Активаторы
Остальные компоненты являются активаторами, которые непосредственно удаляют оксидную пленку. Активаторов во флюсе может быть несколько. Их выбирают в зависимости от стойкости оксидной пленки. Например, удалить оксидную пленку с меди значительно проще, чем с алюминиевых сплавов или коррозионно-стойких сталей. Естественно нужны различные активаторы. Остатки неорганических и органических кислотных активаторов вызывают коррозию паяных соединений. Поэтому после пайки их следует удалить промывкой в воде или других жидкостях.
Канифоль
Рассмотрим наиболее известный флюс — канифоль, который используют для низкотемпературной пайки меди паяльником. Канифоль получают из сосновой смолы. Она твердая и стекловидная. Главной составной частью канифоли является абиетиновая кислота С20Н30О2 (около 80% по массе), плавящаяся при температуре 173°С. Канифоль, очень слабый активатор. Расплавленная канифоль может удалить только тонкий слой оксида меди. Канифоль реагирует с оксидами меди, давая абиетиновую соль меди, которая растворяется в канифоли, превращая канифоль в шлак. Остатки канифоли после пайки имеют вид твердой прозрачной пленки с отличными изолирующими свойствами. Эта пленка не поглощает воды. В канифоли содержится терпентин, нейтрализующий абиетиновую кислоту. Поэтому остатки флюса после пайки не вызывают коррозии соединения.
При температуре 200°С канифоль активна. С повышением температуры она начинает испаряться. При температуре 300°С испаряется 7% канифоли. При нагреве выше 300°С канифоль обугливается. Таким образом температурный интервал активности канифоли находится в области 200...300°С. В табл. 1 приведены температурные интервалы активности флюсов.
Механизм удаления оксидной пленки
Флюсы могут содержать вещества, которые:
вступают в химическое взаимодействие с оксидной пленкой, образуя шлаки, легко растворимые во флюсе;
проникают через микротрещины в оксидной пленке к поверхности металла под ней и стремятся отделить ее от металла;
делают флюс электролитом при его расплавлении, что вызывает электрохимическое растворение металла во флюсе под оксидной пленкой.
Если пленка оксидов тонкая и нестойкая, как на меди, то достаточно химического взаимодействия канифоли с оксидом меди. Продукты реакции растворяются в канифоли.
Микротрещины (рис. 5а) формируются в оксидной пленке при нагреве до температуры пайки, вследствие, разницы коэффициентов линейного температурного расширения паяемого металла и оксидной пленки на его поверхности. Кроме того они расширяются в результате химического взаимодействия флюса с оксидами, образующими стенки трещины. Расплавленный флюс, а затем и припой проникают через микротрещины и входят в контакт с металлом под оксидной пленкой в местах нарушения ее сплошности (рис. 5б). Жидкий припой или легкоплавкий металл, вытесненный из флюса, вызывает контактное подплавление верхнего слоя паяемого металла. Образуется очень тонкий слой жидкого сплава между оксидной пленкой и поверхностью паяемого металла (фактически будущий спай) (рис. 5в). Под подмытую оксидную пленку устремляется основная часть припоя, окончательно удаляя оксидную пленку.
Флюсы, содержащие такие элементы как хлор и фтор в расплавленном состоянии являются электролитами. При соприкосновении металла с флюсом-электролитом происходит электрохимическое растворение металла, то есть переход положительных ионов металла в электролит. Флюс разъедает границу между оксидной пленкой и металлом.
Рис. 5. Удаление оксидной пленки флюсом.