Активирование поверхности при контактно-реактивной пайке.
Процесс контактно-реактивной пайки возможен без применения флюсов в окислительной среде, благодаря интенсивному процессу контактно-реактивного плавления металлов через несполошности в достаточно тонкой оксидной пленке, возникающие при нагреве. Причинами появления таких несплошностей могут быть значительная разница в температурных коэффициентах линейного расширения оксидной пленки и паяемого металла; нарушение сплошности пленки около включений инородных фаз сплава; повышение давления газовой фазы некоторых компонентов паяемого материала (следствие – интенсивное их испарение) под оксидной пленкой; локальный механический разрыв оксидной пленки.
При контактно-реактивном активировании значительную роль играют процессы подплавления оксидной пленки, вызывающие ее отрыв от основного металла и диспергацию. При образовании жидких эвтектик, богатых паяемым металлом, подплавление оксидной пленки возможно без существенного перегрева жидкой фазы над эвтектической температурой. При образовании эвтектик, бедных паяемым материалом, активирование становится возможным главным образом в результате контактного твердо-жидкого плавления паяемого материала в образующейся жидкой эвтектике и протекает значительно медленнее.
На контактно-реактивное плавление оказывают влияние многие факторы:
Природа взаимодействующих металлов.
Структура металла, которая определяет выход границ зерен в зону контакта. Энергия активации атомов на границе зерен намного меньше, чем в их объеме, поэтому процесс контактно-реактивного плавления более интенсивно протекает по границам, где наблюдаются впадины жидкой фазы.
Коэффициент диффузии взаимодействующих металлов. Так в системе Mg-Ag скорость контактного плавления значительно выше, чем в системах Mg-Ni, Mg-Cu.
Температура процесса. Скорость контактно-реактивного плавления определяется температурной зависимостью коэффициентов диффузии в твердой и жидкой фазах и пределами растворимости взаимодействующих металлов в твердом состоянии.
Напряженность состояния кристаллических решеток на поверхности взаимодействующих металлов.
Скорость диффузии металлов через жидкую прослойку.
Контактно-реактивная резка.
Контактно-реактивное плавление может быть использовано для разделения одного из контактирующих металлов с помощью другого в результате удаления от места контакта образующейся при этом жидкой фазы [65]. Такой способ разделения твердых тел назван контактно-реактивной резкой (КРР), по аналогии со способами тепловой резки твердых тел путем их локального автономного расплавления с помощью газового пламени или электрической дугой.
Процесс КРР может быть применен, например, для отделения литников и выпоров у еще не остывших отливок, а также при резке толстых листов и плит в условиях локального нагрева без их автономного плавления. При КРР получаются более ровные края реза, чем при резке с автономным расплавлением, кроме того обеспечивается высокая производительность процесса вследствие возможности одновременного прорезывания нескольких сквозных или несквозных отверстий, замкнутых или незамкнутых пазов любой конфигурации в листах, плитах, фольге, трубах и др.
Контактно-реактивная резка и основные ее параметры на сегодняшний день глубоко не исследованы. Основными параметрами, определяющими производительность и качество КРР, являются: ширина реза, расход материала-резака, скорость резки и возможность удаления жидкой фазы. Эти показатели в значительной степени зависит от содержания разрезаемого металла и металла-резака в образующихся при плавлении эвтектике или растворе с минимальной температурой плавления, а также от предельной их растворимости в образующейся жидкой фазе при температуре КРР.
При достаточно малом содержании разрезаемого металла в эвтектике и низкой предельной растворимости его в жидкой фазе при температуре резки процесс КРР будет весьма медленным или не будет происходить вообще, а резак будет быстро расплавляться.
Процесс КРР может быть успешно осуществлен при:
сочетании металлов или сплавов разрезаемого материала и резака, образующих эвтектику или легкоплавкий твердый раствор с достаточно большим содержанием разрезаемого материала;
при достаточно высокой предельной растворимости разрезаемого металла в жидкой фазе и сравнительно малой растворимости материала резака при температуре КРР, обеспечивающих требуемую ширину реза, допустимый расход резака и достаточно высокую производительность процесса.
Как известно, скорость процесса контактно реактивного плавления зависит от толщины прослойки жидкой фазы: при ее увеличении скорость контактно-реактивного плавления снижается. Поэтому при КРР необходимо постоянное удаление непрерывно образующейся жидкой фазы от места контакта разрезаемого металла и режущей кромки резака.
Удаление избыточной фазы от режущей кромки резака обеспечивается приложением постоянно действующего механического давления на резак или разрезаемую деталь в направлении реза. При этом избыточная жидкая фаза вытесняется в зазор между боковыми стенками резака и поверхностью реза.
При контактно-реактивном плавлении мети плов с неокисленной поверхностью образующаяся жидкая фаза практически мгновенно смачивает ее тонким слоем, что при большом ее количестве и интенсивном взаимодействии может привести к изменению размеров детали и ухудшению качества ее поверхности.
Для удаления оксидной пленки с разрезаемого металла и металла резака могут быть использованы флюсовые или бесфлюсовые способы КРР (в вакууме, аргоне, активных газовых средах), а также способы удаления оксидной пленки с контактирующих участков разрезаемого металла и металла резака и защиты их от окисления лужением легкоплавким припоем. Последний способ представлялся особенно перспективным в связи с возможностью регулирования КРР через величину облуживаемой поверхности контактирующих металлов, в отличие от других перечисленных выше способов устранения оксидной пленки, при которых последняя удаляется сразу по большей части поверхности разрезаемого металла и резака.
Рис. …. Схема последовательных этапов КРР: I – КРР с флюсом; II –бесфлюсовая КРР с предварительным лужением;
а – до начала КРР; б – на стационарном этапе КРР; в – в конце КРР; 1 – резак; 2 – жидкая фаза; 3 – разрезаемый металл; 4 – слой флюса.