибольшее число лунок было обнаружено после растекания прн 900°С; диаметр нх возрастал по мере роста температуры пайки н достигал максимальных размеров при 980°С ... Ширина периферийных участков со временем выдержки при температуре 980°С возрастала, что, по-видимому, было связано с более быстрым испарением с поверхности фосфора ... Такого количества его было достаточно для обеспечения температуры плавления при 950°С и предотвращения развития интенсивной диффузионной пористости в область твердого раствора в стали СтЗ рядом с паяным швом ... Чем меньше 0/Е, тем меньше утШов паяных соединений во многих случаях структурно неоднороден, и поэтому характер его разрушения прн растяжении зависит от наличия в нем хрупких интерметаллидиых прослоек, газовой и диффузионной пористости и их распределения в шве ... Характерно, что при встрече трещины с болеепрочными и пластичмыми включениями б фазы ее развитие затормаживается с образованием следов пластической деформации в виде «усов» у вершины трещины ... С увеличением ширины интерметаллидиых прослоек, появление цепочки диффузионной пористости н особенно при снижении пластичности шва макропластическая деформация в нем ие развивается; пластическая деформация может быть только микроскопической и развиваться в виде «усов» при выходе трещин в пластичную фазу ... Под дейст-ем изгибающего момента, возникающего в процессе растяже-я и повороте плоскости шва, трещина переходит через шов иа ротивоположную его границу, где в том же направлении проделают развиваться единичные трещины по границе шва и лро-ойки 7) фазы (рнс ... |
Современные средства защиты сварщиков
Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений
Технология и оборудование контактной сварки. Учебное пособие для машиностроительных и политехнических втузов
Контактные металлургические процессы при пайке
Диффузионная сварка разнородных материалов: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений
Сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродом (Рекомендации для «чайников»)
Технология металлов и конструкционные материалы: Учебник для машиностроительных техникумов