Способы получения паяных соединений

4.1. Паяные соединения

Паяные соединения – это неразъемные соединения, получаемые за счет сил молекулярного взаимодействия между соединяемыми деталями и припоем.

Припой – это сплав или металл, вводимый в расплавленном состоянии в зазор между соединяемыми деталями и имеющий более низкую температуру плавления по сравнению с соединяемыми деталями.

Пайка – это создание неразъемного соединения элементов конструкций из твердых материалов путем заполнения зазора между ними жидким более легкоплавким припоем и образование между швом и соединяемыми элементами прочной связи. Отличие пайки от сварки состоит в отсутствии расплавления или высокотемпературного нагрева соединяемых деталей.

В соответствии со спецификой и особенностями технологического процесса пайку классифицируют по следующим признакам:

· по характеру взаимодействия твердого и жидкого металлов при возникновении спая;

· по особенностям технологии образования паяного соединения;

· по способам нагрева.

Связь в паяном шве обеспечивается:

· растворением материала деталей в расплавленном припое;

· взаимной диффузией элементов припоя и материала соединяемых деталей;

· бездиффузионной атомной связью.

Процесс пайки состоит из следующих операций:

· прогрева соединяемых поверхностей деталей;

· расплавления припоя;

· растекания припоя и заполнения зазора в стыке соединяемых деталей;

· охлаждения и кристаллизации.

Для интенсификации взаимодействия между припоем и деталями и образования прочного соединения поверхности деталей обезжиривают, очищают от окислов и других загрязнений механическими или химическими методами.

Прочность паяного соединения в значительной мере определяет размер зазора в стыке соединяемых деталей. Уменьшение зазора до некоторого предела увеличивает прочность соединения. Это связано со следующими явлениями:

· при малых значениях зазора проявляется эффект капиллярного течения, способствующий заполнению зазора расплавленным припоем;

· диффузионный процесс и процесс растворения материалов деталей и припоя может распространяться на всю толщину паяного шва (диффузионный слой и слой раствора прочнее самого припоя).

Чрезмерно малые зазоры между соединяемыми деталями препятствуют течению припоя. Значение оптимального зазора зависит от типа припоя и от материалов соединяемых деталей (табл. 4.1).

Необходимость малых и равномерно распределенных зазоров является одним из недостатков пайки, ограничивающим область ее применения, особенно для крупногабаритных конструкций. По сравнению со сваркой пайка требует более точной механической обработки и сборки деталей перед пайкой. Для фиксации

относительного положения деталей нередко используют специальные приспособления, большие плоские стыки прихватывают точечной сваркой.

Таблица 4.1 Сборочные зазоры для распространенных сочетаний «паяемый материал – припой», мм

Припой Паяемый материал
Медь Медныесплавы Сталь углеродистая и низколегированная Сталь коррозионностойкая Алюминий и алюминиевые сплавы
Оловянно-свинцовый 0,07 – 0,20 0,07 – 0,20 0,05 – 0,50 0,20 – 0,75 0,05 – 0,50
Медный 0,04 – 0,20 0,001 – 0,05 0,01 – 0,10
Медно-цинковый 0,04 – 0,20 0,04 – 0,20 0,05 – 0,25 0,02 – 0,12
Серебряный 0,04 – 0,25 0,04 – 0,25 0,02 – 0,15 0,05 – 0,10
Алюминиевый 0,12 – 0,25
Цинковый 0,10 – 0,25

Нагрев припоя и деталей при пайке выполняют паяльником, газовой горелкой, токами высокой частоты (ТВЧ), в термических печах, погружением в ванну с расплавленным припоем и пр.

При пайке ТВЧ или в термических печах припой укладывают в процессе сборки деталей в месте шва в виде проволочных контуров (рис. 4.1), фольговых прокладок, лент, мелкой дроби или паст в смеси с флюсом.

Пайка с помощью порошкообразного припоя используется довольно часто для ремонта изношенных и поврежденных трещинами деталей.

Тип паяного соединения определяется формой и расположением соединяемых деталей, а также нагрузкой (табл. 4.2).

Рис. 4.1. Укладка припоя между деталями

Паяные конструкции получили широкое распространение в различных отраслях машиностроения.

Методами высокотемпературной пайки (капиллярной, диффузионной, контактно-реактивной, металлокерамической) получают неразъемные соединения со свойствами, близкими к свойствам основных материалов, и прочностью, превышающей прочность сварных соединений. Поэтому паяные соединения в ряде случаев вытесняют сварные (соединение деталей из высоколегированных жаропрочных сплавов и др.).

Паяные соединения иногда более технологичны и прочны, так как пайка позволяет также:

· получать соединения деталей в скрытых и малодоступных местах конструкции, а, следовательно, изготавливать сложные узлы за один прием;

· паять не по контуру, а одновременно по всей поверхности соединения, что обеспечивает высокую прочность;

· соединять разнородные материалы;

· выбирать температуру пайки, сохраняя механические свойства материалов в изделии и обеспечивая совмещение нагрева под пайку и термическую обработку.

Основные недостатки соединений: сравнительно невысокая прочность и высокая трудоемкость изготовления соединений методами высокотемпературной пайки.

При конструировании паяных изделий наряду с выбором основного металла производят выбор припоя и способа пайки, так как последние существенно влияют на выбор типа соединения, зазоров и условий сборки.

Таблица 4.2 Типы паяных соединений и их обозначение (по ГОСТ 19249-73)

Типсоединения Форма поперечного сечения Условное обозначение Типсоединения Форма поперечного сечения Условное обозначение
Нахлесточный ПН-1ПН-2ПН-3 Тавровый ПТ-3ПТ-4
Телескопический ПН-4ПН-5ПН-6 Угловой ПУ-1ПУ-2ПУ-3
Стыковой ПВ-1ПВ-2 Соприкасающийся ПС-1ПС-2ПС-3ПС-4
Косой стыковой ПВ-3ПВ-4
Тавровый ПТ-1ПТ-2

Главным условием при назначении основного металла является паяемость его припоями, обеспечивающими заданную прочность. Необходимо учитывать также чувствительность основного металла к нагреву и склонность его к образованию трещин под действием расплавленных припоев, проникающих между кристаллами по границам зерен основного металла. В связи с этим, например, пайка сталей латунью применяется в

ограниченном масштабе. Медь является основным компонентом, вызывающим охрупчивание соединений.

Припои должны хорошо смачивать обезжиренные поверхности деталей, не образуя с ними интерметаллидов. В качестве припоев применяют чистые металлы и (в основном) сплавы на основе олова, меди, серебра и т. п.

Источник: http://libraryno.ru/4-1-payanye-soedineniya-2013_detali_mashin/

Паяные соединения

Пайка-это технологический процесс соединения металлических деталей посредством присадочного материала (металла или сплава), называемого припоем, основанный на диффузионном взаимодействии материалов соединяемых деталей и припоя с образованием химических соединений или твердых растворов и сцеплении паяного шва с металлом деталей. По конструкции паяные соединения подобны сварным и клеевым. Примерами применения паяных соединений в машиностроении могут служить радиаторы автомобилей и тракторов, тонкостенные трубопроводы (рис. 1) и прочие конструкции. Паяные соединения имеют очень широкое применение в приборостроении.

Рис. 1

В отличие от сварки пайка позволяет соединять детали, изготовленные не только из однородных, но и из неоднородных металлов, например стальную деталь с алюминиевой и т. д. Кроме того, паять можно и детали с тонкостенными элементами, где применение сварки недопустимо из-за опасности прожога.

Перед пайкой паяемые поверхности деталей обезжиривают и очищают от окислов. Для предохранения паяных поверхностей деталей от окислов, образующихся при пайке, используют флюсы (канифоль, бура, хлористый цинк).

После подготовки соединяемых деталей к пайке и последующей сборки их обычно подогревают до температуры плавления припоя и в зазоры между ними вводят расплавленный припой, который после охлаждения прочно соединяет детали.

Для получения качественного паяного соединения температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления металлов соединяемых деталей.

Так как пайка осуществляется при температуре значительно более низкой, чем при сварке плавлением, то паяные детали по сравнению со сварными менее коробятся и создаются условия, благоприятствующие пайке тонкостенных деталей, отличающихся по толщине, а также получению конструкций сложной формы. По сравнению со сварными соединениями паяные менее прочны.

Различают легкоплавкие, или мягкие, припои с температурой плавления до 350°С и тугоплавкие, или твердые, с температурой плавления выше 600°С. Из мягких припоев наиболее распространены оловянно-свинцовые сплавы, а из твердых — медноцинковые и серебряномедные сплавы.

Паяные швы из мягких припоев малопрочные, поэтому мягкие припои применяют для соединения ненагруженных, малонагруженных, не подверженных действию ударных нагрузок и вибраций.

Из-за низкой температуры плавления не рекомендуется применять их также для соединений, работающих при температуре выше 100°С. Мягкие припои широко применяют в приборостроении. Твердые припои применяют для соединений, несущих нагрузки.

При статических нагрузках применяют припои на медной основе, а для соединений, воспринимающих ударные и вибрационные нагрузки, — припои на серебряной основе.

Расчет на прочность паяных соединений осуществляют по соответствующим формулам, как и для однотипных сварных и клеевых соединений. Допускаемое напряжение на срез можно принимать для паяных швов из оловянно-свинцовых припоев [τ'p] = 20…30 МПа, из медноцинковых припоев [τ'p] = 175…230 МПа.

Источник: https://metiz-bearing.ru/vidsoedinenie/Payanye_soedineniya.html

II. Технология получения паяного соединения. Научись паять

II. Технология получения паяного соединения.
Научись паять.Надёжность электрических контактов между проводниками и деталями и прочность монтажа в целом определяется качеством пайки. Научится хорошо паять – твоя первейшая задача.

Основным инструментом для пайки служит паяльник – стержень или кусок красной меди, нагреваемый до температуры плавления припоя. Конец стержня запилен наподобие клина – это рабочая часть, или жало паяльника. Радиолюбители пользуются электрическими паяльниками. Стержень электрического паяльника вставлен в металлическую трубку.

Трубка обёрнута слюдой или стеклотканью. Поверх этого изоляционного слоя намотана нихромовая проволока – это нагревательный элемент паяльника. Сверху он защищён слоем асбеста и металлическим кожухом. На другой конец трубки насажена деревянная или пластмассовая ручка.

При помощи вилки на шнуре, соединенном с нагревательным элементом, паяльник включают в штепсельную розетку электросети. Электрический ток раскаляет проволоку, а проволока отдаёт тепло медному стержню и нагревает его.

Для пайки нужны ещё припой и флюс. Припоями называют легкоплавкие металлические сплавы, с помощью которых проводят пайку.

Для радиомонтажа обычно используют оловянно-свинцовые припои ПОС – 40 или ПОС – 61, представляющих собой сплав олова и свинца. Цифры в марках припоев указывают процентное содержание в них олова. В припое ПОС-61, например, содержится 39% свинца и 61% олова.

Чем больше в припое свинца, тем он темнее. Плавится припой при температуре 180-200 градусов по Цельсию.

Флюсами называют вещества, которые применяют для того, чтобы подготовленные к пайке места деталей или проводников не окислялись во время во время прогрева их паяльником. Без флюса припой не будет «прилипать» к поверхности металла.

Флюсы бывают разные. В мастерских, например, где ремонтируют металлическую посуду и другой домашний инвентарь, применяют «паяльную кислоту». Это раствор цинка в соляной кислоте.

Для монтажа радиоаппаратуры такой флюс совершенно не пригоден, так как даже небольшая капелька кислоты, попавшая на проводник или радиоэлемент через короткий промежуток времени разъедает его.

Для радиомонтажа пригодны только такие флюсы, в которых совершенно нет кислоты. Если пайка производится в легкодоступных местах, используют канифоль в кусочках.

В тех же случаях, когда трудно добраться до детали с кусочком канифоли, используют густой раствор канифоли в спирте или ацетоне. Можно использовать готовый – ЛТИ-120.

Рекомендую для паяльника сделать или купить подставку, а припой канифоль держать в баночке из алюминия. Эти простые приспособления создадут определённые удобства в работе, а паяльник, припой и канифоль будут содержаться к чистоте.

Умение хорошо паять – своего рода искусство, которое даётся не сразу, а в результате некоторой практики. Секрет прочной и красивой пайки заключается в аккуратности и чистоте: если плохо зачищены проводники, загрязнён, недогрет или перегрет паяльник, никогда не получится хорошей пайки.

Недостаточно прогретый паяльник превращает припой в кашицу, которой паять нельзя. Признаком достаточного прогрева паяльника является, являются вскипание канифоли и обильное выделение пара при соприкосновении её с паяльником.

Нормально нагретое жало паяльника хорошо плавит припой и не покрывается окалиной.

Рабочий конец паяльника должен всегда быть горячим и хорошо залужен – покрыт тонким слоем припоя. Залуживают паяльник так: его разогревают, зачищают жало напильником или наждачной бумагой, опускают в канифоль и прикасаются им к кусочку припоя.

После этого жало быстро трут о дерево, чтобы вся поверхность покрылась тонким слоем припоя. Если припой не пристал даже к хорошо прогретому жалу, его нужно ещё раз зачистить и залудить.

Читайте также:  Реле контроля фаз

Места проводников или деталей предназначенных для спайки, должны быть зачищены до блеска и залужены.

Пайка без залуживания отнимает больше времени и менее надёжна. Залуживание проводников удобнее делать так: зачищенным проводником коснутся канифоли и хорошо прогреть его паяльником. Канифоль, расплавляясь, покрывает поверхность проводника, и припой, имеющийся на паяльнике, растекается по нему.

Поворачивая проводник, и медленно передвигая по нему жало паяльника, легко добиться равномерного покрытия поверхности проводника тонким слоем припоя.

Если при пайке будешь использовать жидкий канифольный флюс, смачивай залуженную деталь этим флюсом при помощи палочки или кисточки, а затем прогревай деталь паяльником до тех пор, пока припой не растечётся по его поверхности.

Чтобы спаять залуженные проводники или детали, их надо плотно прижать друг к другу и к месту их соприкосновения приложить паяльник с капелькой припоя, повисающей на жале. Как только место пайки прогреется, припой растечётся и заполнит промежуток между деталями.

Плавным движением паяльника равномерно распредели припой по всему месту спайки, а излишек удали тем же паяльником – припой быстро затвердеет и прочно скрепит детали.

Очень важно, чтобы спаянные детали после удаления паяльника не двигались с места, пока не затвердеет припой, иначе пайка будет непрочной.

Запомни: хорошей пайкой можно считать такую, при которой припой лежит не комком, а тонким слоем обливает место пайки со всех сторон.

Начинающие, ещё не имеющие опыта работы радиолюбители иногда стараются «замазать» место пайки припоем, а потом удивляются, почему не получается прочного соединения, хотя припоя израсходовано много. Искусство хорошей пайки заключается в том, чтобы провести пайку при малом расходе припоя.

А это достигается при хорошо прогретом и залуженном паяльнике. Только при этих условиях пайка получается прочной, аккуратной и красивой.

Учти: пары канифоли действуют на слизистые оболочки глаз и носоглотки, поэтому паять нужно в проветриваемом помещении.

Ещё лучше, если во время пайки на рабочем месте будет вентиляция.

Практическое задание:

  1. Для учащихся первого года обучения – Спаять из ЭлектроРадилэлементов (ЭРЭ), например, из резисторов, квадрат или куб.
  2. Для учащихся второго года обучения – выполнить Задание№1

Практика. Задание№1

Технологический процесс изготовления «беличьего колеса»

(или «паяного соединения»).

№п/п Название операции Инструмент Материал
1. Отмерить заготовки Линейка, бокорезы Провод медный ПЭЛ, ПЭВd =0,2…0,3мм
2. Зачистка. Удаление изоляции, окислов. (Окислений) Монтажный нож, надфиль, наждачная бумага. Провод медный ПЭЛ, ПЭВd =0,2…0,3мм
3. Лужение заготовок (выводов ЭРЭ) Пинцет, электрический паяльник. Флюс (канифоль), припой (ПОС-61).
4. Формовка заготовок. Пинцет, утконосы. Проводник лужёный.
5. Сборка конструкции (пайка). Пинцет, электрический паяльник. Припой (ПОС-61)

Заготовки

50 мм – 5 штук (перемычки)120 мм – 2 штуки (кольцо)

Конструкция «беличьего колеса»

Паяное соединение

Источник: http://l.120-bal.ru/doc/37327/index.html

Физико-химические особенности получения сварных, паяных и клеевых соединений

МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ МОНОЛИТНЫХ

СОЕДИНЕНИЙ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

На первый взгляд кажется, что образование монолитного соединения двух одинаковых монокристаллов с идеально глад­кими и чистыми поверхностями возможно при любой темпера­туре и без приложения внешней энергии.

Для этого достаточно сблизить их поверхности на расстояние, соизмеримое с парамет­рами кристаллической решетки (порядка долей нанометра). Тогда между сопряженными атомами возникнут связи, граница раздела Д (рис. 1.1) исчезнет и произойдет сварка.

Такой про­цесс кажется вероятным и не противоречит второму началу термодинамики, так как свободная энергия системы при этом должна уменьшиться на величину энергии двух исчезнувших поверхностей раздела.

Рис. 1.2. Энергетический барьер потенциальной энергии системы атомов у поверхности кристалла (а) и иа границе твердой и жид­кой фаз в начальный период их контакта (б)
Рис. 1.1. Схема образования соединения двух монокристаллов с идеально чистыми н гладкими поверхностями:
кристаллы до (о) и после (б) сое­динения

В действительности даже в идеальном случае для соединения поверхностей требуется затрата энергии. Дело в том, что любому
устойчивому состоянию системы соответствует определенный минимум энергии атома. Каждый атом находится как бы в потен­циальной лунке и переход из одного устойчивого состояния в другое возможен только путем преодоления энергетического барьера (рис. 1.2).

Внутри кристалла каждый атом удерживается симметрично направленными силами связи. На свободной поверхности кри­сталла или жидкости атом неуравновешен вследствие отсутствия связи с одной стороны (вакуум) или из-за ее ослабления.

Это вызывает повышение энергии поверхностного слоя кристалла ш„. Если для перемещения внутри тела атому необходима энергия wo (см. рис. 1.2), то для выхода в окружающую среду ш„, причем w„>wо.

Поэтому для соединения двух монокристаллов в один требуется деформационная, или тепловая, энергия извне, превы­шающая граничную энергию wr.

Внешняя энергия деформации будет затрачиваться на преодо­ление сил отталкивания, возникающих между сближаемыми поверхностными атомами.

Когда расстояния между ними будут равны межатомному расстоянию в решетке кристаллов, возни­кают квантовые процессы взаимодействия электронных оболочек атомов.

После этого общая энергия системы начнет снижаться до уровня, соответствующего энергии атомов в решетке целого кристалла, и появится выигрыш энергии, равный избыточной энергии поверхностных атомов кристаллов до их соединения — энергии активации.

Тепловая энергия, сообщенная поверхностным атомам при повышении температуры, увеличивает вероятность развития квантовых процессов электронного взаимодействия в соединении.

Стадийность процесса сварки. Опытный материал и теорети­ческий анализ показызают, что сварку и пайку можно отнести

Рис 1.3. Кинетика изменения прочности соединения а в зави­симости от длительности сварки t (топохимические кривые) при быстром (/) и медленном (2) развитии стадий образования физического контакта А и хими­ческого взаимодействия Б

к классу так называемых топохими — ческих реакций, которые отличаются двухстадийностью процесса образо­вания прочных связей между атома­ми соединяемых веществ (рис. 1.3). Двухстадийность характерна только для микроучастков соединяемых по­верхностей.

На первой стадии А развивается физический контакт, т. е. осуществ­ляется сближение соединяемых ве­ществ на расстояния, требуемые для межатомного взаимодействия, а так­же происходит подготовка поверх­ностей к взаимодействию. На второй стадии Б — стадии химического вза­имодействия — заканчивается про­цесс образования прочного соеди­нения.

Практически получение монолитных соединений осложняется двумя факторами:

свариваемые поверхности имеют микронеровности (даже при тщательной обработке), высота которых измеряется микромет­рами. Поэтому при совмещении поверхностей контакт возможен лишь в отдельных точках;

свариваемые поверхности имеют загрязнения, так как на лю­бой поверхности твердого тела адсорбируются атомы внешней среды.

Для качественного соединения материалов необходимо обес­печить контакт по большей части стыкуемой поверхности и активизировать ее.

Энергия активации. Активация поверхности заключается в том, что поверхностным атомам твердого тела сообщается неко­торая энергия, необходимая:

а) для обрыва связей между атомами тела и атомами внеш­ней среды, насыщающими их свободные связи;

б) для повышения энергии поверхностных атомов до уровня энергетического барьера охватывания, т. е. для перехода их в активное состояние.

Такая энергия активации может в общем случае сообщаться в виде теплоты (термическая активация), упругопластической деформации (механическая активация), электронного, ионного и других видов облучения (радиационная активация).

СВАРКА ПЛАВЛЕНИЕМ И ДАВЛЕНИЕМ

При сварке плавлением и пайке сближение атомов твердых тел осуществляется вследствие смачивания поверхностей тел жидким металлом (припоем, расплавом), а активация поверх­ности твердого металла — путем сообщения ее частицам тепло­вой энергии. Жидкий металл может растекаться по всей поверх­ности тела и обеспечивать соприкосновение и прилипание (или адгезию) его молекул и поверхностного слоя твердых тел.

При затвердевании расплавленного материала слабые адге­зионные связи заменяются прочными химическими связями, соответствующими природе соединяемых материалов и типу их кристаллической решетки.

При сварке плавлением вводимая энергия (обычно тепловая) должна обеспечивать расплавление основного и присадочного материалов, оплавление стыка, нагрев кромки и т. д. При этом происходит усиленная диффузия компо­нентов в расплавленном и твердом материалах, их взаимное растворение.

Эти процессы, а также кристаллизация расплав­ленного металла сварочной ванны (или припоя) обеспечивают объемное строение зоны сварки, что обычно повышает прочность сварного соединения.

Сварка плавлением происходит без приложения осадочного давления путем спонтанного слияния объемов жидкого металла.

Она обычно не требует тщательной подготовки и зачистки соеди­няемых поверхностей.

При сварке плавлением обе стадии процесса соединения — физический адгезионный контакт и химическое взаимодействие, сопровождаемое диффузией, — протекают достаточно быстро (см. рис. 1.3, кривая 1).

Для однородных металлов это не опасно. Но в случае разнородных материалов с ограниченной взаимной растворимостью практически трудно получить соединения без хрупких интерметаллических прослоек в контакте.

При быстром образовании физического контакта твердого тела с расплавом, например при сварке путем расплавления одного из соединяемых материалов, сначала на границе твердой и жидкой фаз будет наблюдаться пик межфазной энергии wr, аналогичный шп (см. рис. 1.

2,6), так как переход атомной систе­мы в новое состояние происходит не мгновенно, а за некоторый конечный промежуток времени. Длительность ретардации (за­держки) пика поверхности раздела, как называют этот период, может быть приближенно рассчитана как время жизни атома перед потенциальным барьером или определена опытным путем.

На основании этих данных можно определить допустимую дли­тельность контакта твердой и жидкой фаз и оптимальную темпе­ратуру сварки или пайки.

При сварке давлением (в твердом состоянии) сближение ато­мов и активация (очистка) поверхностей достигаются в резуль­тате совместной упругопластической деформации соединяемых материалов в контакте, часто одновременно с дополнительным нагревом.

Длительность стадий образования физического контакта А и химического взаимодействия Б здесь существенно больше, чем при сварке плавлением, и зависит от ряда факторов: физико­химических и механических свойств соединяемых материалов, состояния их поверхности, состава внешней среды, характера приложения давления н других средств активации (ультразвук, трение и т. д.).

В последнее время предложены методы приближенного рас­чета параметров режима сварки статическим давлением, кото­рые подтверждаются опытом.

Длительность процесса образова­ния физического контакта, заключающегося в смятии микро­неровностей, рассчитывают по скорости ползучести.

Длитель­ность второй стадии — химического взаимодействия — оцени­вают по уравнению Больцмана как длительность периода акти­вации.

Расчеты основаны на представлениях о схватывании мате­риалов в результате ползучести на контактных поверхностях и образовании прочных химических связей в местах выхода и перемещения вакансий, дислокаций и скоплений. Выход дислока­ций на контактную поверхность активирует ее путем разрыва насыщенных связей, что приводит к образованию активных центров.

Однако принято считать, что при соединении металлов в твер­дом состоянии имеет значение не только схватывание, но и спе­кание. Спекание — комплекс диффузионных процессов, проте­кающих во времени при повышенных температурах. Схватыва­ние — бездиффузионное явление — объединение кристаллических решеток, находящихся в контакте тел в результате их совмест­ного пластического деформирования.

Относительная роль схва­тывания и спекания в разных методах соединения металлов различна и определяется в основном температурой, временем и давлением в контакте. Например, диффузионную сварку при большом времени выдержки можно считать основанной на явле­нии спекания.

Во всех остальных случаях схватывание первично, а диффузионные и рекристаллизационные процессы, если они вообще происходят, вторичны.

ПАЙКА И СКЛЕИВАНИЕ

Пайкой обычно называют процесс соединения материалов с помощью припоя без их расплавления. Процессы сварки и пай­ки часто бывает трудно разграничить, например при сварке раз­нородных металлов в сочетаниях сталь и медь, вольфрам и мо­либден и др.

, когда расплавляется только один, более легко­плавкий металл. Поэтому в дальнейшем при анализе источников энергии целесообразно объединять сварку и пайку одним терми­ном — сварка.

Пайку можно выполнить с использованием тех же энергетических процессов, что и сварку.

Образование непрерывной межатомной связи при пайке про­исходит в процессе смачивания припоем поверхности соединяе­мых деталей. Смачивание и связь твердого тела с жидкостью может определяться электростатическими силами Ван-дер-Вааль — са и силами химического взаимодействия.

Подобно физической адсорбции, первый тип контакта назы­вают физическим (обратимым) смачиванием. Второй тип кон­такта, подобно хемосорбции, называют химическим (необрати­мым) смачиванием. Работа адгезии во втором случае в ты­сячи раз больше, чем в первом, и составляет около 5 • 102… …5- 103 Дж/моль.

Для осуществления химического смачивания при пайке не­обходим нагрев деталей и припоя, а также активация в спе­циальных средах при обработке поверхности флюсом.

Читайте также:  Как устроены генераторы постоянного и переменного тока

Склеивание может происходить практически без введения энергии в месте соединения благодаря силам адгезии (прили­пания) между жидким клеем и молекулами поверхностных слоев твердого тела, а также химическим реакциям.

Способность клея соединять изделия объясняется силами остаточного химического сродства между находящимися на поверхности молекулами клея и склеиваемого материала.

Эти силы примерно в Ю…100 раз меньше основных сил химической связи в простых молекулах.

Они, например, порождают у жидкостей явление поверхностного натяжения, способность смачивать или не смачивать поверхно­сти различных материалов.

В случае высокомолекулярных соединений, когда мономерная молекула, повторяясь в полимере тысячи раз, образует макро­молекулу, силы адгезии возрастают пропорционально росту молекулярной массы. Эти силы, имея электрическую природу, в значительной степени зависят от химической структуры клея и склеиваемого материала.

Полярные группы — карбоксильные, спиртовые, амино-, эпок­сидные и другие — значительно увеличивают адгезию клея к по­лярным материалам.

Для увеличения адгезионных сил при склеи­вании некоторых неполярных материалов последние подвергают термической или химической обработке в целях получения на их поверхности некоторого количества полярных групп.

Наличие или отсутствие адгезии клея к склеиваемому материалу легко опре­делить по смачиваемости клеем этого материала.

Для улучшения адгезии во всех случаях склеиваемая поверх­ность подвергается тщательной очистке и обезжириванию (иног­да искусственно повышается степень ее шероховатости).

Однако прочность клеевого соединения определяется не толь­ко адгезией, но и когезией, т. е. силами взаимодействия между молекулами самого клея.

Силы когезии термопластических клеев имеют ту же природу, что и силы адгезии.

У клеев на основе термореактивных связующих когезионные силы внутри клеевого шва после его отвердевания будут усиливаться также благодаря образованию обычных химических связей.

Таким образом, прочность клеевых соединений определяется химическими и межмолекулярными силами притяжения элемен­тарных частиц клея и склеиваемого материала.

В начальной стадии процесса, когда силы взаимодействия, обусловленные смачиванием и межмолекулярным взаимодействием частиц, в основном слабы, прочность клеевого соединения мала.

Далее при возникновении химических связей прочность увеличива­ется.

Например, при контакте полиамидного клея со сталью возни­кают химические соединения, где атом азота (полиамида) делит свои два электрона с атомами железа (стали).

Одновременно между атомами кетогруппы С=0 и атомом кислорода в оксиде железа возникает дополнительная ионная связь. Таким образом, возникает так называемое хелатное соединение.

Другие клеи (на основе толуилендиизоцианитов) при взаимодействии с атомами кремния (стекла) образуют ковалентные связи.

Существенное отличие склеивания от большинства процессов сварки и пайки — то, что при затвердевании клея вследствие охлаждения, полимеризации и других физико-химических явле­ний взаимное растворение и диффузия соединяемых материалов, как правило, полностью отсутствуют.

Источник: http://hssco.ru/fiziko-ximicheskie-osobennosti-polucheniya-svarnyx-payanyx-i-kleevyx-soedinenij/

Паяные соединения. Лужение

Паяные соединения. Лужение

Пайка позволяет соединять в единое изделие элементы из разных металлов и сплавов, обладающих различными физико-механическими свойствами.

Например, методом пайки можно соединять малоуглеродистые и высокоуглеродистые стали, чугунные детали со стальными, твердый сплав со сталью и т. д. Особо следует отметить возможность соединения путем пайки деталей из алюминия и его сплавов.

Широко применяется метод напайки пластинок твердого сплава к державкам при изготовлении режущего инструмента.

В условиях домашней мастерской пайка – самый доступный вид образования неподвижных неразъемных соединений. При пайке в зазор между нагретыми деталями вводится расплавленный присадочный металл, называемый припоем.

Припой, имеющий более низкую температуру плавления, чем соединяемые металлы, смачивая поверхность деталей, соединяет их при охлаждении и затвердевании.

В процессе пайки основной металл и припой, взаимно растворяясь друг в друге, обеспечивают высокую прочность соединения, одинаковую (при качественном выполнении пайки) с прочностью целого сечения основной детали.

Процесс пайки отличается от сварки тем, что кромки соединяемых деталей не расплавляются, а только нагреваются до температуры плавления припоя.

Для осуществления паяных соединений необходимы: паяльник электрический или с непрямым подогревом, паяльная лампа, припой, флюс.

Мощность электрического паяльника зависит от размера соединяемых деталей, от материала, из которого они изготовлены.

Так, для паяния медных изделий небольших размеров (например, проволоки сечением в несколько квадратных миллиметров) достаточно мощности 50–100 Вт, при пайке электронных приборов мощность электрического паяльника должна быть не более 40 Вт, а напряжение питания – не более 40 В, для пайки крупных деталей необходима мощность в несколько сот ватт.

Паяльная лампа используется для нагрева паяльника с непрямым подогревом и для прогрева паяемых деталей (при большой площади пайки). Вместо паяльной лампы можно использовать газовую горелку – она более производительна и надежна в эксплуатации.

В качестве припоя чаще всего используются оловянно-свинцовые сплавы, имеющие температуру плавления 180–280 °C. Если к таким припоям добавить висмут, галлий, кадмий, то получаются легкоплавкие припои с температурой плавления 70–150 °C. Эти припои актуальны для пайки полупроводниковых приборов.

При металлокерамической пайке в качестве припоя используется порошковая смесь, состоящая из тугоплавкой основы (наполнителя) и легкоплавких компонентов, которые обеспечивают смачивание частиц наполнителя и соединяемых поверхностей.

В продаже имеются и сплавы в виде брусков или проволоки, которые представляют собой симбиоз припоя и флюса.

Использование в процессе пайки флюсов основано на их способности предотвращать образование на поверхностях деталей окисной пленки при нагреве. Они также снижают поверхностное натяжение припоя.

Флюсы должны отвечать следующим требованиям: сохранение стабильного химического состава и активности в интервале температур плавления припоя (то есть флюс под действием этих температур не должен разлагаться на составляющие), отсутствие химического взаимодействия с паяемым металлом и припоем, легкость удаления продуктов взаимодействия флюса и окисной пленки (промывкой или испарением), высокая жидкотекучесть. Для пайки различных металлов характерно использование определенного флюса: при пайке деталей из латуни, серебра, меди и железа в качестве флюса применяется хлористый цинк; свинец и олово требуют стеариновой кислоты; для цинка подходит серная кислота. Но существуют и так называемые универсальные припои: канифоль и паяльная кислота.

Детали, которые предполагается соединить методом пайки, следует должным образом подготовить: очистить от грязи, удалить напильником или наждачной бумагой окисную пленку, образующуюся на металле под воздействием воздуха, протравить кислотой (стальные – соляной, из меди и ее сплавов – серной, сплавы с большим содержанием никеля – азотной), обезжирить тампоном, смоченным в бензине, и только после этого приступать непосредственно к процессу пайки.

Нужно нагреть паяльник. Нагрев проверяется погружением носика паяльника в нашатырь (твердый): если нашатырь шипит и от него идет сизый дым, то нагрев паяльника достаточный; ни в коем случае нельзя перегревать паяльник.

Носик его при необходимости следует очистить напильником от окалины, образовавшейся в процессе нагревания, погрузить рабочую часть паяльника во флюс, а затем в припой так, чтобы на носике паяльника остались капельки расплавленного припоя, прогреть паяльником поверхности деталей и облудить их (то есть покрыть тонким слоем расплавленного припоя).

После того как детали немного остынут, плотно соединить их между собой; снова прогреть место пайки паяльником и заполнить зазор между кромками деталей расплавленным припоем.

Если необходимо соединить методом пайки большие поверхности, то поступают несколько иначе: после прогревания и облуживания места спайки зазор между поверхностями деталей заполняют кусочками холодного припоя и одновременно прогревают детали и расплавляют припой. В этом случае рекомендуется периодически обрабатывать носик паяльника и место пайки флюсом.

О том, что паяльник перегревать недопустимо, уже говорилось, а почему? Дело в том, что перегретый паяльник плохо удерживает капельки расплавленного припоя, но не это главное. При очень высоких температурах припой может окислиться и соединение получится непрочным.

А при пайке полупроводниковых приборов перегрев паяльника может привести к их электрическому пробою, и приборы выйдут из строя (именно поэтому при пайке электронных приборов используют мягкие припои и воздействие разогретого паяльника на место пайки ограничивают 3–5 секундами).

Когда место спайки полностью остынет, его очищают от остатков флюса. Если шов получился выпуклым, то его можно выровнять (например, напильником).

Качество пайки проверяют: внешним осмотром – на предмет обнаружения непропаянных мест, изгибом в месте спая – не допускается образование трещин (проверка на прочность); паяные сосуды проверяют на герметичность заполнением водой – течи не должно быть.

Существуют способы пайки, при которых используется твердый припой – медно-цинковые пластины толщиной 0,5–0,7 мм, или прутки диаметром 1–1,2 мм, или смесь опилок медно-цинкового припоя с бурой в соотношении 1: 2. Паяльник в этом случае не используется.

Первые два способа основаны на применении пластинчатого или пруткового припоя. Подготовка деталей к паянию твердым припоем аналогична подготовке к пайке с использованием мягкого припоя.

Далее на место спайки накладываются кусочки припоя и спаиваемые детали вместе с припоем скручиваются тонкой вязальной стальной или нихромовой проволокой (диаметром 0,5–0,6 мм).

Место паяния посыпается бурой и нагревается до ее плавления.

Если припой не расплавился, то место паяния посыпается бурой вторично (без удаления первой порции) и нагревается до расплавления припоя, который заполняет зазор между спаиваемыми деталями.

При втором способе место паяния нагревают докрасна (без кусочков припоя), посыпают бурой и подводят к нему пруток припоя (продолжая нагрев): припой при этом плавится и заполняет щель между деталями.

Еще один способ пайки основан на применении в качестве припоя порошкообразной смеси: подготовленные детали нагревают в месте пайки докрасна (без припоя), посыпают смесью буры и опилок припоя и продолжают нагревать до плавления смеси.

После паяния любым из трех предложенных способов спаянные детали охлаждают и очищают место пайки от остатков буры, припоя и вязальной проволоки. Проверку качества паяния производят визуально: для обнаружения непропаянных мест и прочности слегка постукивают спаянными деталями по массивному предмету – при некачественной пайке в шве образуется излом.

Разновидности паяных соединений показаны на рис. 53.

Рис. 53. Конструкции паяных соединений: а – внахлестку; б – с двумя нахлестками; в – встык; г – косым швом; д – встык с двумя нахлестками; е – в тавр.

Лужение

В большинстве случаев детали сначала подвергают лужению, что облегчает последующую пайку. Схема процесса лужения показана на рис. 54.

Рис. 54. Схема лужения паяльником: 1 – паяльник; 2 – основной металл; 3 – зона сплавления припоя с основным металлом; 4 – флюс; 5 – поверхностный слой флюса; 6 – растворенный окисел; 7 – пары флюса; 8 – припой.

Однако лужение можно использовать не только как один из этапов паяния, но и как самостоятельную операцию, когда вся поверхность металлического изделия покрывается тонким слоем олова для придания ему декоративных и дополнительных эксплуатационных качеств.

В этом случае покрывающий материал носит название не припоя, а полуды. Чаще всего лудят оловом, но в целях экономии в полуду можно добавить свинец (не более трех частей свинца на пять частей олова). Добавление в полуду 5 % висмута или никеля придает луженым поверхностям красивый блеск. А введение в полуду такого же количества железа делает ее более прочной.

Кухонную утварь (посуду) можно лудить только чисто оловянной полудой, добавление в нее различных металлов опасно для здоровья!

Полуда хорошо и прочно ложится только на идеально чистые и обезжиренные поверхности, поэтому изделие перед лужением необходимо тщательно очистить механическим способом (напильником, шабером, шлифовальной шкуркой до равномерного металлического блеска) либо химическим – подержать изделие в кипящем 10 %-ном растворе каустической соды в течение 1–2 минут, а затем поверхность протравить 25 %-ным раствором соляной кислоты. В конце очистки (независимо от способа) поверхности промывают водой и сушат.

Читайте также:  Ограничения токов короткого замыкания в электрических сетях промышленных предприятий

Сам процесс лужения можно осуществлять методом растирания, погружения или гальваническим путем (при таком лужении необходимо использование специального оборудования, поэтому гальваническое лужение на дому, как правило, не осуществляется).

Метод растирания заключается в следующем: подготовленную поверхность покрывают раствором хлористого цинка, посыпают порошком нашатыря и нагревают до температуры плавления олова.

Затем следует приложить оловянный пруток к поверхности изделия, распределить олово по поверхности и растереть чистой паклей до образования равномерного слоя. Необлуженные места пролудить повторно. Работу следует выполнять в брезентовых рукавицах.

При методе лужения погружением олово расплавляют в тигле, подготовленную деталь захватывают щипцами или плоскогубцами, погружают на 1 минуту в раствор хлористого цинка, а затем на 3–5 минут в расплавленное олово. Извлекают деталь из олова и сильным встряхиванием удаляют излишки полуды. После лужения изделие следует охладить и промыть водой.

Из книги: Коршевер Н. Г. Работы по металлу

На Оглавление – РАБОТЫ ПО МЕТАЛЛУ   >

Источник: http://domir.ru/house/?file=korshever-4-41.php

Технология пайки. методы исследования процессов пайки и паяных соединений – pdf

1 ÌÈÍÈÑÒÅÐÑÒÂÎ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈß ÐÎÑÑÈÉÑÊÎÉ ÔÅÄÅÐÀÖÈÈ Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò àýðîêîñìè åñêîãî ïðèáîðîñòðîåíèÿ В. П. Ларин ТЕХНОЛОГИЯ ПАЙКИ. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ПАЙКИ И ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ Учебное пособие Ñàíêò-Ïåòåðáóðã 2002

2 УДК ББК Л25 Ларин В. П. Л25 Технология пайки. Методы исследования процессов пайки и паяных соединений: Учеб. пособие/ СПбГУАП. СПб., с.: ил. Пособие содержит материалы по физико-химическим и физико-механическим основам образования паяных соединений.

Рассмотрены технологические основы получения качественного паяного соединения, дана характеристика процесса пайки, типовые дефекты и мероприятия по их предотвращению.

Исследовательская часть пособия содержит анализ отказов паяных соединений, определение зависимости качества пайки от различных факторов, методы контроля и др.

Пособие предназначено для использования при изучении теоретических разделов технологических дисциплин студентами различных технических специальностей; для углубленного изучения проблемы в дисциплинах специальностей (Технология приборостроения), (Проектирование и технология электронно-вычислительных средств), (Проектирование и технология радиоэлектронных средств); при подготовке к лабораторным работам по циклам «Физико-химические основы технологии», «Технический контроль», «Надежность и обеспечение качества», «Технология приборостроения»; в курсовых технологических проектах; для подготовки аспирантов по программе кандидатского минимума по специальностям и Рецензенты: кафедра технологии электронных средств, микроэлектроники и материалов Санкт-Петербургского университета телекоммуникаций; доктор технических наук профессор Ю. З. Бубнов Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, 2002 В. П. Ларин,

3 ВВЕДЕНИЕ Основным способом создания неразъемного соединения выводов навесных компонентов с контактными площадками печатных плат является пайка.

Исследования процессов пайки и паяных соединений проведены с целью изучения механизма образования паяного соединения и условий получения качественного соединения, обеспечения характеристик процесса пайки и управления параметрами операций.

Под пайкой понимают связывание или дополнение металлов в твердом состоянии путем введения в зазор расплавленного связующего металлического материала (припоя). Если температура плавления припоя лежит ниже 450 С, то говорят о мягкой пайке, если выше о твердой пайке.

Все известные в настоящее время методы мягкой пайки при монтаже компонентов на печатные платы (ПП) можно разделить по технологии выполнения на индивидуальные и групповые.

К индивидуальным методам относятся: пайка ручным паяльником; механизированная или автоматизированная пайка горячим стержнем различного профиля и формы (конусообразным, расщепленным); пайка горячим призматическим паяльником (или так называемым «групповым паяльником», одновременно прижимаемым к планарным выводам микросхемы с одной или двух сторон); точечная электродуговая пайка; пайка сопротивлением; пайка микропламенем; пайка световым лучом; пайка электронным лучом; пайка лазерным лучом. К групповым методам относятся различные виды пайки погружением, ее разновидность пайка в ванне с подвижным зеркалом (например, пайка волной припоя). Особую подгруппу составляют так называемые методы оплавления предварительно нанесенной припойной пасты инфракрасная пайка и конденсационная (парофазная) пайка. Важнейшими критериями выбора метода пайки компонентов на ПП являются: вид контактируемых материалов; конструктивные параметры ПП (шаг координатной сетки, размеры и форма контактных площадок, зазоры между ними, толщина материала площадки и др.); 3

4 элементная база и способ установки на ПП (материал корпуса, форма и размеры выводов, монтаж в отверстия, планарно или безвыводной монтаж); условия эксплуатации аппаратуры; термическая устойчивость ПП и компонентов; механическая устойчивость ПП и компонентов; экономические факторы; постоянство характеристик метода с позиции надежности контактирования. 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ Низкое электрическое переходное сопротивление и хорошая механическая стабильность достигаются наиболее надежно при объединении контактируемых металлов за счет сил атомной связи. Большинство физических свойств, например, прочность, твердость, эластичность, теплопроводность и электропроводность, намагничиваемость, скорость роста и растворения зависят от направления кристаллической решетки. Различные физические и химические свойства металлов, обусловленные специфической электронной структурой и строением решетки, определяют возможность и форму металлической связи. При контактировании различных металлов с подводом тепла возможны следующие формы образующих связей: образование гомогенных кристаллов; образование смеси кристаллов (т. е. образование не общих кристаллов, а получение структуры из смеси отдельных кристаллов); образование твердых растворов (растворы замещения); получение интерметаллической фазы. Чтобы получить металлическую связь в одной из перечисленных форм, необходимо сблизить атомы металлов до межатомных расстояний, т. е. в области до 10 8 м. При этом в зону соединения тем или иным образом вводится определенный вид энергии: нагрев; давление; трение или их дозированные комбинации. Образование диффузионной зоны от 0,1 до 1 мкм является надежным признаком того, чтобы произошла желаемая металлическая связь. 4

5 Отсутствие диффузионной зоны указывает на недостаточную связь, в лучшем случае адгезионную. Паяное соединение, в котором не наблюдается образования сплава между припоем и выводом элемента, является первоначальной ступенью так называемой холодной пайки. 2.

УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННОГО ПАЯНОГО СОЕДИНЕНИЯ Образование качественного паяного соединения осуществляется в следующей последовательности: подготовка металлических поверхностей с помощью флюса; нагрев выше точки плавления припоя; вытеснение флюса с помощью поступающего припоя; растекание жидкого припоя по металлической поверхности процесс смачивания; диффузия атомов из твердой металлической фазы в жидкий припой и наоборот образование сплавной зоны; последующая обработка паяных соединений очистка, когда удаляются флюсы, способствующие коррозии. Флюс является неметаллическим материалом, который создает условия для прочной связи на месте пайки. Механизм взаимодействия флюса и поверхностей, предназначенных для выполнения паяного соединения, описывается следующим образом: быстрое и эффективное смачивание металлической поверхности благодаря влиянию сил поверхностного натяжения; удаление окисных слоев на контактируемых металлах, а также растворение и удаление продуктов реакции при температуре ниже температуры плавления припоя; защита очищенных металлических поверхностей от нового окисления. Остатки флюса должны легко удаляться или быть нейтральными, т. е. не должны изменять электрические параметры исходного материала и не вызывать коррозии. Типичный состав флюса, примененяемого при пайке электронной аппаратуры: 20 25% канифоли, 5% салициловой кислоты, остальное этиловый или изопропиловый спирт. В качестве припоев используются металлы, чаще всего сплавы, которые расплавляются ниже температуры плавления контактируемых 5

6 металлов. Припои должны содержать компоненты, которые могут образовывать сплавы с соединяемыми металлами. Относительно невысокая термическая стойкость почти всех элементов монтажа и плат ограничивает температуру пайки до 300 С. Поэтому применяются только припои с низкой температурой плавления. Наибольшее применение имеют припои на основе олова и свинца.

Возможные фазы сплавов Sn-Pb и их соотношения могут образовывать два вида твердых растворов: богатый свинцом α-твердый раствор и богатый оловом β-твердый раствор. При температуре 183 С, эвтектическом составе 61,9% Sn и 38,1% Pb образуется эвтектика, т. е. из сплава выделяются одновременно α-раствор и β-раствор, минуя область двух фаз.

Поскольку α- и β-растворы растут одновременно, то они распределяются очень тонко. Одной из основных задач получения качественных и надежных соединений в сборочно-монтажном производстве является сведение к минимуму процессов массообмена на межфазной границе.

Наиболее полное представление о физических процессах, протекающих в паяном соединении, дает модель растворения в зазоре с учетом граничной кинетики, которая представляет собой систему дифференциальных уравнений, описывающих условия массобаланса в твердой и жидкой фазах и движение межфазной границы в зависимости от взаимной растворимости на различных стадиях процесса.

Данная модель позволяет анализировать время завершения стадии граничной кинетики τ г, изменение состава υ i (τ) на движущейся границе ξ(τ), ширину диффузионных зон δ i (τ) и профили концентраций C i (x, t), а также положение межфазной границы y(t).

При этом имеется возможность оценить предельные параметры процесса пайки, обеспечивающие получение максимальной прочности паяных соединений. В процессе пайки интегральных микросхем (ИМС) с планарными выводами на ПП имеет место контактирование жидкой фазы припоя с медной контактной площадкой ПП и позолоченным выводом микросхемы (толщина покрытия 4 6 мкм). Таким образом, зазор (рис. 2.

1, а ) ограничен снизу твердой фазой Cu, сверху твердой фазой Au. Расчет кинетических параметров выполнялся для двух значений температуры (T = 200, 270 C) и для двух случаев взаимодействия твердой и жидкой фаз (Cu+Sn, Au+Sn), при контактировании которых образуются интерметаллиды, оказывающие существенное влияние на снижение прочностных свойств паяных соединений. 6

7 Взаимодействие свинца с медью и золотом не рассматривалось в силу практически полного отсутствия их взаимной растворимости. Фрагмент диаграммы состояний сплавов с выбором значений растворимости металла А в припое В для заданных значений температур T 1 показан на рис. 2.1, б.

Схематичное распределение концентрации C i (x, t) в фазах А и В на стадии граничной кинетики, которая завершается при достижении со стороны жидкой фазы равновесной концентрации C 2 p показано на рис. 2.1, в.

При этом межфазная граница y(τ) проходит расстояние ξ (τ Г ) в Au (ξ (τ Н ) = от 3,62 до 6,72 мкм), несколько больше, чем в Cu (ξ (τ Н ) = от 3,48 до 5,85 мкм). Следовательно, на стадии диффузионной кинетики покрытие успевает полностью раствориться в припое.

Если растворимость Au в припое в рассматриваемом температурном диапазоне выше, чем у Cu, то за время τ н в зазоре образуется больше интерметаллида Au-Sn. Таким образом, для предотвращения образования интерметаллических соединений в паяном зазоре процесс пайки необходимо прекращать после завершения стадии граничной кинетики, т.е.

время пайки не должно превышать 0,33 0,4 с и ширина диффузионной зоны в твердой фазе становится равной δ 1 (τ) = z 1 (τ) y(t), в жидкой фазе δ 2 (τ) = z 2 (τ) y(t).

Cхематичное распределение концентрации C i (x, t) в фазах А и В при диффузионной кинетике растворения (стадия насыщения) в завершении, когда в середине зазора a концентрация со стороны жидкой фазы достигает 99% от значения C 2 p показано на рис. 2.1, г. Таблица 2.

1 Кинетические параметры растворения в зазоре с учетом граничной кинетики c χ = 1/l = 50 мкм Система Температура T 1, C Растворимосттических стадий, с Время протекания кине- E = 22/ Расстояние, пройденное границей, мкм τ Г τ Н ξ (τ Г ) ξ (τ Н ) τ Г / τ Н, % Cu + Sn 200 0,03 0,330 1,02 1,01 1,54 32,3 Cu + Sn 270 0,1 0,320 1,128 3,48 5,85 28,3 Au + Sn 200 0,05 0,321 1,022 1,06 1,71 31,4 Au + Sn 270 0,02 0,305 1,164 3,62 6,72 26,2 Анализ результатов расчетов, помещенных в табл. 2.1, позволяет сделать вывод, что в диапазоне T 1 = C во всех рассматриваемых случаях стадия граничной кинетики завершается за τ г = 0,30 0,33 с. На- 7

8 а) б) T, C Au ПОС61 a = 2l T 1 Cu в) A г) C 1 H C 1 P C 2 P C 2 H B C, % A C, % A C 1 H t = 0 H C 1 P C 1 A t > 0 B C 2 P 01, а во втором случае H к<\p>

Источник: https://docplayer.ru/50697286-Tehnologiya-payki-metody-issledovaniya-processov-payki-i-payanyh-soedineniy.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector