9.2.3. Кристаллизация, формирование паяного соединения

Зазоры при пайке применяют обычно в пределах 0,05 – 0,2 мм, поэтому количество жидкого металла в них незначительно. Взаимодействие между твердым и расплавленным металлом приводит к изменению состава исходной жидкой фазы и при высокой температуре пайки припой интенсивно легируется компонентами паяемого металла. Легирование усиливается в связи с отсутствием оксидной пленки на металле и наличием вследствие этого непосредственного металлического контакта с расплавом припоя. При этом происходит интенсивное растворение паяемого металла. Растворение ослабевает, когда в припой вводят компоненты, входящие и в состав паяемого металла.

Исходный состав припоя в процессе пайки может меняться не только за счет растворения в нем паяемого металла, но и в результате избирательной диффузии компонентов припоя в паяемый металл, испарения наиболее летучих его компонентов, окисления и удаления в шлак за счет газовой и шлаковой фаз.

Влияние состояния поверхности паяемого металла приводит к тому, что кристаллизация с самого начала в той или иной степени ориентирована, т.е. имеет место определенное соотношение между формой и размерами зерен затвердевающего металла зоны сплавления и паяемого металла.

При наличии оксидной пленки или слоя интерметаллического соединения на основном металле ориентирующее действие такой подложки даже при незначительной толщине указанных слоев практически не проявляется.

На процессы, протекающие между твердой и жидкой фазами, большое влияние оказывает диффузия по границам зерен.

При отсутствии проникновения расплава припоя по границам зерен основного металла диффузионные процессы приводят к образованию относительно равномерных диффузионных зон, распределение элементов в которых зависит от природы взаимодействующих металлов и условий процесса.

Исследование влияния количества жидкой фазы в шве на формирование спая на примере пайки низкоуглеродистой электротехнической стали медью показало, что в среде водорода в больших зазорах (около 2 – 0,5 мм) кристаллизация в шве происходит с образованием развитой дендритной структуры. При зазорах 0,4 – 0,3 мм затвердевание идет путем образования и роста крупных ячеистых кристаллов на границе с железом и разветвленных кристаллов в центральной части шва. С уменьшением зазора преобладающей становится ячеистая форма затвердевания. При зазоре 0,05 мм кристаллизация происходит путем образования по ширине шва одного ряда плоских зерен. Зона сплавления в рассматриваемом случае пайки электротехнической стали медью при температуре 1100 °С представляет собой однофазный твердый раствор железа в меди.

При взаимодействии многокомпонентных основного металла и припоя при больших зазорах в центральной части шва происходит образование легкоплавкой и малопрочной фазы. При используемых на практике зазорах и выдержках средний состав зоны сплавления непостоянен. Содержание растворенного в припое основного металла возрастает с уменьшением зазора.

9.3. Материалы для пайки