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, по Л. Л. Антипкину и Ю. К. Делимарскому, 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.

На примере алюминиевых сплавов показано [15], что про­цессы взаимодействия паяемого материала с компонентами реактивных флюсов могут протекать с выделением теплоты, и эта теплота в условиях погружения в расплав галогенидов МеГ может быть использована для пайки и даже сварки. При этом про­исходит экзотермическая реакция

Me (т)+МеТ (ж)^РЛеГ (г) + Ме' (т) +Q.

Для определения нижней границы температурного интервала активности расплава галогенидов необходимо знать температуру начала самопроизвольной реакции, что определяется по изменению изобарного потенциала реакции в зависимости от температуры. Реакция алюминия с галогенидом олова, цинка, кадмия, свинца и висмута при температуре выше температуры плавления восста­новленного металла имеет вид

2А12 (г) +яМеГ(—-) (ж) 2А12Г3(г) +/гМе (ае),

где Г — галогены С1, Вг.

Для Bi коэффициент п = 3; для Zn, Pb, Cd п = 2.

Приближенный расчет изобарного потенциала для соответ­ствующей реакции проводят по уравнению

AG°T= -4,575 [(ДМ/Г) + ДА], (11)

где М = — А Н298/4,575 и N = А $298/4,575.

Поскольку самопроизвольное течение процесса восстановления металлов из галогенов определяется изменением знака изобарного потенциала AG°T и учитывая, что его значение для фазового перехода А1(г)->А1(лс) составляет 10,38 Дж/моль, по уравнению (11) находим, что такое значение A GT достигается для различных галогенидов при температурах: 450 К для CdCl2 и РЬС12; 470 К для ZnCl2 и SnCl2; 500 К для ВіС12; 700 К для BiBr2;> 700 К для РЬВг2.

На основании этого можно заключить, что расплавление алюминия при погружении его в расплав соответствующих гало­генидов (при достаточно большом объеме последнего) может наступить при указанных выше температурах.

Исследования [15] показали, что после достижения распла­вами галогенидов BiBr3 и ВіС13 температуры самопроизвольного течения реакции восстановления висмута при погружении в них образцов из скруток алюминиевых проводов ПЭВА диаметром 4 и длиной 150 мм температура в их торце, погруженном в гало­генид, начинает быстро подниматься (рис. 18). При более высоких температурах расплава нагрев происходит по всей погруженной

поверхности образца. Время до начала подъема температуры образца зависит от температуры галогенидной ванны. Про­цесс экзотермической реакции развивается весьма быстро (рис. 19).

На торце скрутки проводов, начиная с некоторой температуры, при достаточной выдержке и подъеме температуры до тем­пературы автономного расплавления алю­миния, процесс может происходить бурно, с оплавлением металла и выбросом гало­генида из ванны, по-видимому, под дейст­вием газообразных продуктов реак­ции [15].

В процессе экзотермического нагрева алюминиевых образцов температура рас­плава галогенида по сравнению с его ис­ходной температурой изменяется мало.

При погружении проводов в расплав галогенидов при тем­пературе выше температуры начала самопроизвольного экзотер­мического нагрева образца характерно развитие интенсивной эро­зии паяемого металла, прежде всего по выступам деталей, в результате чего, например, пруток прямоугольного или квадрат­ного сечения очень быстро приобретает соответственно оваль­ное или круглое сечение, что ограничивает применение способа пайки нагревом в расплавах галогенидов деталями с формой тел вращения. Во флюсах, содержащих галогениды металлов в ограниченных количествах, экзотермический эффект должен быть выражен слабее.

При пайке с ограниченным объемом флюса или с флюсом, содержащим кроме галогенидов металлов, восстанавливаемых в контакте с паяемым металлом, также и соли металлов, не вос­станавливаемых в этих условиях, эффект экзотермического наг­рева проявляется намного слабее. Реактивно-флюсовая пайка получила наибольшее распространение для алюминия, а в послед­нее время также для меди, медных сплавов и сталей в связи с повышенной активностью реактивных флюсов.