Контактные металлургические процессы при пайке

Раздел ГРНТИ: Сварка
Лашко Н. Ф., Лашко С. В.
Металлургия, 1977 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Контактные металлургические процессы при пайке
Контактное плавление в процессах системы пайки
Плавление металла в контакте с жидким припоем
 
Равновесный переход кристаллических тел из твердого со­стояния в жидкое (плавление) является фазовым переходом первого рода. Этот переход определяется давлением и темпера­турой и происходит со скачкообразным изменением внутренних интенсивных) параметров тела, не зависящих от его объема и массы, в частности сопровождается потерей устойчивости кристаллической решетки и установлением ближнего порядка расположения атомов.
Автономное плавление металлических сплавов происходит при нагреве их до температуры, равной или большей темпера­туры солидуса. Температура солидуса макрооднородных метал­лов и сплавов при нагреве их отдельных или контактирующих частиц не является постоянной величиной и изменяется в пре­делах меньших одного градуса в зависимости от анизотропии кристаллов на поверхности, на которой обычно начинается автономное плавление, границ зерен, степени дисперсности зе­рен. Например, по Чалмерсу, температура плавления олова по границам его зерен на 0,14°С ниже температуры кристалла олова. Эта разница столь невелика, что ею обычно пренебрегают.
Плавление твердых металлов и сплавов в контакте с дру­гими твердыми, жидкими или газообразными металлами (веществами) ниже температуры их автономного плавления является контактным процессом и отличается специфическими особенностями, характерными для термодинамических метастабильных или лабильных систем. Такой переход кристалли­ческих твердых тел в жидкое состояние часто условно называ­ют растворением. Под растворением понимают переход (одно­сторонний или взаимный) атомов или ионов от одного вещест­ва к другому. Между веществами в одинаковом агрегатном состоянии он происходит путем диффузии или конвекции. Пере­ход атомов (ионов) между твердыми веществами при контак­те с веществами, находящимися в ином агрегатном состоянии, включает кинетическую (бездиффузионную) стадию процесса.
Реакция протекает по кинетическому режиму, если акт хи­мического взаимодействия двух веществ является определяю­щей стадией, а процесс подвода и отвода компонентов реак­ции (диффузией) не влияет на ее скорость. Если определяю­щей стадией является подвод реагирующего вещества, то про­цесс протекает в диффузионной области и скорость процесса определяется законами концентрационной диффузии. Когда скорости реакции и диффузии соизмеримы, то процесс проте­кает в переходной области. Гомогенная реакция в однородной среде, например в смеси веществ, протекает в диффузионной области.
Более 70 лет тому назад Нернстом было выдвинуто предпо­ложение, согласно которому в конденсированных системах на межфазной границе процессы протекают исключительно быст­ро, значительно скорее, чем в прилегающих к границе объемах
фаз.
Некоторые авторы считают [34], что процесс растворения твердого металла в жидком состоит из двух стадий: разрыва связей атома в кристаллической решетке твердого металла и образования новых его связей с атомами другого жидкого металла и другими атомами, находящимися в растворе (кине­тическая стадия). На второй стадии развиваются процессы диффузии в прослойке жидкости между прилежащей к грани­це раздела жидкой фазой и остальной ее частью (диффузион­ная стадия).
Процесс перехода твердого вещества в жидкое при контак­те с другим жидким веществом в определенном приближении феноменологически описывается простым уравнением, впервые предложенным Н. А. Щукаревым:
В последующих работах были даны расчеты процесса диф­фузии атомов твердого металла из жидкого слоя, прилежащего к границе раздела фаз. Количественная оценка этого процес­са весьма затруднена из-за отсутствия надежных данных о диффузии в жидких расплавах.
Отвод атомов растворенного металла из приграничной области жидкой фазы в остальной ее объем может происходить не только в результате диффузии, но и путем переноса их жидкостью при ее движении (конвекцией). Конвекция может быть вынужденной (механической) или естественной, в резуль­тате температурных и концентрационных флуктуации, вызван­ных, в частности, ликвацией сплава. Обычно конвективное движение в жидкой фазе ускоряет выравнивание состава и достижение равновесной ее концентрации Сж, определяемой диаграммой состояния и температурой взаимодействия.
Конвективный перенос может происходить η жидкой фазе вне приграничной ее области с твердым металлом.
Экспериментальные данные, полученные при изучении ха­рактера растворения многих пар твердых и жидких металлов, показали, что этот процесс определяется преимущественно диффузионной стадией [34]. Это подтверждает гипотезу о большой скорости перехода атомов металлов через межфазную границу на первом этапе их взаимодействия.
Рассмотрение процессов, происходящих в контакте твердого и жидкого металлов с учетом их химического сродства, сте­пени равновесности системы на разных этапах перехода ее к стабильному равновесию и особенностей фазовых переходов первого рода позволяет по-другому трактовать кинетическую стадию процесса на границе твердой и жидкой фаз.