На поверхности паяемого металла при его взаимодействии с газовой средой, а также с органическими или неорганическими материалами — красками, жировыми смазками, пылью, грязью — образуются адсорбированные слои с ван-дер-ваальсовской связью, хемосорбционные слои с ковалентной связью и оксиды, преиму­щественно с ионной валентной связью. Все эти прослойки слабо связаны с поверхностью металла и плохо или вообще не смачи­ваются жидкими припоями. Поэтому для обеспечения физического контакта паяемого металла с жидким припоем такие неметалли­ческие прослойки должны быть тщательно удалены с паяемой поверхности.

При хранении очищенных перед пайкой деталей на поверхности некоторых металлов и сплавов вновь могут возникнуть пленки оксидов, а при последующем нагреве до температуры пайки на воздухе, в котором парциальное давление кислорода достигает 28 Па, поверхность большинства металлов и сплавов снова ин­тенсивно окисляется, так как температура диссоциации оксидов обычно значительно превышает температуру их плавления. Исклю­чением являются платина, золото, серебро, оксиды которых спо­собны диссоциировать при температурах ниже температуры плав­ления этих металлов (300, 250 и 300 °С соответственно).

При нагреве до температуры пайки и окислении большинства сплавов происходят сложные процессы диффузии их легирующих компонентов из внутренних слоев к поверхности, а также диффу­зии адсорбированного кислорода через оксидную пленку с по­верхности в глубь металла. При окислении металлов и сплавов, у которых превалирует процесс диффузии их ионов к поверхности через оксидную пленку, последняя продолжает расти. В случае образования твердых растворов металла с кислородом может преобладать процесс диффузии последнего (через оксидную плен­ку внутрь металла, например, при высокотемпературном окисле­нии титана). Характер диффузионных процессов зависит также от строения оксидной пленки, ее рыхлости, градиента концентра­ции легирующих компонентов, а также термодинамических усло­вий, способствующих приближению системы к равновесию.

С окисленной поверхности в глубь сплава обычно растут слои оксидов с уменьшающимся содержанием связанного кислорода (Ре20з, Рез04, FeO — в железе; ТЮ2 и TiO — в титане и др.). Содержание металлов в оксидах отличается от среднего состава сплава. Элементы, имеющие большое химическое сродство с кис­лородом, находятся в оксидах в большей концентрации. В некото­рых случаях, особенно в процессе окисления при высоких темпе­ратурах, на поверхности сплавов образуются главным образом оксиды легирующих элементов, а не оксиды основы сплава. Поверхностные слои сплава при этом обедняются легирующими элементами.

Стойкость оксидов металлов тем выше, чем труднее отделить их ион кислорода от иона металла, т. е. чем выше теплота образо­вания оксида, отнесенная к молю кислорода. В табл. 28 приведены данные по теплотам образования оксидов некоторых металлов. Из таблицы видно, что особенно большие трудности при пайке могут возникать для металлов и сплавов, покрытых оксидами бериллия, алюминия, циркония, титана, тантала и хрома из-за весьма высокой теплоты их образования.

Для предохранения от окисления подготовленной поверхности паяемого материала при пайке его нагрев производят в средах, содержащих незначительное количество кислорода. Такими сре­дами могут быть слой жидкого флюса, не окисляющего паяемый металл, слой слабоокисляющего припоя, чистые инертные или активные газовые среды, вакуум. В соответствии с этим в настоя­щее время нашли применение две группы способов пайки по удалению оксидной пленки: флюсовая и бесфлюсовая.

К последней группе способов пайки относят механические и физические способы удаления оксидной пленки. Они включают в себя абразивный, ультразвуковой и абразивно-кавитационный способы пайки, используемые главным образом при температуре до 450 °С, а также способы, основанные на диссоциации оксидов и восстановлении из них металлов или связывании оксидов в легко - удаляемые летучие или нелетучие химические соединения, которые применяют главным образом при высокотемпературной пайке и значительно реже при низкотемпературной пайке.

При нагреве в инертных и активных газовых средах или в ва­кууме сплавов с предварительно очищенной поверхностью, вслед­ствие малого количества кислорода в окружающей газовой среде оксидная пленка хотя и образуется, но ее рост весьма замедлен и неравномерен по поверхности сплава и достаточно тонок. Это обстоятельство наряду с возможными разрывами тонкой, неравно­мерной по толщине оксидной пленки (например, в результате различия коэффициентов линейного расширения ее и паяемого материала и недостаточной пластичности такой пленки при пере­стройке решетки оксида) облегчает наступление локального кон­такта паяемого материала и припоя при нагреве.

В случае достаточно большой предельной растворимости паяемого материала в жидком припое для его смачивания нет необходимости полного удаления оксидной пленки с поверхности паяемого материала. Для этого достаточно лишь образование локальных нарушений ее сплошности. Полное удаление пленки от мест контакта жидкого припоя с паяемым материалом проис­ходит при последующей диспергации ее.

Важнейшим условием диспергации оксидной пленки является ее несплошность и достаточная растворимость паяемого металла в жидком припое.

Для появления в пленке трещин при нагреве она должна быть достаточно тонкой и иметь меньший коэффициент расшире­ния при нагреве, чем паяемый металл.

Диспергация оксидной пленки может иметь место при всех способах пайки. При этом, если жидкая фаза имеет низкое пре­дельное значение растворимости Сж в ней паяемого металла, то процесс подплавления оксидной пленки будет идти весьма мед­ленно и для полного ее удаления потребуется более длительная выдержка.

Для ускорения процесса диспергации необходимо увеличить растворимость паяемого металла в жидком припое или оксиде во флюсе или повысить температуру процесса пайки, обеспечив более высокое значение растворимости Мк в Мп. Оценка актив­ности флюса или газовых сред по времени полного удаления оксидной пленки с паяемого металла без учета вклада в этот процесс диспергации неправомерна.

Среди флюсов наиболее активны те, при пайке с которыми на паяемой поверхности высаживается металл, способный к кон­тактно-реактивному или контактному твердожидкому плавлению с паяемым материалом или припоем (реактивный флюс). Это связано с повышенной химической активностью высаживаемого вещества в момент протекания химической реакции.