Учитывая уравнение Юнга, можно записать

Работу адгезии можно сравнить с работой когезии. Работа когезии равняется той работе, которую необходимо приложить, чтобы преодолеть взаимодействие между собою молекул жидкости. При этом возникают две поверхности раздела фаз жидкость – газ и работа когезии равняется удвоенному значению свободной поверхности энергии (поверхностному натяжению) фаз, которые возникли:

Смачивание характеризуют значением относительной работы адгезии Z а:

При увеличении краевого угла от 0⁰ до 180⁰ относительная работа адгезии изменяется от единицы до нуля.

Работа адгезии всегда меньшая работы когезии. Только при полном смачивании, при  =0⁰ , работа адгезии может быть равна работе когезии, то есть когезионно-адгезионный отрыв жидкости может быть только в условиях полного смачивания.

Во всех других случаях Zа < 1, что означает Wa < Wk, то есть имеет место только адгезионный отрыв жидкости.

Растекания расплава припоя зависит от соотношения сил адгезии припоя к поверхности металла, и когезии, которая характеризуется силами связи между атомами припоя.

Растекание капли жидкости на твердой поверхности произойдет в том случае, если работа адгезии относительно поверхности твердого тела равна или больше работы когезии частиц жидкости. Различие между Wa и Wk называется коэффициентом растекания Wр:

Полное растекание возможно лишь при  = 0, cos = 1.

Представления о коэффициенте растекания справедливы в условиях равновесного растекания, то есть в условиях изменения межфазных поверхностных натяжений с небольшой скоростью, когда жидкость успевает деформироваться и принять равновесные значения и , а инерционными и упругими свойствами системы можно пренебрегать.

Адгезия и смачивания поверхности паяемого материала расплавами припоя имеет ряд особенностей по-сравнению с адгезионным взаимодействием, которое рассмотренно выше. В условиях растекания капли расплавленного припоя по твердой поверхности паяемого материала сугубо молекулярное взаимодействие не позволяет создать работу адгезии порядка 10^-2 - 10^-3 мДж/м² (мН/м).

Адгезионное взаимодействие расплавов с твердой поверхностью определяется не только молекулярными силами, но и теми физико-химическими процессами, которые происходят на границе раздела фаз расплава припоя и паяемого металла.

Адгезия за счет межмолекулярного взаимодействия является равновесной и обратимой, то есть удельная свободная поверхностная энергия или поверхностное натяжение и после разъединения контактирующих тел остаются такими, которыми они были к моменту контакта.

Адгезионное взаимодействие, обусловленное физико-химическими процессами, которые протекают в зоне контакта твердый материал - расплав припоя, называется физико-химическим взаимодействием.

Растекание расплавленного припоя определяется многими факторами, среди которых наибольшее влияние имеет характер взаимодействия в контакте паяемый металл - припой, вязкость и текучесть расплава припоя.

Вязкость расплавленных припоев в значительной мере зависит от условий пайки и характера флюсовання. В особенности резкое изменение вязкости происходит при пайке в окислительной атмосфере. Вместе с условиями флюсовання и температурой пайки, вязкость припоев зависит от сил взаимодействия между компонентами расплава и атомным строением расплава. Увеличение количества прочных связей ведет к росту вязкости, слабые связи вызовут уменьшение вязкости припоя.

Например, наибольшее растекание по поверхности стали Ст3 имеет припой системы олово-свинец эвтектического состава, а по поверхности меди – припой этой системы при доэвтектическом содержании олова. С повышением температуры нагрева при пайке площадь растекания чистого олова приблизительно остается постоянной, а растекание сплавов олово-свинец эвтектического состава возрастает, если перегрев не превышает 40-50⁰С. Дальнейший перегрев сплава вызовет уменьшения растекания, которое связано с увеличением физико-химического взаимодействия между припоем, флюсом, паяемым металлом и газовой средой при пайке.

Итак, при растекании расплава припоя при контакте с поверхностью паяемого металла могут проходить физико-химические процессы: химическая эрозия; адсорбционное снижение прочности в зоне спая как следствие снижения свободной поверхностной энергии на границе раздела фаз: паяемый металл - расплав припоя; растворение паяемого материала в расплаве припоя; диффузия в объем твердого металла, а также по границам зерен и дефектам структуры металла; химическое взаимодействие контактирующих пар.

Особенностью физико-химического взаимодействия паяемого металла и расплава припоя является резкое увеличение работы адгезии в определенном диапазоне температур.

Физико-химическое взаимодействие обусловлено разными причинами, к числу которых можно отнести возникновения химической связи между расплавом и поверхностью паяемого металла. В результате физико-химического взаимодействия проходит неравновесная адгезия, то есть величины _рг и _тр после нарушения адгезионного взаимодействия не равняются тем значением, которые были до возникновения этого взаимодействия. Физико-химическое взаимодействие происходит с большой скоростью. Время уменьшения краевого угла  от 180⁰ до 60-20⁰ равняется приблизительно 10^-3 - 10^-2с. Таким образом, высокие скорости физико-химического взаимодействия дают возможность применять уравнение Юнга для неравновесных условий, если пренебречь теми процессами, которые проходят медленно и не влияют на неравновесную адгезию (диффузными процессами).

Поверхностное натяжение расплавов изменяется при изменении температуры. Но поверхностное натяжение расплавов металлов не характеризует однозначно их возможность растекаться по поверхности паяемого металла. Процесс смачивания поверхности паяемого металла расплавом припоя зависит от соотношения их физико-химических свойств, в частности от запаса свободной поверхностной энергии паяемого металла.

Поверхностная энергия твердого металла определяет величину сил взаимодействия его с припоем и является косвенным показателем активности физико-химических процессов на границе контакта твердой и жидкой фаз.

Особые условия, в которых находится небольшое количество расплавленного припоя при капиллярной пайке, оказывают влияние на физико-химические процессы при пайке и на формирование паяных соединений.

В капиллярном зазоре небольшое количество расплавленного припоя интенсивно насыщается компонентами паяемого металла, в результате температура плавления припоя повышается, а его способность к растеканию уменьшается.

Поэтому нельзя однозначно оценивать способность припоя к растеканию по поверхности металла и его способность к течению в капиллярном зазоре. Образование при физико-химическом взаимодействии расплава припоя с паяемым металлом отдельных кристаллических фаз, размеры которых могут быть больше, чем размеры капиллярного зазора, делают совсем невозможным движение припоя в зазоре.

Капиллярное течение припоя в зазоре описывают с точки зрения статической и динамической теорий, которыми пытаются оценить силы, под действием которых проходит растекание припоев в процессе пайки и причины, от которых зависит заполнения шва припоем. Эти теории, однако не учитывают взаимодействия припоя с паяемым металлом в процессе пайки.

В соответствии с статической теорией, высота поднятия жидкости в капиллярном зазоре прямо пропорциональна ее поверхностному натяжению, способности к смачиванию, и обратно пропорциональна размеру зазора и плотности жидкости:

h - высота поднятия жидкости; _жг - поверхностное натяжение на границе жидкой и газовой фаз; - коэффициент смачивания; a - размер зазора; ρ - плотность жидкости;g - ускорение силы тяжести.

В реальных условиях пайки в процессе заполнения соединительного зазора протекает неравномерное растворение поверхности паяемого металла, физико-химическое взаимодействие припоя с паяемым металлом приводит к изменению вязкости расплава припоя, тем самым к нарушению исходных условий.

Компоненты припоя выборочно взаимодействуют с поверхностью паяемого металла, это вызывает перемещения частичек припоя в направлении, перпендикулярном потоку. В условиях концентрационного и термического переохлаждения при взаимодействии припоя с паяемым металлом возможно образования отдельных кристаллитов, это изменяет общую закономерность движения припоя в зазоре. Кроме того, растекание расплавленного припоя зависит от характера предварительной обработки, состояния поверхностного слоя паяемого металла, размера и равномерности зазора, способа удаления оксидных пленок, других причин. Влияние этих факторов теоретически учесть невозможно, поэтому на практике высоту поднятия припоя в зазоре определяют путем эксперимента.

При оценке капиллярных свойств припоев необходимо принимать во внимание ряд факторов, которые определяются соотношением физико-химических свойств паяемого металла и припоя, типом и параметрами паяных соединений, их размещением, режимом и условиями пайки.

Влияние характера подготовки поверхности перед пайкой также не равнозначно. Шероховатость поверхности вызывает дополнительные силы трения, которые тормозят растекание жидкой фазы и обуславливают, при определенных условиях, явление гистерезиса смачивания, с другой стороны, создание шероховатости поверхности паяемого металла усиливает процессы физико-химического взаимодействия (диффузию, растворение) на границе контакта, при этом изменяется динамика течения припоя по капиллярному зазору.

На капиллярное течение припоя заметное влияние оказывает форма капилляра. Для определения влияния формы капилляра на размер капиллярных сил используют уравнение Лапласа, из проведенных расчетов следует, что при неизменной площади капилляра наибольший периметр имеет капилляр треугольной формы. При других равных условиях, в капиллярах треугольного сечения дополнительное лапласово давление в 2,6 раз больше, чем в капилляре, который образуется двумя параллельными пластинами. Капилляры треугольного сечения возможно создать при нанесении насечек с углом при вершине 60°.

Эти вопросы, как и многие вопросы, которые возникают при объяснении процессов пайки, невозможно решить однозначно, так как физико-химические процессы, которые проходят на границе контакта твердой и жидкой фаз при пайке, зависят от большого количества факторов: физико-химических свойств соединенных материалов, припоев, флюсов или флюсующих сред, от типа соединений, способа сборки под пайку, способа нагрева, температуры и продолжительности нагрева, способа охлаждения после пайки, способа приложения нагрузки, условий испытаний, и прочих.

Однако во всех случаях, как при создании гладкой поверхности, так и на шершавой и поверхности с насечками, необходимо создать условия для адгезионного взаимодействия, смачивания и капиллярного течения припоя по зазору, для протекания процессов диффузии и растворения.

Опытами доказано, что прямой зависимости между растеканием припоя по поверхности металла и течением его в зазоре, нет. Это обстоятельство поясняется активным взаимодействием припоя с основным металлом. В капиллярном зазоре небольшое количество расплавленного припоя интенсивно насыщается компонентами основного металла, это приводит к повышению температуры плавления припоя и снижению растекания. К тому же при возникновении в результате взаимодействия паяемого металла и припоя отдельных кристаллических образований /твердой фазы в виде дендритов/, размеры которых в расплаве будут превышать величину капиллярного зазора, течения припоя в капиллярном зазоре вовсе не будет.