ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кристаллизация из "Физико-химические процессы при пайке" Контактное плавление есть процесс перехода в жидкое состояние контактирующих разнородных твердых веществ при температурах ниже их точек плавления. Как только температура контакта достигает определенного значения, появляется жидкая фаза. Это свойство веществ присуще как металлам, так и неметаллическим материалам. [c.236] Исследование процессов контактного плавления металлов в последние поды наряду с потребностями пайки вызвано широким использованием легкоплавких металлов в качестве теплоносителей в энергетических установках, а также в связи с явлениями адсорбционного понижения прочности металлов под действием металлических покрытий. Контактное плавление нашло и самостоятельное применение в качестве метода физико-химического анализа, в частности. Для определения температуры плавления эвтектик. [c.236] Контактное плавление является свойством не только эвтектических систем, но и присуще системам, образующим твердые растворы с минимумом на кривой ликвидуса. Поэтому контактное плавление можно рассматривать как частный случай фазовых переходов в системах, диаграммы состояния которых имеют минимум на линии ликвидуса. [c.236] Турах нагрева значительно ниже темНературы кoHтaкt-ного плавления обнаруживаются линии только компонентов, а при температурах, близких к температуре контактного плавления, линии компонентов исчезают и вместо них появляются линии твердых растворов. При этом с приближением температуры к температуре контактного плавления время образования твердого раствора уменьшается. [c.237] Кинетика контактного плавления. Контактное плавление связано с диффузионными процессами. Диффузия в твердую фазу при наличии контакта взаимодействующих металлов происходит до тех пор, пока концентрация второго компонента в поверхностном слое не достигнет равновесного предела растворимости при данной температуре, после чего появляется жидкая фаза. Это наглядно можно продемонстрировать на примере контактного плавления в системе медь—серебро (рис. 80). Первой стадией взаимодействия является диффузия компонентов (рис. 80,а). При определенной степени насыщения начинается образование жидкости (рис. 80,6). Как можно видеть из рис. 80, б, диффузия наиболее активно протекает в сторону серебра. Диффузия серебра в медь идет менее интенсивно. Увеличение зоны сплавления в сторону серебра с его преобладающим растворением согласуется с диаграммой состояния взаимодействующих металлов. [c.238] Скорость диффузии при контактном плавлении может быть значительной. Так, в системе медь—серебро за 30 сек при эвтектической температуре (779° С) ширина диффузионной зоны составляет 0,65 мм. С увеличением времени выдержки ширина диффузионной зоны увеличивается. Вначале рост ее происходит быстро, а затем замедляется. [c.238] Удаление окисной пленки при применении флюсов может быть более полным, но при этом не исключено взаимодействие их с металлами. [c.239] После возникновения жидкой фазы в шве дальнейшее взаимодействие контактирующих металлов происходит через слой расплава. Образование твердого раствора в поверхностном слое взаимодействующих металлов, находящихся в контакте с жидкой фазой, является процессом, непосредственно подготавливающим плавление этого слоя. Поэтому и после возникновения жидкой фазы контактное плавление рассматривается как процесс плавления пересыщенных твердых растворов, образовавшихся вследствие диффузии атомов второго компонента из жидкости и ухода атомов первого компонента в жидкую фазу [19]. [c.239] Второй стадией контактного плавления является растворение твердых металлов в образовавшемся расплаве. При растворении одновременно протекают два процесса— образование твердого раствора в поверхностных слоях взаимодействующих металлов вследствие диффузии из жидкой фазы и растворение образующегося твердого раствора в жидкой фазе. В случае образования жидкой фазы по границам зерен контактирующих металлов отдельные зерна как бы постепенно оплавляются по границам, при этом жидкая фаза может иметь выход в форме клина, внедренного в массу растворенного металла. Подобное явление в системе медь—серебро наблюдается при температурах, близких к температуре плавления серебра. При эвтектической температуре контактное плавление распространяется сравнительно равномерные фронтом. [c.240] Исследования образующегося в контакте между взаимодействующими металлами сплава показывают, что состав шва неоднороден и изменяется с температурой в соответствии с диаграммой состояния взаимодействующих металлов [20]. В системе медь—серебро мик-рсрентгеноспектральный анализ образцов, паяных в атмосфере водорода при температуре несколько выше эвтектической с выдержкой 3 мин, показал, что содержание меди в зоне сплавления на расстоянии 5 мкм от границы медь — зона сплавления составляет 29,5%, а на расстоянии 5 мкм от границы серебро — зона сплавления— 25,3%. В центре зоны сплавления состав соответствует эвтектическому. С повышением температуры контактного плавления увеличивается растворимость взаимодействующих компонентов в первоначально образовавшемся расплаве, в результате чего при кристаллизации избыточное против эвтектического содержание компонента выделяется в виде дендритов в зоне сплавления или в виде прнкристаллизованного слоя к основному металлу (рис. 82,6 и в). Если температура в процессе контактного плавления сохранялась эвтектической, то после кристаллизации в зоне сплавления выделения избыточного компонента не происходит (рис. 82, а). [c.241] Жидкая фаза при контактном плавлении в первую очередь образуется по границам зерен и дефектам структуры. Этот процесс наиболее быстро протекает, когда взаимодействующие металлы нерастворимы в твердом состоянии. Однако в отдельных случаях образование жидкой фазы происходит в объеме зерен взаимодействующих металлов. [c.241] Движущие силы контактного плавления. Механизм контактного плавления с термодинамической точки зрения рассматривается на основе равновесия взаимодействующих фаз. При контактном плавлении двух металлов в случае образования эвтектик сосуществуют три фазы— твердые металлы и образующаяся жидкость. Согласно правилу фаз Гиббса двухкомпонентная система, состоящая из трех фаз, имеет одну степень свободы, т. е. находится в равновесии только при одной температуре (эвтектической), определенных составе и объеме фаз. Этому условию соответствует эвтектическая точка. Изменение температуры вызывает исчезновение одной из фаз снижение температуры приводит к исчезновению жидкой фазы, с повышением температуры исчезает одна из твердых фаз. Таким образом, отклонение температуры системы от эвтектической вызывает необратимый процесс изменения составов и объемов фаз до тех пор, пока не исчезнет одна из фаз и не установится равновесие между двумя оставшимися. [c.244] Для определения напрарления развития процесса контактного плавления при постоянных температуре и давлении наиболее удобным критерием является изменение свободной энтальпии системы. Зависимость свободной энтальпии от состава твердой и жидкой фаз в двойных системах эвтектического типа при эвтектической и более высоких температурах изображена на рис- 84 [21, 22]. [c.244] Если процесс контактного плавления ведется при эвтектической температуре, то составы сфероидов и зоны сплавления практически одинаковы и поры на месте сфероидов не образуются. При более высоких температурах состав сфероидов практически не изменяется, а равновесный состав зоны сплавления соответствует точке пересечения изотермы температуры пайки с линией ликвидуса диаграммы состояния серебро — медь. [c.248] Ввиду наличия градиента концентрации компонентов в сфероиде и в расплаве зоны сплавления, через шлаковую пленку протекает диффузионный перенос массы из объма микрокапли в зону сплавления. Вследствие этого на месте сфероида образуются необычные поры, содержащие металлический остаток (рис. 85, б). Размеры включений и образующихся на их месте пор составляют от 0,0001 до 0,1 мм. [c.248] Из существующих припоев наиболее склонен к порообразованию в результате эффекта сфероидизации стандартный серебряномедный припой ПСр72. Легирование его кремнием позволяет предотвратить порообразование и обеспечить при пайке более высокие прочностные свойства соединений. Состав припоя, обеспечивающего получение беспористых швов серебро — 71,0%, медь — 27,8 /о, кремний— 1,2%. [c.249] Эффект сфероидизации наблюдается не только при пайке, но и в других процессах, связанных с высокотемпературным нагревом и плавлением металлов.. [c.249] Вернуться к основной статье