Химическая неоднородность паяных швов.

Химическая неоднородность или ликвация закристаллизовавшихся паяных швов обусловлена как неравновесным характером их кристаллизации, так и, в некоторых случаях, рядом технологических факторов.

Различают зональную ликвацию, проявляющуюся в химических неоднородностях в макроскопических зонах, и внутрикристаллическую или микроскопическую, характеризующуюся химической неоднородностью внутри кристаллов.

Неравновесный характер кристаллизации и направленный теплоотвод являются причиной образования зональной ликвации, при которой у границ паяного шва содержится наибольшее количество тугоплавких компонентов (это, как правило, растворенные компоненты паяемого металла), а по мере приближения к центру шва увеличивается содержание компонентов, введенных в состав припоя для снижения температуры его плавления (компонентов – депрессантов). Наиболее ярко такая ликвация бывает выражена в системах паяемый металл – припой, обладающих взаимной растворимостью, а благоприятные для ее образования условия – малые и средние по величине зазоры и сравнительно малые и средние скорости охлаждения (рис. 4.5). Наличие в центре шва такой зоны, обогащенной компонентами-депрессантами, отрицательно влияет на прочность паяного соединения.

Другими причинами макронеоднородности может быть неравномерное распределение компонентов в объеме припоя в результате неравномерного нагрева, неравномерного взаимодействия припоя по поверхности контакта с паяемым металлом, не одновременного расплавления припоя и т.п. Так, в случае укладки припоя около зазора его количество со стороны входной галтели больше, чем со стороны выходной, поэтому со стороны выходной галтели он содержит больше растворенных компонентов паяемого металла.

Типичным случаем внутрикристаллической ликвации является дендритная ликвация, при которой химический состав осей дендритов отличается от состава межосных участков (рис. 14). Как и в случае образования зональной ликвации, оси дендритов, кристаллизующиеся в первую очередь, обогащены более тугоплавкими компонентами, а межосные участки, кристаллизующиеся в последнюю очередь, в результате разделительной диффузии обогащены элементами-депрессантами. При прочих равных условиях, степень внутрикристаллической ликвации зависит от скорости кристаллизации: с ее увеличением степень ликвации увеличивается, из-за подавления процесса выравнивающей диффузии в твердой фазе, и достигает максимума при средних скоростях кристаллизации. При больших скоростях степень ликвации снижается, что можно объяснить подавлением разделительной диффузии в жидкой фазе или измельчением кристаллической структуры.

Рис. 14. Распределение Fe, Mn и Ni по ширине шва при пайке стали 12Х1МФ припоем типа твердого раствора Fe-Mn.