Реферат: Физико-химические основы процесса пайки

Для реализации условия смачивания в данном случае необходимо вытеснение припоем прореагировавшего флюса по мере удаления оксидной пленки с поверхности основного металла, что выполняется при σ_2,3 < σ_3,4 . При достаточном химическом сродстве компонентов основного металла и припоя энергия s_2,3 мала, а работа W _а велика. В этом случае реализуется второе условие смачивания: W _а > σ_{2,4 .}

1  газ; 2  флюс; 3  припой; 4  основной металл

рис. 9. Схема равновесия сил поверхностного натяжения во флюсовой среде

Растекание припоя по поверхности основного металла происходит в результате взаимодействия сил поверхностного натяжения и сопровождается сближением жидкой и твердой фаз. Коэффициент растекания определяется из условия разности работ сил адгезии и когезии:

.

При смачивании и растекании припой заполняет зазоры между соединяемыми деталями, образуя мениски вблизи вертикальных стенок и проявляя тем самым капиллярные свойства. Разность давлений, действующих на искривленную поверхность жидкости, называют капиллярным давлением p _к , которое определяется уравнением Лапласа:

,

где p ₁ , p ₂ — давление жидкости для выпуклой и вогнутой поверхностей соответственно; R ₁ , R ₂ — радиусы кривизны рассматриваемого элемента поверхности.

Для выпуклой поверхности Р _к считают положительным и направленным внутрь жидкости, для вогнутой поверхности Р _к отрицательно и направлено наружу от поверхности жидкости. При малом диаметре D капилляра свободная поверхность жидкости имеет форму сферы (рис. 10) радиусом

.

Подставив значение радиуса мениска в уравнение Лапласа, получим

.

Разность давлений p ₁ – p ₂ уравновешивается столбом расплавленного припоя высотой h :

.

Из уравнений видно, что высота подъема припоя в капилляре круглого сечения прямо пропорциональна его поверхностному натяжению и смачивающей способности и обратно пропорциональна диаметру капилляра и плотности припоя:

.

Отличие расплавов припоев от обычных жидкостей состоит в том, что жидкий припой представляет собой систему, состоящую из нескольких компонентов, и в процессе его растекания происходит физико-химическое взаимодействие компонентов и основного металла, дополнительное растворение элементов основного металла в припое, взаимодействие с газовыми и флюсующими средами. При вытеснении припоем флюса из капилляра высота подъема припоя будет определяться выражением

.

В горизонтальном капилляре шириной h для припоя с вязкостью h время затекания t на длину капилляра l определяется следующим образом:

.

На втором этапе физико-химического взаимодействия припоя и основного металла основную роль играют процессы диффузии. Теоретически процесс диффузии при постоянной температуре и стационарном во времени потоке вещества описывается первым уравнением Фика:

,

где m — количество диффундирующего вещества; D — коэффициент диффузии; С — концентрация вещества; x — координата. Минус указывает на то, что процесс диффузии идет в направлении уменьшения концентрации вещества.

рис. 10. Схема подъема жидкости в капилляре

В реальных условиях скорость диффузии — величина переменная во времени, поэтому процесс диффузии описывается вторым уравнением Фика:

,

где — скорость изменения концентрации диффундирующего вещества.