Даже в объеме 1 м3 с разрежением 1,33.10-25 Па находятся сотни молекул газов.
Значительно уменьшить парциальное давление кислорода в газовой среде можно двумя путями: созданием вакуума с определенной степенью разрежения воздуха и заполнением пространства, окружающего изделие, инертным газом.
Условия бесфлюсовой пайки металла, на котором образуется определенный оксид, могут быть выбраны с помощью графика изменения упругости диссоциации оксидов (рис. 31): вся область температур и парциального давления кислорода ниже кривой равновесия реакции соответствует условиям самопроизвольного распада оксида; вся область температур и парциальных давлений кислорода выше этой кривой соответствует условиям окисления металла.
Диссоциация оксидов в газовых средах с пониженным парциальным давлением кислорода может стать возможной при температуре ниже температуры обратимой реакции также и вследствие растворения кислорода в паяемом металле. При этом при условии прекращения доступа кислорода к поверхности паяемого металла, например при пайке в вакууме или других безокислительных средах (аргоне), может произойти разрушение оксидов в результате постепенного растворения кислорода оксидов в основном металле. Так, например, нагрев окисленного титана или циркония в вакууме или инертной газовой среде приводит к эффективному разрушению оксидов на их поверхности. Вследствие этого пайка титана и циркония возможна в относительно невысоком вакууме (р= 1,33-10-2—1,33-10-3 Па соответственно), несмотря на высокую свободную энергию образования их оксидов. При нагреве сталей, в результате слабой растворимости кислорода в железе, восстановление оксидов железа в аналогичных условиях затруднено.
Константа равновесия гомогенной и гетерогенной реакции и давление диссоциации оксидов обычно увеличиваются с повышением температуры. Однако для большинства металлов и сплавов температура протекания реакции на воздухе в сторону диссоциации оксидов (температура обратимой реакции) превышает температуру их плавления. Поэтому обычно температуру диссоциации (восстановления) осуществляют не на воздухе, а в газовых средах с малым парциальным давлением кислорода (инертные и нейтральные газы) или в вакууме.
Если образующийся при диссоциации оксида кислород непрерывно удалять из зоны пайки так, что остаточное парциальное давление кислорода будет оставаться меньше равновесного р02 при данной температуре, то будет происходить восстановление оксидов на паяемом материале и процесс пайки станет возможным.
При увеличении константы равновесия Kр реакция идет в сторону образования оксида. Так как конденсированные фазы — металлы и оксиды имеют при данной температуре постоянное давление паров, то КР = р02. Если при протекании реакции парциальное давление кислорода возрастает ро2> Кр. то это значит, что оксидная пленка диссоциирует на металл и кислород. В изотермических условиях этот процесс постепенно замедляется. Если при протекании реакции (Заявка 54-133449 Япония, МКИ3 кл. 23 В22/В23К 35/26) парциальное давление кислорода в окружающей среде уменьшается, то происходит процесс окисления металла и пайка становится невозможной.
В изотермических условиях отклонения от равновесия в какую-либо сторону направление реакции определяют по константе равновесия — давление паров металла, кислорода и оксида.
Направление реакции окисления (восстановления) металла определяется температурой и давлением кислорода окружающей среды:
При уменьшении парциального давления кислорода в окружающей газовой среде создаются благоприятные условия для самопроизвольного распада оксидов, а следовательно, для пайки металлов и сплавов.
Пайка в газовых средах
Для снижения числа пор и избежания образования пор и раковин в паяных швах припой в зазоре при пайке подвергают ультразвуковым и низкочастотным колебаниям (Заявка 56-6777 Япония, кл. В 23 К 1/00; заявка 56-84167 Япония, МКИ3 кл. В 23 К 1/06).
С. В. Лашко, Е. Г. Вирозубом и П. И. Панченко показано, что наиболее качественное лужение алюминия оловом и оловянно-цинковыми припоями с минимальной глубиной эрозии возможно в присутствии в жидком припое твердых частиц, способствующих развитию «пристеночной» кавитации. В качестве абразивных частиц в олово может быть введен порошок ферротитана (1—4 %). В сплавах Sn—Zn роль твердых частиц в интервале жидкотвердого состояния выполняют первичные кристаллы цинка. В припое П250А (20 % Zn, остальное олово) кавитационно-абразивное лужение происходит при интенсивности ультразвуковых колебаний 2 ВТ/см2 и амплитуде колебаний 2 мкм. При этом равномерность лужения в 3 раза выше, чем при абразивном лужении, а массовый коэффициент эрозии не превышает 0,03. В припое Sn—50 % Zn за 10 с при температуре 300 °С полное облуживание обеспечивается при интенсивности ультразвуковых колебаний 2 Вт/см2. Массовый коэффициент эрозии при этом не превышает 0,04, а глубина эрозии составляет 0,007 мм, т. е. имеет такой же порядок, что и при абразивной пайке. Рабочая частота колебаний в рассмотренных примерах 19,8 кГц. Используя энергию абразивных частиц в ультразвуковом поле, можно понизить интенсивность ультразвука и процесс лужения вести при допороговых его значениях. При этом эрозия паяемого металла снижается примерно на два порядка.
Абразивно-кавитационная пайка
Образующиеся «мостики» со слабой физико-химической связью между паяемым металлом и слоем полуды (или паяным швом) могут легко разрушаться при охлаждении и после пайки — под влиянием развития релаксации внутренних напряжений в изделии или развития в швах щелевой коррозии. Предотвращение таких явлений, ослабляющих паяный шов, возможно лишь при заметном увеличении растворимости паяемого металла в жидком припое и более полном отделении оксидной пленки при ее диспергации в процессе лужения или пайки.
только в текущем разделе Страницы: 2
Бесфлюсовая пайка (Часть 2)
Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса
Бесфлюсовая пайка
Комментариев нет:
Отправить комментарий