3.10. Електричні властивості металічних сплавів

Багато металів з однаковим типом кристалічної ґратки змішу­ються в будь-яких пропорціях і утворюють безперервні ряди тве­рдих озчинів (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Кристалічні ґратки твердих розчинів заміщення при необмеженій розчинності компонентів

Розміщення атомів різних металів у вузлах кристалічної ґрат­ки спричиняє значні флуктуації періодичного потенціального поля кристала і сильне розсіювання електронів. Повний опір сплаву мо­жна виразити у вигляді суми:

ρ_спл=ρ_Т+ρ_зал

де ρ_Т - опір, викликаний розсіюванням електронів тепловими ко­ливаннями ґратки; ρ_зал - залишковий опір, зумовлений розсіюван­ням електронів на неоднорідностях сплаву.

В бінарних твердих розчинах А-Б залишковий опір зростає як при добавці атомів Б до металу А, так і при добавці атомів А до металу Б. Залишковий опір досягає максимального значення за рівного атомного вмісту кожного з компонентів.

3.11. Припої і флюси

*Припої - це чисті метали та спеціальні сплави, які засто­совуються для створення механічно міцних швів за з'єднан­ня металевих частин паянням.

Припої повині мати температуру плавлення, значно нижчу, ніж з'єднувані ними металеві частини. Припої поділяють на ►легкоплавкі та ► тугоплавкі.

Легкоплавкі (м'які) припої мають температуру плавлення ниж­че 427 °С. їх границя міцності на розтяг рівна 16 - 100 МПа. У процесі паяння розплавлений припій під дією капілярних сил запо­внює зазор між відповідно пригнаними поверхнями з'єднуваних де­талей. Якщо розплавлений припій утворює на поверхні металу суцільну плівку, то вважають, що він змочує поверхню. Змочу­вання металу припоєм відбувається в тому випадку, коли сили притягання між атомами припою і атомами металу більші, ніж між атомами в самому припої. На поверхні розділу між припоєм і ме­талом часто відбуваються інтерметалічні реакції. Отже, змочу­вання за своєю природою частково являє собою хімічне явище. Дуже важлива властивість припою - його здатність розтікати­ся по поверхні металу і в рідкому стані проникати в вузькі зазори під дією капілярних сил. За надто великого зазору припій їх не зда­тен заповнити. У більшості випадків зазор може становити до 0,13 мм. Для отримання якісних паяних з'єднань його поверхні по­винні бути чистими і вільними від оксидів. Старанне очищення поверхні основного металу перед паянням від бруду, жиру і окси­дів сприяє отриманню міцних паяних з'єднань.

Найбільшу частину з усіх застосовуваних м'яких припоїв за­ймають олов'янисто-свинцеві. Вони мають велику рідкотекучість і застосовуються для з'єднання більшості металів. За паяння цими припоями оптимальний розмір зазору складає від 0,08 до 0,13 мм, чим забезпечується досить висока міцність паяних швів. Олов'я­нисто-свинцеві припої мають задовільну корозійну стійкість в бі­льшості середовищ. Деякі марки та характеристики м'яких при­поїв наведено в табл. 3.3.

Таблиця 3.3 Легкоплавкі припої

Марка припою	Склад припою, % маси	Темпе­ратура плав-лення,°С	Руйнівне напруження за розтягу, МПа	Галузь застосування
1	2	3	4	5
—	Олово чисте	232	50	Паяння і лудіння міді, ла­туні та бронзи з утворен­ням корозійностійких швів

Тугоплавкі (тверді) припої. Температура плавлення вища 427 °С, границя міцності - 100-500 МПа. Найбільш поширеними твердими припоями є >мідно-цинкові (ПМЦ-54, ПМЦ-48 та ін.) і >мідно-срібні (ПСр) з різними добавками, а також >сплави алю­мінію з міддю, цинком і кремнієм. Найчастіше застосовуються мід­но-срібні припої, які характеризуються малим питомим електро­опором і тому широко застосовуються для паяння струмопровідних елементів з чорних і кольорових металів.

У табл. 3.4 наведено основні марки і характеристики тугопла­вких припоїв.

Для паяння алюмінієвих проводів та деталей з алюмінію і його сплавів застосовують припої на алюмінієвій основі з добавками міді, кремнію і олова. Отримані паяні шви характеризуються під­вищеною механічною міцністю і стійкістю проти атмосферної ко­розії. Мідно-цинкові припої застосовують для паяння мідних, ла­тунних, бронзових і сталевих деталей, але шви крихкі і нестійкі проти вібрацій та ударних навантажень.

Флюси для паяння бувають ►рідкі (водний розчин хлористого цинку, спиртовий розчин каніфолі та ін.), ►тверді порошкоподіб-

Таблиця 3.4

ні (бура, борна кислота, каніфоль тощо), які за нагріву сприяють або пришвидшують змочування металів припоями. Основне при­значення флюсу видалення з поверхні оксидів та інших забруднень і захист від повторного окиснення поверхонь за нагріву. Флюс зни­жує поверхневий натяг розплавленого припою, покращує його текучість і зчеплення з металом. Він повинен легко витіснятися розплавленим припоєм з поверхні металу. Флюс наноситься на поверхні перед паянням і повинен мати наступні властивості:

► при температурі паяння бути рідким і ефективно видаляти оксиди та інші неметалічні матеріали;

► захищати попередньо зачищену поверхню від повторного окиснення;

► витіснятися припоєм;

► покращувати змочування поверхні металу припоєм.

Склад і деякі властивості окремих флюсів наведено в табл. З.5.

Найбільш поширена думка, що під дією флюсу оксидні плівки металу і припою розчиняються або розпушуються та спливають на поверхню основної маси флюсу. Оскільки більшість оксидів є тугоплавкі, то в цьому випадку вважають, що флюс змочує, коа­гулює і переводить у завислий стан оксиди, розпушені під прони-

Таблиця 3.5

каючою і послаблюючою дією флюсу. Потім розплавлений флюс утворює на поверхні очищеного металу захисний шар, який запо­бігає повторному утворенню кисневих плівок.

Рідкий припій заміщує флюс і взаємодіє з основним металом. Шар припою поступово, та з припиненням нагріву твердне. Схе­матично механізм дії флюсу наведено на рис. 3.22.

Р ис. 3.22. Механізм дії флюсу. А — флюс на поверхні окисленого металу, Б - киплячий флюс вида­ляє оксиди, В - основний метал в контакті з розплавленим флюсом, Г - заміщення розплавленого флюсу рідким припоєм, Д - взаємодія припою з основним металом, Е - затверділий припой

Таблиця 3.6.

За паяння міді, латуні і бронз легкоплавкими припоями на свин­цевій основі застосовують каніфоль, розчин каніфолі в етилово­му спирті та інші сполуки на її основі. Оскільки каніфоль є слабо­активним флюсом, то перед її нанесенням поверхні металів, які спаюють, старанно зачищають. За паяння тугоплавкими припоя­ми каніфоль та інші флюси, які розкладаються за високих темпе­ратур, застосовувати не можна. Для високотемпературного па­яння сталі, міді та мідних сплавів використовують буру Na₂B₄О₇ і її суміш з борною кислотою Н₃ВО₃. Для паяння алюмінію в якості флюсів використовують особливо активні речовини - сполуки на основі хлористого літію, фтористого натрію, хлористого цинку і хлористого калію. Температура плавлення твердого флюсу пови­нна бути нижчою від температури плавлення припою, а темпера­тура паяння - меншою від температури термічного розпаду флю­су. Залишки флюсу виводять промиванням швів гарячою водою за допомогою щіток.