Физические способы удаления оксидных пленок

Для разрушения оксидных пленок в процессе пайки применяют также ультразвуковые колебания. Для получения ультразвуковых коле­баний электрический ток низкой частоты преобразуется в специаль­ном генераторе в ток ультразвуковой частоты и подается на излуча­тель, являющийся источником ультразвуковых колебаний. В качестве таких источников используют магнитострикционные и электрострикционные (пьезоэлектрические) излучатели.

В магнитострикционных излучателях ультразвуковые колебания воз­никают в результате способности некоторых металлов и сплавов изменять свои размеры под воздействием магнитного поля. Такими свойствами обладают никель, кобальт, сплавы никеля с железом и медью, кобальта с железом, железа с платиной и др. Их и исполь­зуют для магнитострикционных излучателей, дающих колебания с частотами 500-150000 Гц.

В электрострикционных излучателях колебания возникают в результате способности некоторых веществ изменять свои размеры под действием электрического поля. В качестве электрострикционных излучателей применяют кристаллы таких веществ как кварц, сегнетова соль, титанат бария, фосфат аммония или калия и др. Электрострикционные излучатели дают колебания частотой от 1000000 Гц и выше.

В пайке для получения ультразвуковых колебаний применяют пре­имущественно магнитострикционные излучатели, т.к. они позволяют работать при сравнительно высоких температурах. Например, излучатели из железо-кобальтового сплава позволяют работать до Т = 400 °С.

Применение ультразвука для пайки основано на свойстве упру­гих механических колебаний ультразвуковой частоты при прохождении через жидкости вызвать в них явление кавитации.

Под действием ультразвуковых колебаний, излучаемых магнито-стриктором, в жидкости образуются продольные волны, вызывающие попеременно то сжатие ее, то расширение. При расширении, если гид­ростатическое давление упадет до упругости пара или ниже, жид­кость окажется растянутой и в ней образуются разрывы или кавитационные пузырьки. Под действием давления при изменении фазы коле­бания, а так же сил поверхностного натяжения разрывы захлопыва­ются. В момент захлопывания пузырьков местные давления в жид­кости достигают сотен атмосфер, что вызывает образование сильных ударных волн. Под действием этих волн происходит разрушение твер­дых тел. Разрушение происходит тем интенсивней, чем плотнее жид­кость.

При пайке в качестве кавитирующей жидкости применяют расплавы припоев. Интенсивность кавитации возрастает с уменьшением частоты колебаний, но продолжительное воздействие механических колебаний низких частот вредно для человеческого организма, поэтому для пай­ки применяют колебания с частотой 16-25 кГц. В настоящее время при пайке применяют два способа передачи ультразвуковых колебаний.

1. С помощью ультразвуковых паяльников, которые создают ультра­звуковые колебания в расплаве припоя, нанесенного на основной металл. Рис. 3.

2. С помощью ультразвуковых ванн, в которых ультразвуковые ко­лебания передаются расплаву припоя через стенки сосуда при облуживании способом погружения.

Рис. 3 – Схема устройства и работы ультразвукового паяльника

Магнитострикционный излучатель 2, помещенный внутри катушки обмот­ки возбуждения 3, соединен с высокочастотным генератором 4. Под действием переменного электромагнитного поля, создаваемого генератором, в излучателе генерируются продольные колебания ультра­звуковой частоты, которые передаются рабочей части паяльника 1. От рабочей части паяльника колебания передаются расплавленному припою 7, вызывая в нем образование кавитационных пузырьков. Нагрев рабочей части паяльника осуществляется обмоткой 6, по кото­рой пропускается ток низкого напряжения. Разрушение оксидной плен­ки при помощи ультразвукового паяльника происходит очень быстро, приблизительно в течение 1/20 сек, но в очень узкой зоне, непосред­ственно расположенной под рабочей частью паяльника. Для облуживания паяльником большой площади необходимо ее обрабатывать пос­тепенно. Паяльник необходимо перемещать в припое, не касаясь им обслуживаемой поверхности, т.к. кавитация происходит только в жидкой среде. Отсутствие возможности визуально наблюдать процесс лужения при­водит к тому, что оксидная пленка не всегда полностью удаляется, в результате чего слой полуды иногда отстает.

Основное преимущество пайки с применением ультразвука – воз-можность облуживания металлов, а также неметаллических материа­лов, соединение которых вызывает большие затруднения – алюминие­вые сплавы. Для меди и стали применение ультразвука нецелесообразно, т.к. имеются другие более простые и эффективные способы. Для магния, бериллия, титана, и сплавов на их основе этот способ удаления оксидной пленки не эффективен, то же относится и к нер­жавеющим сталям, нихромам и алюминиевым сплавам с высоким содер­жанием магния.