2.2.2. Механическое и физическое активирование поверхностного слоя металлов.

Оксидные пленки с поверхности некоторых металлов и сплавов могут быть удалены при непосредственном механическом или физическом воздействии на них под слоем жидкого припоя, который защищает очищенную поверхность от взаимодействия с компонентами окружающей среды, смачивает ее и вступает с паяемым металлом в физико-химическое взаимодействие.

Существенной особенностью пайки с механическим или физическим активированием является ее двухстадийность.

На первой стадии осуществляется процесс лужения паяемой поверхности легкоплавким припоем. На второй, собственно пайка по облуженным поверхностям, с приложением некоторого давления на паяемые поверхности для обеспечения контакта, и нагрева до температуры полного расплавления легкоплавкого припоя.

Эти способы активации нашли применение, главным образом, при пайке и лужении алюминия и его сплавов легкоплавкими припоями, для которых не найдены достаточно эффективные способы химического удаления оксидной пленки Al₂O₃при температурах ниже 400ºС.

Механическое разрушение оксидов на паяемой поверхности под слоем жидкого припоя может быть проведено режущим инструментом (шабером), металлической щеткой, асбестом, тканью, концом прутка припоя и т.д. Для этой же цели, при применении припоев с узкими интервалами кристаллизации, могут быть использованы мелкие частицы абразива (стружка латуни, частицы асбеста, пемзы и др.) и первичные кристаллы припоев с широким интервалом кристаллизации, находящихся в жидко-твердом состоянии.

При использовании в качестве абразивных частиц первичных кристаллов припоя (когда эти частицы разделены жидкой фазой), оксидные пленки на поверхности облуживаемого металла разрушаются при его вращательном или поступательном перемещении относительно массы припоя (рис. 16).

а	б
Рисунок 16. Абразивное лужение первичными кристаллами припоя: а – схема процесса; б – схема неподвижной ванны для абразивно-кристаллического лужения( 1- ванна, 2 – частично расплавленный припой, приводной ролик).

Лужение слабоокисляющимися припоями, например, оловянно-цинковыми, позволяет вести последующую пайку без использования флюсов.

К физическим способам удаления оксидных пленок следует отнести использование для этих целей источников колебания ультразвуковой частоты. При этом способе удаление оксидных пленок происходит под действием кавитацинных явлений в жидком припое, возникающих при введении в него ультразвуковых колебаний. Под воздействием колебаний, генерируемых, как правило, магнитострикционными излучателями, в жидкости образуются продольные волны, вызывающие попеременно то сжатие, то расширение. При расширении, если гидростатическое давление упадет до упругости пара жидкости, в ней образуются разрывы (каверны или кавитационные пузырьки). При нарастании давления в последующей фазе колебаний и под действием сил поверхностного натяжения разрывы в жидкости "захлопываются". В момент "захлопывания" кавитационных пузырьков местное давление в жидкости достигает сотен атмосфер, что вызывает образование сильных ударных волн, под действием которых разрушаются поверхностные слои твердых материалов. Естественно, что процесс разрушения начинается с оксидных пленок, а свободная от оксидов поверхность вступает в контакт с жидким припоем. Поскольку продолжительное воздействие механических колебаний низких частот вредно для человеческого организма, для пайки применяют колебания ультразвуковой частоты 16-25 килогерц.

В промышленности наиболее широко применяются два способа ультразвуковой пайки:

1. Ультразвуковыми паяльниками, которые передают колебания в расплав припоя, нанесенного на паяемую поверхность, через нагретое жало паяльника. При этом должен отсутствовать контакт паяльника с поверхностью паяемого материала.

2. Ультразвуковыми ваннами, в которых ультразвуковые колебания передаются расплавленному припою через стенки ванны при пайке и лужении способом погружения в расплав припоя.

Принципиальные схемы устройства ультразвукового паяльника и ультразвуковой ванны представлены на рисунках 17 и 18.

Рисунок 17. Принципиальная схема ультразвукового паяльника 1 – рабочая часть паяльника, 2 – магнитострикционный преобразователь, 3 – обмотка возбуждения, 4 – высокочастотный генератор, 5 – кавитационные пузырьки, 6 – обмотка нагревателя, 7 – расплавленный припой, 8 – оксидная пленка	Рисунок 18. Принципиальная схема ультразвуковой ванны 1 – магнитострикционный преобразователь, 2 – аолновод, 3 – ванна, 4 – расплавленный припой, 5 – нагреватель.

Физико-механические способы удаления оксидных пленок нашли промышленное применение главным образом при низкотемпературной пайке алюминиевых сплавов.