2.2.4. Четвертая стадия - поверхностные реакции

В результате смачивания создаются условия для развития вторичных процессов физического растворения и поверхностных химических реакций, при протекании которых происходит взаимодействие, ведущее к образованию переходной зоны на границе раздела фаз.

При физическом растворении взаимодействуют вещества одинаковой природы, смешение происходит только за счет кинетической энергии атомов, ионов, молекул, не претерпевающих изменений.

Поверхностные химические реакции возможны в том случае, когда химическая природа соприкасающихся фаз различна. Поверхностные химические соединения, образуемые в результате этих реакций, не представляют отдельной самостоятельной фазы. Продукты поверхностных реакций можно рассматривать как химические соединения переменного состава. Вступившие в поверхностную реакцию атомы и ионы твердого тела не порывают связей с атомами и ионами собственной кристаллической решетки.

2.2.5. Пятая стадия – сцепление

Характерным признаком полного сцепления служит образование промежуточного слоя химического или физического происхождения. Образование промежуточного слоя между покрытием и подложкой — характерный признак сцепления. При этом могут возникать две межфазовые границы раздела: покрытие — промежуточный слой и промежуточный слой — подложка. Они бывают размытыми или четко выраженными. Процесс сцепления всегда требует некоторого времени, потому что связан с протеканием поверхностных реакций, растворения и диффузии.

2.2.6. Стадии физико-химического процесса пайки

Стадии образования соединения: активация металлических поверхностей флюсом, нагрев поверхностей выше точки плавления припоя, вытеснение флюса припоем, растекание жидкого припоя — процесс смачивания, взаимная диффузия припоя и соединяемых поверхностей — образование сплавной зоны, химическое взаимодействие припоя и соединяемых поверхностей (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Стадии образования паяного соединения

Наличие зон сплавления (диффузионных зон) является признаком образования металлической связи с полными свойствами электрической проводимости по металлу. Отсутствие диффузионной зоны указывает на недостаточную связь, т. е. на наличие «холодной» пайки: электрическое соединение неустойчиво. Сравните λ-характеристики (интенсивность отказов):

«Холодные» пайки.............................................................................10^-2ч^-1

Обычное паяное соединение............................................................. 10^-10ч^-1

Соединение с зоной сплавления....................................................... 10^-13ч^-1

При правильном выполнении пайки прочность паяного шва всегда больше прочности припоя. Поэтому надо стремиться к минимальным зазорам пайки. В то же время очень узкие зазоры могут быть незаполнены припоем, и в паяном шве останутся пустоты, заполненные коррозионной средой — флюсом с растворенными в нем загрязнениями. Конструкция паяного узла поддается расчету:

• соотношение между величиной зазора u и высотой h заполнения припоем вертикального паяного шва:

h=2δcosα/ρgu,

где δ — поверхностное натяжение на границе припой-флюс; α — угол смачивания; ρ — плотность припоя; g — ускорение земного тяготения;

• продолжительность заполнения припоем горизонтального паяного шва:

t = 6JL(+2)/u cosα,

где t— продолжительность времени пайки; J - вязкость припоя; L — длина паяного шва.

Величина паяного зазора сказывается на надежности паяного узла таким образом, что при зазорах менее 0,2 мм заполнение зазора припоем затруднено, а при зазорах более 0,6 мм резко увеличивается частота отказов паек. Оптимальная ширина зазора — 0,3...0,4 мм.