За последние 20—25 лет накопилось много данных о статической прочности паяных соединений из различных конструкционных ма­териалов. Анализ этих данных показывает, что прочностные харак­теристики паяных соединений определяются прочностью и пластич­ностью припоя, прочностью паяемого материала, характером фи­зико-химического взаимодействия Мк и Мп, а также способами и режимом пайки.

Во многих исследованиях прочности паяных соединений ука­зания о зазорах, величине иіахлестки, шероховатости Мк отсутст­вуют; нет также сведений о термических режимах пайки. Поэтому многие из опубликованных данных о прочности паяных соединений могут быть использованы лишь как ориентировочные.

Влияние прочности припоя на прочность паяных соединений

С повышением температуры плавления металлов повышается пре­дел прочности как самих металлов, так и сплавов на их основе. Поэтому основы легкоплавких припоев меиее прочны, чем средие-

Таблица 42. Механические свойства некоторых припоев в ли­том состоянии [1, 56]

Легкоплавкие

()лово ПОС 30 НОС 61 НОС 10

ПОССу95-<ї5 I ЮСу 4—6 ПОС61М ПОСК50—18 ПОССу 61—0,5 1»Ь-в0% Sn РЬ—40% Sn Pb—6% Ак РЬ -2,5% Ag.

Pb-30% Sn НИЦ С If,*-а"* .

ВПрв

НИрО

ПСрЗ Цинк C(WJ4

#|Ы7 U» I8K

псргкцп

ЧСрйКШ!

In 16% Al

Среднеплавкие

компонентов, имеющих высокое химическое сродство между собой нлн с основой припоя, но не образующих прослоек химических соединений с паяемым материалом.' Количество компонентов, вво­димых в припой, должно быть таким, чтобы образующееся хи­мическое соединение ие располагалось в шве в виде сплошной сет­ки, а имело вид дисперсных включений в пластичной матрице шва, форма которых отличается от иглообразной нли пластинчатой. Это может быть достигнуто при измельчении (модифицировании) вклю­чений химического соединения путем образования в припое друго­го более тугоплавкого химического соединения, равномерно рас­пределенного в шве, высокодисперсные частицы которого могут быть центрами кристаллизации для хрупкой фазы шва вследствие размерного и ориентационного их соответствия. Примером такого упрочнения является легирование припоев Си—Р кремнием

(>0,1%), образующим с медью химическое соединение Cu3Si, бо­лее тугоплавкое, чем фосфид меди С113Р, с гексагональной решет­кой и близкими параметрами (а=0,7045 и 0,6954 нм соответствен­но) . Экспериментально показано измельчение структуры эвтек­тики в сплаве Си—7%Р при введении 0,1 % Si и повышение его прочности от 280 до 450 МПа.

По данным работы (57], введение в припой ПОС40 и ПОС61 магния в количестве 0,09—0,10%, образующего химическое соеди­нение MgSn2, повышает их прочность, а также прочность соедине­ний из меди Ml, покрытой гальваническим слоем Sn—40% Pb, паянных электропаяльником с флюсом Прима 3 (ZnCJ2 45%, NH4CI 9%, Н2О — остальное), с 61,4 до 67,3 МПа, резко улучшает смачиваемость, замедляет старение паяных швов. Максимальное снижение сопротивления срезу после старения при 110 °С в тече­ние 120—720 ч по сравнению с той же характеристикой соедине­ний после пайки составляет для ПОСбІи ПОС40 без магния и с добавкой магния 24,8 и 15%, 30 и 17,6% соответственно.

На прочность паяных соединений при прочих равных условиях может оказывать влияние конструкционный, масштабный парамет­ры изделия, его масса, способ нагрева.

При прогнозе возможности упрочнения припоя частицами хи­мических соединений при сохранении достаточной его пластичности следует учитывать характер химической связи (степень металлич- пости н металлоидности фаз в сплавах).

Высокая прочность серебряных, золотых, медных, палладиевых и никелевых припоев реализуется в паянцх соединениях сталей, меди, медных, никелевых и других сплавов, ие образующих с эти­ми металлами прослоек хрупких химических соединений по грани­це шва и паяемого металла. Упрочнение припоев при сохранении достаточно высокой их пластичности позволяет использовать упроч­нение паяных соединений также за счет их конструкционных фак­торов, активности ■ флюсов или газовых сред, режимов пайкн.

На прочность паяных соединений при прочих равных условиях могут оказывать влияние КФ, Мш, Мс, факторы изделия и спосо­бы нагрева: с увеличением температурного градиента по изделию, например в условиях локального нагрева, ухудшаются условия растекания и затекания припоя в зазор и понижается прочность паяных соединений. Прочность паяных соединений лимитируется также прочностью связи паяного шва с основным материалом.

При адгезионном характере взаимодействия Мк с М„ (отсут­ствие растворимости в жидком состоянии, тип диаграммы состоя­ния а иа рис. 18 и в табл. 20) прочность связи между швом н основным материалом мала и прочность соединения может быть ниже прочности каждого из них.

■ При слишком активном химическом взаимодействии Мк н Me, по границе шва и паяемого материала могут образоваться про­слойки хрупких химических соединений, по которым легко проис­ходит разрушение паяных соединений, поэтому их прочность ниже прочности шва и паяемого материала.

При образовании между Мк н М„ ограниченных или неограни­ченных твердых растворов и при большей прочности паяемого ме­талла, чем прочность паяного шва, последняя лимитирует проч­ность паяного соединения. Дополнительное упрочнение паяного шва при этом может быть обеспечено не только диффузионной пайкой или созданием в шве трехосного напряженного состояния, ио так­же и специальным легированием твердого раствора, образованием в шве тонкоднсперсных высокотвердых включении химических со­единений, введением в зазор перед пайкой или в припой частиц наполнителя, введением в шов частиц паяемого металла, дисперги­рованного под действием жидкого припоя. Как показали М. М. Ка­линин, Л. Л. Гржимальский и др., подобное диспергирование зерен вольфрама при пайке металлокерамического сплава ВНМ-3-2 при­поем состава, % N1 39,4; Мп 30; Сг 15; Fe 6; Со 9; В 0,15; - WC 0,3; Zr 0,3 достигается при температуре выше температуры. рекристаллизации вольфрама и происходит по границам рекристал - лизованных зерен. Глубина диспергирования зерен вольфрама аа - висит от глубины поверхностного наклепанного слоя. Диспергиро­вание вольфрама вносит больший вклад в упрочнение паяного шва, чем частицы химических соединений бора, циркония и карбидов вольфрама или вольфрама, перешедшего в твердый раствор шва. Деформирование поверхностного слоя зерен вольфрама возможно при механообработке материала; диспергация зависит от темпера­туры, времени, ширины зазора при пайке.