6. Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключаются особенности пайки металлов с неметаллами?

2. Основные типы и особенности конструирования металлокерамических паяных соединений.

3. Сущность многоступенчатого способа пайки керамики с металлами.

4. Какова роль активных металлов при одноступенчатой активной пайке керамики с металлами? Способы введения активных металлов в зону пайки.

5. Какие припои используются при пайке керамики с металлами? Их достоинства и недостатки.

6. Какова функция активирующей засыпки в процессе создания вакуума внутри вспомогательного контейнера с затвором?

7. Основные параметры термического цикла пайки алюмооксидной керамики с титаном алюминиевыми припоями.

Рис. 3.14. Градуировочная кривая лампы типа ЛТ-4М

Лабораторная работа № 8

БЕСФЛЮСОВАЯ ПАЙКА СТАЛЕЙ В ПАРАХ ЦИНКА

1. Цель работы

Изучить технологию контейнерной пайки сталей в восстановительной атмосфере в парах цинка.

2. Физико-химические процессы

ПРИ КОНТЕЙНЕРНОЙ ПАЙКЕ В ПАРАХ ЦИНКА

Наиболее распространенным способом пайки изделий из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей является пайка в восстановительных газовых средах с использованием в качестве припоя чистой меди. Недостатком этого способа является высокая температура пайки (1100 °С), сравнительно невысокая прочность паяных соединений и необходимость в специальном оборудовании. Последнее делает этот способ нецелесообразным в штучном и мелкосерийном производстве.

Снизить температуру пайки и повысить прочность паяных соединений можно применением в качестве припоя латуней – сплавов меди с цинком. Обладая хорошей смачивающей способностью и более высокой прочностью, латуни в качестве припоев имеют один существенный недостаток, обусловленный высоким давлением насыщенного пара цинка (для чистого цинка давление насыщенного пара при 907 °С равно атмосферному), - интенсивное испарение цинка при пайке. Это приводит к повышению температуры плавления припоя, что делает возможным неполное его расплавление и обусловленное этим образование пор и непропаев. Снижаются механические свойства и надежность паяных соединений. Для уменьшения испарения цинка пайку латунями осуществляют с быстрым нагревом – газопламенным, индукционным, погружением в расплав припоя или соли. При этом также не исключено образование дефектов, обусловленных испарением цинка. Печная пайка, обладающая такими достоинствами, как высокая производительность, отсутствие коробления и снижение остаточных напряжений, стабильность качества, а при использовании контролируемых атмосфер и отсутствие окисления деталей, для пайки латунями практически не применяется.

Печная пайка латунями становится возможной при её осуществлении в ограниченном объеме, заполняемом парами цинка. При этом пары цинка одновременно выполняют две функции:

1) позволяют управлять процессом испарения цинка и регулировать его содержание в припое, в частности, позволяют получать латунь заданного состава при использовании в качестве заготовки припоя чистой меди. Механические свойства латуней зависят от содержания цинка. Лучшими свойствами обладает латунь с 36 – 40 % цинка. При увеличении содержания цинка снижается пластичность, а затем и прочность. При пайке в парах цинка содержание цинка в припое можно регулировать различными способами. Наиболее простой и технологичный – пайка в контейнере с затвором, уплотняемым засыпкой. Регулировать содержание цинка в припое при этом возможно введением внутрь контейнера углерода за счет следующих химических реакций:

C+O₂→CO₂

C+CO₂→2CO

Zn+CO₂→ZnO+CO

Константа равновесия последней реакции, выраженная через парциальные давления, определяется отношением:

, откуда ;

2) связывают окислительные компоненты паяльной атмосферы, способствуя активированию паяемой поверхности и обеспечивая этим бесфлюсовую пайку. Установлено, что при нагреве замкнутого внутри стального контейнера объема воздуха уменьшается содержание кислорода (при Т=850 °С до ~3 %-О₂). Это обусловлено окислением металлической поверхности контейнера с образованием СО и СО₂. При температуре более 800 °С в составе атмосферы появляется водород (~1 %), как результат разложения органических загрязнений и восстановления водяных паров углеводородом. При нагреве в присутствии цинка в таком замкнутом объеме после его расплавления ( =419 °С) резко уменьшается содержание кислорода (до 1 %) и в составе газовой среды появляется водород (вследствие восстановления водяных паров цинком):

Zn+H₂O→ZnO+H₂

Начиная с 700 °С появляется СО. При 950 °С в газовой среде содержится ~2% Н₂ и ~5 % СО, что превышает содержание газов восстановителей в стандартной восстановительной атмосфере ПСО-09, применяемой для бесфлюсовой пайки углеродистых сталей. Кроме того цинк способен восстанавливать оксиды непосредственно на поверхности паяемого металла:

Me_mO_n+nZn↔mMe+nZnO

Термодинамические расчеты показали возможность бесфлюсовой пайки в такой атмосфере углеродистых сталей, сталей легированных Ni, W, Mo, Cu, а также небольшим количеством Cr, Mn, Si.

При пайке в контейнере с затвором, уплотняемом засыпкой, для уменьшения подсоса воздуха при охлаждении с Т_пайки в затвор вводят карбюризатор (древесный уголь с добавкой 20 % BaCO₃), которая обеспечивает преимущественное образование СО при взаимодействии кислорода и углерода.