ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Диффузия в процессе пайки из "Физико-химические процессы при пайке" Диффузия при пайке играет большую роль в процессе формирования паяного соединения. Смачивание, капиллярное течение, образование переходного слоя на границе фаз, выравнивание состава шва связаны с диффузией. Для образования спая между основным металлом и припоем в отдельных случаях достаточно смачивания основного металла расплавом припоя. Однако высокие скорости взаимодействия на границе между твердой и жидкой фазами, а также сравнительная длительность взаимодействия, обусловленная технологией пайки, не позволяют в обычных условиях завершить процесс на стадии смачивания. Поэтому диффузионный массоперенос на границе фаз за время выдержки при пайке получает значительное развитие. Лишь в особых условиях, как, например, при напылении жидких металлов на подложку или при низкотемпературной пайке без подогрева основного металла, удается получить спаи, в которых массо-переиос через границу фаз микрорентгеноспектральным методом не обнаруживается. Во всех других случаях. имеет, место взаимная диффузия между основным металлом и припоем. Наиболее активно диффузионные процессы протекают при образовании контактно-реакционного спая. [c.204] Благодаря прониканию расплавленного припоя по границам зерен основного металла площадь контакта основной металл — припой увеличивается, что приводит к интенсификации процесса диффузии. Повышенная проницаемость границ зерен обусловлена как повышенной диффузионной подвижностью самой границы зерна, так и возникновением вокруг границ области с повышенной диффузионной проницаемостью, что приводит к образованию своеобразных диф.фузионных клиньев. [c.205] Скорость диффузии компонентов расплавленного припоя в основной металл в отдельных случаях сильно зависит от ориентировки зерен основного металла. На рис. 63 представлена микроструктура шва при пайке никеля германием, из которой. можно видеть, что диффузионный процесс вызвал своебразное декорирование зерен основного металла но границе с зоной сплавления. [c.205] Первая стадия характерна взаимным прониканием атомов основного метала и припоя при нагреве до температуры пайки. Она зависит от интенсивности процесса флюсования, наличия контакта основного металла и твердого припоя, температуры и времени нагрева. Диффузия в твердой фазе активно протекает при образовании контактно-реакционного спая, а также растворно-диффузионного, когда припой применяется в виде гальванического покрытия, слоя плакирования или напыления. [c.206] После образования в шве жидкого раствора в соответствии с диаграммой состояния повышается роль диффузии из жидкости в твердую фазу, в результате чего состав твердой фазы (основного металла) на границе основной металл — зона сплавления также приближается к равновесному. Образовавшийся первоначально на границе основной металл — зона сплавления твердый раствор обедняется припоем вследствие диффузии в объем основного металла, и концентрация его на границе спая становится меньше равновесной. Стремление системы основной металл — зона сплавления к равновесию при данной температуре приводит к дальнейшей диффузии атомов припоя из жидкости, а поскольку жидкость при этом пересыщается основным металлом, то на поверхности основного металла происходит выделение твердого раствора, что приводит к перемещению межфазной границы и к заращиванию соединительного зазора. Состав твердого раствора, выделяющегося при изотермической кристаллизации, в шве зависит от температуры пайки. Чем она выше, тем твердый раствор более обогащен основным металлом и, следовательно, имеет более высокие механические свойства и температуру плавления. Исходя из этих соображений, процесс изотермической кристаллизации (до полного отвердевания зоны сплавления при температуре пайки) целесообразно вести при условиях, которые обеспечивали бы выделение на подложку твердого раствора, наиболее обогащенного основным металлом. [c.207] Диффузионные процессы в твердом состоянии имеют особое значение при диффузионной пайке, когда необходимо повысить прочность соединения. При этом происходит в той или иной степени диффузионное выравнивание состава шва. [c.207] ДИ в диффузионном слое в этом случае, определенная методом микрорентгеноспектрального анализа, составила 8%, что близко к равновесному состоянию при данной температуре. Как видно из рисунка, с увеличением времени выдержки не только диффузия меди распространяется на большую глубину, но соответственно и максимальное содержание диффундирующего элемента в диффузионном слое увеличивается [8]. [c.208] Таким образом, при пайке железа и углеродистых сталей медью определяющим механизмом миграции припоя в основной металл является проникание его по границам зерен. Диффузия углерода в сталях к участкам, обогащенным медью, препятствует этому. [c.209] Интерметаллиды в процессе пайки могут образоваться в объеме зоны сплавления в виде отдельных разрозненных включений. В этом случае они оказывают значительно меньшее влияние на свойства соединений. [c.213] В случае реакционной диффузии концентрация в диффузионной зоне изменяется равномерно только в пределах одной фазы. На границе фаз концентрация меняется скачком. При образовании нескольких интерметаллических слоев последовательность их образования соответствует диаграмме состояния взаимодействующих металлов. [c.213] С другой стороны, если считать концентрацию на границе слоя постоянной, то можно принять приращение толщины слоя интерметаллического соединения пропорциональным количеству продпффундировавшего вещества, т. е. [c.213] Следовательно, при реакционной диффузии толщина слоя интерметаллического соединения в зависимости от времени пайки увеличивается по параболическому закону. Параметр параболы р характеризует скорость роста и является величиной, пропорциональной коэффициенту диффузии, с которым он совпадает и по размерности. [c.214] Состав и толщина слоя интерметаллида зависят от природы взаимодействующих металлов, температуры пайки, времени выдержки и скорости охлаждения после пайки. В системах Fe — Sn, Си — d слой интерметаллида обнаруживается только под микроскопом. В системах Fe — А1, Ag — Zn он виден невооруженным глазом. По составу интерметаллид всегда отвечает соединению,, наиболее богатому легкоплавким компонентам [И]. [c.214] Интерметаллиды обладают высокой хрупкостью, поэтому наличие в паяных соединениях интерметаллидных прослоек ведет к снижению прочности паяных изделий. Для предупреждения появления в паяных швах интерметаллидных прослоек на основной металл наносят барьерные покрытия, выбирают соответствующий режим пайки, изменяют скорости нагрева перед пайкой и охлаждения после пайки [12]. [c.215] Длительность диффузионной пайки зависит от свойств основного металла и припоя, количества жидкой фазы в шве, температуры пайки, условий нанесения припоя. На рис. 71 по данным автора и И. Ю. Марковой показана зависимость продолжительности диффузионной пайки магния от толщины слоя припоя при нанесении припоя в виде серебряной фольги и покрытия методом ионного напыления. [c.217] Как видно из рисунка, диффузионный процесс резко интенсифицируется при нанесении припоя методом ионного напыления. Эксперименты показали, что при нанесении припоя в виде фольги, гальваническом покрытии, способе плазменного или ионного напыления активность диффузионных процессов различна. Это связано главным образом с различным искажением в кристаллических решетках поверхностных слоев основного металла и припоя, вносимым в процессе обработки, предшествующей пайке. Время диффузионной пайки может быть также резко сокращено при применении термоциклирования, т. е. периодического чередования нагрева до температуры пайки с кратковременной выдержкой и охлаждения до температуры на 100—200° С ниже температуры пайки. [c.217] Вернуться к основной статье