книги из ГПНТБ / Долгов Ю.С. Вопросы формирования паяного шва

П Р Е Д И С Л О В И Е

Пайка, будучи одним из древнейших металлургических процессов соединения Материалов, превратилась из ремесла в прогрессивный технологический процесс со­ единения металлов, неметаллических ма­ териалов, а также металлов с неметал­ лами.

В настоящее время пайка использует­ ся во всех областях техники. В ряде отрас­ лей применение пайки позволило коренным образом изменить существовавшие до это­

пайки в том, что можно получать соедине­ ния при различных температурах, исполь­ зуя большой ассортимент припоев, и вы­

Вместе с тем следует отметить, что за­ кономерности многих явлений и процессов, лежащих в основе данного способа соеди­ нения материалов, остаются до сих пор недостаточно изученными. На современном этапе одной из главных задач в области пайки 'является создание общей количест­ венной теории процессов пайки. Из большо­ го комплекса проблем, разработка которых і; составит содержание теории пайки, сле-

дует выделить как одну из главных — про­ блему изучения процессов взаимодействия припоя с основным металлом на разных этапах формирования паяного шва. От ее решения во многом зависит возможность получения паяного соединения с требуемы­ ми свойствами.

В данной книге главное внимание со­ средоточено на анализе физико-химических процессов взаимодействия основного метал­ ла и припоя на разных стадиях получения паяного соединения.

На основе экспериментальных исследо­ ваний, проведенных авторами, а также ана­ лиза литературных данных в книге даны теоретические представления о главных этапах процесса формирования паяного шва: смачивании, растекании, заполнении жидким припоем капиллярных зазоров, рас­ творении в припоях основных металлов, диффузии компонентов припоя в основные металлы, кристаллизации паяного шва и влиянии структуры швов на механические свойства паяных соединений.

нии кристаллизационной зоны * паяного соединения требуется предварительное определение ее химического состава, который может заметно отличаться от состава припоя. В данном случае локальный химический анализ позволит правильно выбрать ма­ териал — аналог кристаллизационной зоны, на котором могут быть выполнены измерения физических и механических свойств методами, предполагающими использование крупномасштаб­ ных образцов.

На первом этапе структурного исследования необходимо выявить при минимальном искажении все детали микро- и мак­ роструктуры соединения. В дальнейшем задача состоит в рас­ шифровке структуры: идентификации фаз и структурных со­ ставляющих паяных швов, определении их химического со­ става, кристаллического строения, интересующих свойств и решении других вопросов.

Микроструктурный анализ паяных швов является универ­ сальным методом исследования и, как правило, предшествует всем другим. Микроструктура характеризуется числом, разме­ рами, формой, взаимным расположением и количественным со­ отношением фаз и структурных составляющих паяного шва.

Шлиф для микроскопического исследования паяного шва может быть изготовлен перпендикулярно к плоскости спая или под углом к ней («косой шлиф»). Преимущественное распро­ странение получили микрошлифы первого типа. Косые шлифы в ряде случаев дают возможность получить дополнительные сведения о структуре швов и выявить такие ее детали, которые можно и не обнаружить на обычных шлифах. Так, использова­ ние косых шлифов позволило А. С. Екатовой установить явле­ ние измельчения зерна основного металла в диффузионных зо­

На косых шлифах могут быть отчетливо выявлены и изме­ рены свойства тончайших интерметаллидных прослоек, более полно выявлены дефекты шва и т. д.

Заготовка косого шлифа может быть получена механической обработкой образца, ориентированного под острым углом к пло­ скости спая, или электроэрозионной разрезкой на установках с проволочным электродом.

Шлифование образцов паяных швов производится по обыч­

в результате затвердевания жидкого сплава, существовавшего в шве при тем­ пературе пайки.

** Диффузионные зоны представляют собой участки твердого при темпера­ туре пайки металла, химический состав которого отличается от состава

крупности частиц абразивного материала. Определенные труд­ ности возникают при последующем "полировании. Значительное различие по химическому составу основного материала и ме­ талла шва, как правило, исключает возможность применения химического и электролитического полирования. При заметном различии по твердости обычное механическое полирование на мягком сукне также дает неудовлетворительные результаты. В этом случае на границах шва часто образуются уступы, за­ трудняющие микроскопическое исследование переходных зон, а твердые слои интерметаллидов выкрашиваются. Для устра­ нения отмеченных дефектов рекомендуется использовать для полирования алмазные пасты._

Прежде всего отполированный шлиф следует изучить, под микроскопом в нетравленом состоянии: сначала при малом уве­ личении (до 100), чтобы составить общее представление об об­ разце, а затем при большом, чтобы изучить детали нетравленой поверхности. Таким образом можно выявить наличие дефектов сплошности (непропай, поры, трещины и др.) и неметалличе­ ских включений в шве. Иногда выявляются и некоторые эле­ менты микроструктуры.

Разница в электрохимических свойствах основного материа­ ла и припоя вызывает известные затруднения в выявлении мик­ роструктуры паяных швов. При использовании метода химиче­ ского травления часто не удается подобрать травитель, кото­ рый одинаково хорошо выявлял бы структуру паяемого металла, диффузионных и кристаллизационной зон шва. В этом случае можно использовать .несколько реактивов либо для травления отдельных зон паяного шва на идентичных образцах, либо для последовательного травления одного образца. Например, для выявления полной микроструктуры швов, образующихся при пайке железа медью, можно рекомендовать последовательное травление 2%-ным раствором азотной кислоты в спирте (на структуру основного металла и диффузионных зон) и 8-%ным раствором хлорной меди в аммиаке (на структуру кристалли­ зационных зон).

В табл. 1 приведены составы реактивов и способы химиче­ ского травления для выявления микроструктуры паяных соеди­ нений некоторых металлов.

Метод электролитического травления для выявления микро­ структуры паяных швов применяют в случаях, когда паяемый материал и припой имеют одинаковую основу или близки по электрохимическим свойствам. Составы электролитов и режимы электролитического травления, используемые для выявления микроструктуры соединений, некоторых материалов, даны в табл. 2.