Особенности пайки
Пайку, при которой припой или слой жидкой полуды образуются в результате восстановления металлов из компонентов флюса, называют реактивно-флюсовой. Восстановление металла из компонентов флюса может происходить в результате диссоциации солей при нагреве или при вытеснении из них металлов при взаимодействии с паяемым материалом.
Реактивно-флюсовую пайку можно проводить с флюсом, содержащим легко диссоциирующие химические соединения. Нелетучие металлические компоненты таких соединений, иногда в сочетании с другими металлами, служат припоями. Летучие компоненты флюсов могут создавать среду, защищающую паяемый шов от окисления.
Восстановленные из флюса прослойки жидких металлов активируют поверхность паяемого материала и служат компонентами припоя. Летучие продукты взаимодействия могут создавать газовую среду, защищающую паяемый металл от окисления или восстанавливающую его оксиды. Необходимыми компонентами реактивных флюсов являются галогениды металлов.
Возможность протекания реакции восстановления металла из солей флюса на поверхности паяемого металла при погружении его в водный раствор или неводный раствор или в солевой расплав определяется активностью металлов для этих условий. Сравнительная активность металлов для этих условий. Сравнительная активность металлов представляется так называемым рядом напряжений. Ниже представлены такие ряды напряжений металлов для хлоридов, бромидов, иодидов и их водных растворов.
Для водных растворов галогенидов ряд имеет вид: Li, К, Rb, Са, Na, La, Nd, Mg, Be, Al, Zr, Mn, Nb, Zn, Cr, Ga, Fe, Cd, In, Co, Ni, Mo, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
Для расплавов галогенидов ряд напряжений существенно зависит от природы и состава растворителя и температуры. Так электрохимический ряд для расплава NaF имеет вид: Na, Mn, Zn, Al, Cd, Fe, Pb, Co, Ni, Bi, Zr, Cr; расплава NaCl — Ba, Cr, K, Li, Na, Ca, Mg, Be, Mn, Al, Zn, Cd, Pb, Sn, Ni; для смеси NaCl, KC1 и SrCl — Na, Be, Mn, Al, Zn, Cd, Pb, Sn, Cu, Co, Ni, Ag, Hg, Bi, а для расплава — NaON — Na, Zn, Sb, Cd, Pb, Bi.
В таком ряду напряжений каждый металл способен вытеснять из солей другие металлы, расположенные правее него.
Температура начала самопроизвольного процесса восстановления металлов из галогенидов в контакте с паяемым металлом определяется изменением знака изобарного потенциала с ( + ) на (-).
Чтобы вытесненный из соли металл мог стать припоем, температура плавления его должна быть ниже температуры пайки. Только при этом условии вытесненный металл может смачивать паяемый металл, контактно расплавлять его под слоем оксидной пленки, проникая через несплошности в ней, и диспергировать ее и, таким образом, активизировать действие флюса, облегчать растекание готового припоя по поверхности паяемого металла и затекание его в зазор.
Технология и флюсы
Реактивно-флюсовая пайка алюминия получила развитие лишь в 1935 — 1936 гг. Реактивные флюсы предназначались для реактивно-флюсовой низкотемпературной пайки алюминиевых сплавов без готового припоя и содержали в основном хлорид олова. Такие флюсы нашли применение для пайки алюминиевых кабелей. При низкотемпературной пайке алюминия и его сплавов с реактивными флюсами в качестве припоев могут быть использованы сплавы: 1) 70 % Zn и 30 % Sn и 2) 95 % Zn и 5 % Al, с нагревом в пламени, в печи или погружением.
Перед пайкой место соединения покрывают реактивным флюсом. При газопламенном нагреве флюс во избежание перегрева шва не должен соприкасаться с пламенем. После образования газообразных продуктов реакции в виде белого дыма и проникновения восстановленного жидкого металла в зазор соединение охлаждается, а остатки флюса немедленно смываются.
Флюсы с хлоридом аммония имеют преимущества по сравнению с флюсами, содержащими НС1. При применении SnCl2 в реактивных флюсах вместо ZnCl2температура восстановления металла снижается, а гигроскопичность флюса с хлоридом олова меньше, чем флюса с хлоридом цинка. Пары AlС13 разрывают оксидную пленку, а восстановленные легкоплавкие металлы контактно плавят алюминий.
Для низкотемпературной пайки алюминия используют флюсы. Среди них флюс Ф54А обеспечивает лучшее затекание в зазор припоя П250А и растекание его по алюминию и цинковому покрытию, но, по данным В. И. Павлова, он менее активен при пайке алюминия с медью, латунью, сталью, чем флюсы с солью висмута, например: 7,1% бромида висмута, 47,9 % уксусной кислоты, олеиновая кислота — остальное. Температурный интервал активности флюса 290 — 380°С. Остатки этого флюса не вызывают коррозии паяных соединений в полупромышленной атмосфере.
Экзотермическую пайку алюминия проводят в флюсовых ваннах при погружении в жидкий расплав реактивных флюсов. Паяемые детали погружают в ванну при перегреве припоя на 50 — 100°С, а при экзотермической пайке с локальным нагревом — строго в соответствии с графиком процесса. При пайке крупногабаритных изделий необходим их подогрев для сокращения времени пребывания изделия в ванне с жидким флюсом.
При пайке низкотемпературных алюминиевых сплавов с органическими флюсами рекомендуемая ширина паяльного зазора 0,12—0,37 мм, а с солевыми неорганическими флюсами — 0—0,20 мм.