Формування спаю та його класифікація в пайці

Залежно від співвідношення фізико-хімічних властивостей основного матеріалу та припою, а також умов та режиму паяння перехідний шар (спай), що утворюється між ними, у процесі взаємодії може мати різну будову. Якщо розглянути початковий момент взаємодії на поверхні розділу твердої та рідкої фаз при температурі паяння, то частина перехідного шару, що примикає до внутрішнього обсягу основного матеріалу, так само як і розплаву припою, не порушених змінами, мають склад, близький до вихідних складів.

У загальному випадку пайка може завершуватися (шляхом припинення нагріву) як на більш ранній стадії взаємодії на кордоні основний матеріал – розплав припою, так і на подальшій глибшій стадії розвитку процесів взаємодії в зоні спаю. Відповідно буде змінюватися склад і структура спаїв.

Залежно від природи речовин у результаті взаємодії твердої та рідкої фаз можна одержувати спаї між металами; між металами та неметалами; між неметалами.

Процес взаємодії металу із припоями

Процес взаємодії основного матеріалу та розплавленого припою залежно від тривалості може бути зафіксований на різній стадії формування з’єднання (від цього залежить результат у паянні). Якщо процес фіксується на стадії утворення хімічних зв’язків, коли гетерогенною дифузією в об’ємі взаємодіючих металів можна знехтувати, такий спай називають «бездифузійним» (бездифузійний спай).

Змочування основного металу розплавленим припоєм створює умови для розвитку дифузійних та розчинно-дифузійних процесів між ними. Спай, що утворюється в умовах перебігу розчинно-дифузійних процесів у зоні контакту твердого та рідкого металів, називають розчинно-дифузійним.

Залежно від природи основного металу та припою розчинно-дифузійний спай може бути утворений металами з необмеженою розчинністю, з обмеженою розчинністю та такими, що дають евтектичні суміші.

Як отримати з’єднання без припою

З’єднання при паянні може бути отримано без введення припою. І тут використовують явище контактного плавлення. Спаї, що утворюються при паянні в результаті контактного плавлення, відносять до контактнореакційних.

Цей вид спаїв відрізняється наступним: паяння йде без припою і при температурах нижчих від точок плавлення взаємодіючих металів; процес утворення спаю при температурі паяння починається за відсутності рідкої фази; розвиток процесів взаємодії у зоні спаю відбувається у напрямі збільшення кількості рідкої фази у шві.

Серед металів, що застосовуються в техніці, є значна група таких, представники яких між собою не сплавляються і не вступають у хімічні сполуки. Раніше вважалося, що освіта між ними спаїв неможлива.

Однак на практиці показано, що в цих випадках також можливе утворення спаїв. Наприклад, залізо та свинець у рідкому стані практично взаємно нерозчинні. Вольфрам не утворює сплавів з міддю, марганцем, сріблом та оловом.

При паянні зазначені легкоплавкі метали змочують відповідно залізо та вольфрам, затікають у капілярні зазори та забезпечують формування сполук. При утворенні таких спаїв, як правило, потрібен високий рівень термічної активації, що досягається перегрівом.

Встановлено, що в цих випадках при пайці відбувається не справжнє розчинення паяється металу в припоях, а диспергування в результаті сильного зниження вільної поверхневої енергії твердого металу під дією розплаву припою. Тому спаї між металами, які між собою не сплавляються та не дають хімічних сполук, названі диспергованими.