Сущность процесса пайки металлов

Пайкой называется процесс получения неразъемного соединения материалов с нагревом ниже температуры их автономного расплавле­ния путем смачивания, растекания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления их при кристаллизации шва.

Припой - металл или сплав, вводимый в зазор между соединяемыми деталями, или образующийся в контакте между ними при нагре­ве, имеющий более низкую температуру автономного плавления, чем паяемые материалы.

Заполнение зазора припоем возможно, если расплавленный при­пой смачивает паяемый металл. Смачиваемость расплавленным при­поем поверхности твердого металла определяется физико-химическим взаимодействием припоя и металла и зависит от состояния повер­хности, температуры, сил внутреннего сцепления, сл поверхностно­го натяжения по периметру смачивания на границе твердой, жидкой и газообразной сред. Смачивающую способность характеризует коэффи­циент смачиваемости равный cosθ ,где θ - краевой угол смачива­ния капли жидкого припоя на поверхности твердого металла (рис.1.).

Рис.1.

Схема равновесия сил поверхностного натяжения капли жидкости на поверхности твердого тела: 1 - газ; 2 ­жидкость; 3 - твердое тело.

s_1,3 = σ_2,3 + σ_1,2 cosθ

Это уравнение является вторым законом капиллярности (равенство Юнга), из которого следует

cosθ = (σ_1,3 + σ_2,3) /σ_2,3

Полное смачивание поверхности твердого тела жидкостью имеетместо при θ = 0, при θ > 90° смачиваемость практически отсут­ствует.

Растекание расплавленного припоя по поверхности металла оп­ределяется многими факторами. Среди них наибольшее влияние оказы­вает характер взаимодействия в контакте металл - припой, вяз­кость расплава припоя, жидкотекучесть, поверхностная диффузия припоя, соотношение сил агедезии припоя к поверхности металла и когезии, характеризуемой силами связи между частицами припоя.

Жидкий припой хорошо смачивает твердый металл, если его по­верхность совершенно чистая. Поэтому место пайки очищается меха­ническим или химическим способом, а в процессе пайки применяют флюсы, которые дополнительно очищают поверхность металла от окис­ных и жировых пленок, а также предохраняют металл и припой от окисления при нагреве.

Характер сцепления между основным металлом и припоем опреде­ляется физико-химическими процессами в паянном шве, которые зави­сят как от свойств металла, припоя, флюса, так и от технологии пайки.