Природа связей в паяном шве

 Природа связей в паяном шве

Качество паяного шва во многом зависит от прочности связи припоя с металлом основы.

Смачивание твердой металлической поверхности припоем свидетельствует о том, что между атомами припоя и атомами металлической основы возникает межатомная связь. Эта связь является результатом четырех процессов:

• растворение металла основы в расплавленном припое с образованием жидкого раствора, распадающегося при последующей кристаллизации;
• диффузия составляющих припой элементов в твердый металл основы о образованием твердого раствора;
• реактивная диффузия между припоем и металлом основы с образованием на границе интерметаллических соединений;
• бездиффузионная связь.

В первом случае припой постепенно насыщается растворяющимся в нем металлом с возможным образованием твердой фазы, представляющей собой химическое соединение из элементов, входящих в состав припоя и металла основы. При охлаждении припоя начинается кристаллизация наиболее тугоплавких соединений, которые выпадают обычно у границы раздела (рис.1а).

Во втором случае в слое твердого металла, контактирующем с расплавленным припоем, образуется зона твердого раствора (рис.1б), толщина которой зависит от температуры расплава, продолжительности процесса и химических составов припоя и основы.

Если расплавленный припой и основной металл образуют химическое (интерметаллическое) соединение, то на границе раздела возникает химическая реакция. Микроструктура паяного шва в этом случае приведена на рис.1в.

Прочная связь основного металла с припоем возможна и без образования каких-либо промежуточных зон. Примером может служить пайка железа свинцом, серебром или кадмием. На границе раздела между металлами нет ни диффузии, ни следов растворения (рис.1г), однако прочность очень высокая. Следовательно, для возникновения связи в паяном шве не обязательно образование диффузионной зоны между металлами. В этом случае связь обеспечивается межатомным взаимодействием и имеет ту же природу, что и связи на границах между соприкасающимися кристаллами поликристаллического металла. Связующие атомы не лежат в геометрических узлах кристаллической решетки, и совокупность их образует переходную зону.

Диффузия в некоторых случаях может привести к повышению прочности соединения за счет увеличения площади контакта между двумя сплавами. Однако образующиеся при диффузии интерметаллические соединения очень хрупки и приложение нагрузки вызывает разрушение образовавшейся связи по диффузионному слою. Поэтому образование диффузионного слоя интерметаллических соединений при пайке, как правило, не улучшает, а ухудшает прочность сцепления.

При разработке технологии пайки следует подбирать такие условия процесса, которые обеспечивают хорошее смачивание твердого металла припоем и, по возможности, предотвращают образование диффузионного слоя интерметаллических соединений.

 Литература

1. Справочник паяльщика / В.Е. Хряпин, А.В. Лакедемонский. М., Машиностроение, 1974, 328 с.