HomeОбработка сталиПайка металла › Описание компонентов входящих в состав атмосферы

Описание компонентов входящих в состав атмосферы

Описание компонентов входящих в состав атмосферыНиже приведено описание отдельных компонентов, входящих в состав атмосферы, применяемой для пайки.

Водород (Нг). Водород является активным компонентом, восстанавливающим окислы большинства металлов при повышенных температурах. Однако его присутствие вредно для некоторых металлов вследствие возникновения в них водородной хрупкости, как описано в гл. 2 и других разделах по паяемым металлам.

Окись углерода (СО). Окись углерода является активным компонентом, восстанавливающим окислы таких металлов, как железо, никель, кобальт и медь, при повышенных температурах. Окись углерода может служить желательным источником углерода при пайке углеродистых сталей, а в других случаях нежелательна вследствие разложения ее на углерод и кислород. Окись углерода может образовываться так же, как примесь при сгорании масла, оставшегося на деталях, при нагреве их до температуры пайки. Окись углерода является ядовитым газом, поэтому при работе с ней необходима хорошая вентиляция.

Углекислый газ (СОг). Углекислый газ применяется как инертный разбавитель атмосферы для пайки в рекомендованных ранее случаях. Его присутствие нежелательно, если он разлагается на кислород, углерод и окись углерода. Содержание углекислого газа в атмосфере пайки может нежелательно увеличиваться при просачивании в нее воздуха.
Азот (N2). Азот в контролируемой атмосфере служит инертным разбавителем атмосферы при пайке определенных материалов. Присутствие азота в атмосфере пайки не допускается, если паяемый материал образует с ним нитриды.

Пары воды. Допустимое содержание паров воды в атмосфере пайки устанавливается путем определения точки росы этой атмосферы, т. е. температуры, при которой содержащаяся в газе влага конденсируется. Влага из газа должна быть полностью удалена, за исключением тех случаев, когда обезуглероживание при пайке является полезным.

 

Пары воды могут проникать в атмосферу при подсосе воздуха, заноситься с воздухом при установке в печь паяемых деталей, при восстановлении окислов металла, при утечке из водяного кожуха, при загрязнении газопровода, при диффузии кислорода через плохую заслонку и другие менее очевидные источники. Пары воды являются нежелательным источником кислорода, особенно при пайке хрома, цинка, магния, кремния, алюминия, титана, марганца или сплавов на основе бериллия. На этих металлах в присутствии воды образуются окисные пленки, препятствующие смачиванию и растеканию припоя.

Кислород (Ог). Кислород может проникать в печь в качестве нежелательной примеси к атмосфере при просачивании воздуха, а также при загрузке в печь деталей; свободный кислород может выделяться при нагреве из поверхностей паяльной камеры. Присутствие кислорода в атмосфере для пайки крайне нежелательно.

Метан (СН4). Метан может образоваться в атмосфере пайки или получаться от сгорания масла на деталях, плохо очищенных перед пайкой. Его можно также специально добавлять в применяемую атмосферу после соответствующей очистки. Метан служит источником углерода и водорода (при разложении).

Пары неорганических веществ. В установке, сконструированной для их использования, пары таких элементов, как цинк, кадмий, литий или пары веществ, содержащих фториды, служат восстановителями окислов металлов или применяются для очистки атмосферы, содержащей кислород. Пары этих элементов успешно применяются для восстановления окислов на сплавах во время пайки. Эти пары токсичны.

Инертные газы. Инертные газы, например гелий, аргон и криптон, не реагируют с металлами. В установке, сконструированной для их применения, эти газы препятствуют испарению летучих компонентов во время процесса пайки и допускают применение менее прочных реторт, чем требуется при вакуумной пайке. Инертные газы в состоянии поставки иногда содержат нежелательные пары воды; в этом случае газы необходимо осушать.

Вакуум. При пайке в газе, разреженном до соответствующего низкого давления (одна миллионная атмосферного давления или еще ниже), с учетом газов, выделяющихся во время нагрева до температуры пайки, получаются очень чистые поверхности. Пайка в вакууме особенно полезна при производстве вакуумных электронных ламп, а также при пайке металлов, окислы которых легко испаряются, являются неустойчивыми или растворяются в металле при нагреве до температуры пайки.

Сера (S). Сера или сернистые соединения могут реагировать с металлами, применяемыми для пайки, ухудшая их смачиваемость. Сернистые соединения могут попадать в атмосферу для пайки из применяемого для нагрева газообразного топлива, из воздуха, сгорающего с этим топливом, из смазки, остающейся на поверхностях паяемых деталей в результате небрежной очистки, из кирпичной кладки печи и других материалов, используемых в конструкции горячей части печи.

Физико-химические основы окисления металлов

 

По ординате отложены логарифмы отношения парциального давления водяных паров к парциальному давлению водорода, а по абсциссе — величина, обратная абсолютной температуре, а также указана температура в градусах Цельсия. Для каждого окисла нанесены линии, представляющие собой границу равновесного состояния между металлом и его окислом. Значения температур и точек росы, расположенные ниже этих линий, характеризуют собой условия, при которых данный окисел может быть восстановлен водородом. Выше этих линий металл, о котором идет речь, может быть окислен парами воды.

Из фиг. 14 видно, что точка росы оказывает большое влияние на равновесие металлических окислов таких металлов, как марганец, хром и кремний. Например, окись хрома (СГ2О3) находится в равновесии с газообразным водородом, имеющим точку росы -18°, когда основной материал нагрет до температуры примерно 1650°; при точке росы газообразного водорода -45° равновесие наступает при нагреве основного металла до 1260°, а при точке росы -73° температура основного металла для равновесия должна быть около 955°. Для восстановления окиси хрома и получения чистой и подготовленной для пайки поверхности точка росы водорода при температуре пайки должна быть ниже равновесного значения. Эффективность действия атмосфер типов 2 и 4 также показана для определенного отношения парциальных давлений СОг к СО. Совершенно ясно, что осушенный водород является гораздо более эффективным восстановителем, чем окись углерода.

{PAGEBREAK}
Приведенные кривые помогают понять действие водорода и водяных паров при соответственном восстановлении металлических окислов и окислении металлов, но они не дают полной характеристики контролируемых атмосфер. Эти кривые не указывают ни скорости, с которой будет происходить восстановление, ни физической формы окисла. Кривые показывают, возможно ли при данной температуре удаление окислов с поверхности металлов по принятой химической реакции при условии указанных состава газа и температуры. Предполагается, что в каждом случае окисел восстанавливается до металла в одну стадию.

Возможно также, что сложные металлические окислы могут вести себя совершенно отлично от составляющих их простых окислов. Следует отметить, что окислы алюминия, магния, бериллия, кальция и титана способны восстанавливаться только при очень высоких температурах в атмосфере с очень низкой точкой росы. Обычно равновесная температура значительно выше обычной температуры пайки.

 

Если паяемый металл содержит небольшое количество этих элементов (ниже 0,5%), то пайка его происходит удовлетворительно. Но если в паяемом металле имеется большее количество указанных элементов, то наряду с атмосферой необходимо применять и флюс или покрывать паяемые поверхности гальваническим покрытием, чтобы закрыть трудно восстанавливаемые окислы.

Данные фиг. 14 находятся в грубом соответствии с действительными наблюдениями. Заметным отклонением является то, что медь окисляется при температурах между 65-180° даже в водородной атмосфере с точкой росы ниже -18°. Необходимо иметь в виду, что опыты по пайке в контролируемой атмосфере не дают точных результатов, если не принимать чрезвычайных мер по предотвращению загрязнения атмосферы.

 

Некоторые из загрязняющих компонентов, которые могут встретиться, упомянуты в разделе «Состав контролируемых атмосфер». Другая трудность при проведении опытов по исследованию атмосфер заключается в том, что очень трудно или почти невозможно производить анализ газов при температуре пайки в непосредственной близости от паяемых изделий.

Строгая теоретическая обработка результатов опытов должна включать реакции не только восстановления газом металлических окислов, но и все возможные другие реакции — между окислом и металлом, между металлом и атмосферой, а также процессы, происходящие вследствие неустойчивости окислов. Влияние сплавляющихся элементов, входящих как в паяемый материал, так и в припой, помимо всего прочего, усложняет проблему.

 

Когда будет найдено решение всех этих проблем, можно будет заранее выработать требования, предъявляемые к контролируемой атмосфере для каждого случая пайки. Между тем рекомендациями поставщиков материалов и оборудования следует пользоваться тогда, когда встречаются затруднения или разрабатывается максимально эффективный и высокопроизводительный процесс пайки.

Для наибольшей эффективности процесса пайки можно выбирать многие различные комбинации основного металла и припоя, применяя подходящую стандартную контролируемую атмосферу и обходясь при этом без тщательного контроля атмосферы, который представляет потенциальный источник трудностей.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.