Особенности пайки. К числу особенностей меди и ее сплавов, влияющих на выбор способа пайки, относятся химическая стой­кость оксидов: содержание во многих сплавах легкоиспаряющихся элементов — цинка, кадмия, марганца: склонность кислородсодер­жащей меди и некоторых ее сплавов к водородной хрупкости: повышенная способность меди образовывать интерметаллиды с некоторыми компонентами припоев: повышенная способность

меди и ее сплавов к хрупкому разрушению в контакте с жидкими припоями: повышенная горячеломкость некоторых медных спла­вов.

По степени трудности получения паяных соединений медные сплавы можно разделить на две группы: 1) медь и ее сплавы, об­разующие при нагреве под пайку и в процессе пайки оксиды с не­высокой свободной энергией образования и поэтому относительно легко удаляемые при флюсовой пайке: 2) сплавы, при нагреве на которых возникают оксиды с высокой свободной энергией их обра­зования.

К первой группе медных сплавов относится сама медь и ее сплавы, содержащие в основном следующие элементы: цинк, оло­во, свинец, фосфор, сурьму, железо, никель, марганец.

Обычное окисление поверхностного слоя меди на воздухе идет в основном по уравнению

2Cu - f - О2 - f - Н2О - j - СО = (Cu0H)2C03.

При содержании в воздухе S02 параллельно может протекать реакция

8Си + 502 + Н20 + S02 = 2(CuS04-3Cu (ОН)2).

В присутствии H2S образуется черная пленка из Cu2S и CuS.

Заметное взаимодействие меди с кислородом наступает уже при 200 °С и идет по схеме Cu-^Cu20-^CuO. Оксид меди СиО на­чинает образовываться лишь после получения пленки оксида Си20 достаточной толщины (>>0,25 мкм), что обусловлено тем, что такой процесс последовательного окисления развивается в основном в результате диффузии (сквозь пленку оксида СиО) ато­мов меди к кислороду (к поверхности). Первоначальная стадия

окисления меди малозаметна, так как оксид СдьО мало отличает­ся по цвету от меди. Оксид СиО довольно устойчив, и его распад на Си20 и Си начинается лишь при температуре около 800 °С, а в чистом кислороде при температуре 1100 °С.

На воздухе медь окисляется сравнительно быстро. По данным Дж. Ф. Расмуссена и других исследователей, при температуре 20 °С уже через 1—3 мин толщина оксидной пленки составляет 0,002 мкм, и такая поверхность не смачивается легкоплавкими припоями без флюсов. Скорость роста оксидной пленки на меди зависит от температуры и времени нагрева. При температуре 495 °С через 1 с толщина оксидной пленки достигает 1,8 мкм, че­рез 50 с — 5 мкм, через 70 с — 17 мкм. Для сохранения очищенной поверхности меди от окисления на нее наносят лужением слой при­поя Sn—Pb или Sn толщиной 3—5 мкм. Слой полуды из олова со­храняет паяемость меди весьма длительно: слой полуды из при­поев типа ПОС из-за образования при вылеживании на его гра­нице с медью хрупких прослоек интерметаллидов г| и в ухудшает паяемость луженой меди, так как в результате расхода олова из слоя полуды припоями типа ПОС на образование химических со­единений луженая поверхность обогащается свинцом.

При выходе прослойки химического соединения на поверхность также ухудшается смачиваемость облуженной поверхности. Осо­бенно плохо смачивается фаза ц (г=180°); фаза є, образующа­яся между медью и г)-фазой, смачивается лучше (и = 65°).

Слой полуды толщиной 40—60 мкм из припоя ПОС 61, нанесен­ный центробежным способом (/=1700 мин-1) и промытый в воде после сушки, имеет очень хорошую паяемость и через семь меся­цев хранения.

Защитный лак, напыленный на слой полуды, обеспечивает смачиваемость слоя в течение 6 месяцев, так как через него диф­фундируют газы.

При запрессовке металлических деталей в пластмассу из нее выделяются газообразные соединения С12, С02, СО, S02, пары фенола. При этом с компонентами покрытия олова, свинца, кад­мия, серебра происходят реакции, например,

Sn + 2 С12—^SnCl4; РЬ + С12 ^РЬС12; 2РЬ + 02-- ^2 РЬО;

Pb + H2S = PbS + H2; Cd + H2S - ^CdS + H2,

продукты которых ухудшают паяемость покрытий. Наиболее влия­ют на паяемость хлор, сероводород, сернистый газ (при наличии влаги).

Для предотвращения взаимодействия покрытий с подготов­ленной поверхностью деталей с выделяющимися при запрессовке в пластмассы газами и газами атмосферы при хранении использу­ют так называемые консервирующие флюсы, сохраняющие смачи­ваемость деталей припоями до одного года. Такие флюсы не долж­ны быть коррозионно-активными, снижать сопротивление изоля­ции, должны легко удаляться растворителями, хорошо смачивать

Таблица 43. Состав консервирующих флюсов, % Компоненты КБС КБГС КББС ФКПС Бензотриазол _ _ 4,8—8 _ Гексаметиленамин М-нитробен- зойнокислый — 0,5—2,5 — — Канифоль сосновая 4,25—5 6—7,5 5—10 10—60 Кислота борная 4,25—5 2—3,5 2—3 — Спирт этиловый (или этилаце - тат) 90—91,5 Остальное Остальное 40—90

поверхность деталей и образовывать плотно прилегающие к метал­лу слои без трещин. Детали, покрытые флюсом, не должны сли­паться при сушке и хранении, а компоненты флюсов не должны быть дефицитными и дорогостоящими. Состав консервирующих флюсов приведен в табл. 43.

На поверхности сплавов системы Си—Zn—Sn (а также спла­вов меди, содержащих Pb, As, Fe, Ni, Мп) образуются оксиды на основе СиО и Си20 или оксиды на основе других элементов первой группы периодической системы со сравнительно невысокой свобод­ной энергией их образования, а потому относительно легко диссо­циирующих при низкотемпературной пайке. Тонкие слои оксидов Си20 и СиО растворимы в канифоли.

Медные сплавы, легированные алюминием, бериллием, хромом, кремнием, цирконием, титаном, а также элементами первой группы периодической системы, отличаются тем, что на их поверхности при пайке образуются труднорастворимые во флюсе и не разлагае­мые другими способами оксиды на основе этих элементов.

На поверхности медных сплавов, содержащих кремний, обна­ружены силикаты: на поверхности оловянных бронз во внутреннем слое окалины обнаружен оксид Sn20: на поверхности медно-нике­левых сплавов, содержащих 7 % Ni и более, во внутреннем слое окалины содержится оксид NiO, а во внешнем — оксид меди. На поверхности медных сплавов, легированных алюминием, берил­лием, кремнием и большими количествами цинка, присутствуют оксиды этих элементов, характеризуемые высокой химической стойкостью и высокой свободной энергией их образования.

Для подготовки поверхности меди и ее сплавов перед пайкой применяют, кроме обычных способов механической очистки и обра­ботки в щелочных растворах, некоторые специфические способы активирования их поверхностей: применение 5 %-ного раствора серной кислоты может оказаться достаточным для подготовки к пайке меди. Для очистки поверхности бронз и сплавов на основе Ni—Ag, Ni—Си и Си—Сг после обработки в 5 %-ном растворе H2S04 их необходимо дополнительно погружать в 2 %-ный раствор бихромата натрия с 3 % H2S04.

Поверхностный слой медных сплавов, содержащих кремний, подготовляют к пайке при последовательном погружении в 5 %- ный раствор H2S04, затем в смесь 2 % HF и 3 %

H2SO4 и далее в раствор, применяемый для подготовки бронз, не содержащих элементов с большим сродством к кислороду. Для подготовки поверхностного слоя алюминиевых бронз применяют два раствора: смесь 2 % KF и 3 % H2SO4 и смесь 2 %-ного ра­створа бихромата натрия с 5 % H2SO4.

Слои оксидов, образующихся на алюминиевых, бериллиевых, хромистых бронзах, могут быть удалены перед пайкой также в 20—30 %-ном растворе серной кислоты в воде. Температура воды 60—80 °С. Растворение оксидов возможно также в водном раство­ре азотной кислоты (30 об. % HN03). После снятия окалины пая­емые детали должны быть промыты для удаления следов кисло­ты и осушены. Оксиды кремния, бериллия, алюминия перед пайкой удаляют во фтористо-водородной кислоте или в смеси соляной и азотной кислот, после чего поверхность сплава немедленно защи­щают слоем достаточно активного флюса.

Для низкотемпературной пайки изделий с очищенной от слоя оксидов поверхностью применяют активированные канифольные флюсы, содержащие молочную и другие кислоты.

Алюминиевая бронза имеет структуру a-твердого раствора алюминия и меди и сложную оксидную пленку, состоящую из трех слоев: 1 — С112О, 2 — СиО с частицами А1203 и 3 — А1203. С по­вышением температуры (при нагреве под пайку) в окислительной атмосфере на поверхности медно-алюминиевых сплавов образу­ется слой пленки А1203 [15, 16]. Поэтому удаление оксидов при пайке алюминиевых бронз затруднено. Их пайку рекомендуется проводить реактивными флюсами, содержащими соли цинка или кадмия (от 10 до 30 %). Такие флюсы улучшают условия смачи­вания алюминиевых бронз и увеличивают прочность паяных со­единений. Так, при пайке бронзы БрАЖЭ — 4 с применением флю­са 209 без предварительного покрытия сопротивления срезу пая­ного соединения примерно равно 28,9 МПа: с медным покрыти­ем — 322 МПа, а с реактивным флюсом без покрытия — 413,8 МПа. Пайку реактивными флюсами с солями цинка произ­водят в интервале температур 850—900 °С, а солями кадмия при 725—775 °С.

При пайке меди легкоплавкими припоями используют неорга­нические и органические флюсы.

Бесфлюсовая пайка легкоплавкими припоями меди возможна и в водороде. Пайка меди в водороде возможна только при точке росы от —50 до 60 °С и выше температуры 900 °С.

Пайку бериллиевых бронз, содержащих от 0,5 % Be и выше, проводят в печи с защитной атмосферой. При нагреве в интервале температур 300—500 °С в них образуются хрупкие твердые хими­ческие соединения. Поэтому после пайки при 625—700 °С необхо­дима стабилизация структуры путем закалки в воде паяного со­единения с последующим отжигом при 300—400 °С.

Предложен новый высокоэкономичный способ бесфлюсовой пайки меди и ее сплавов легкоплавкими припоями в среде проточ -

ного сухого (перегретого) водяного пара, активированного газо­образными добавками НС1, являющегося одновременно и тепло­носителем, обеспечивающим нагрев изделия до температуры пай­ки. Такая газовая среда является дешевой и доступной для пай - ки [1].

Один из способов бесфлюсовой пайки меди состоит в том, что детали обрабатывают в специальном растворе, состоящем из 90 % органического растворителя (спирта, ацетона, эфира, бензина или их производных) с температурой кипения 30—160 °С: 7—8 % полиспиртовых производных (глицерина, этиленгликоля и др.); 2—3 % органического галогенизированного агента (диметилами­на, солянокислого анилина), добавленного для смачивания ра­створом и активирования поверхности. После обработки в зазор помещают припой на основе свинца и собранный узел паяют в печи с безокислительной атмосферой.

При пайке меди самофлюсуемость легкоплавких припоев, не содержащих олова (например, припоя СК7), обеспечивается вве­дением в них натрия. Исследованиями О. П. Ксенофонтова и

Э. Н. Дорофеевой показано, что наиболее эффективно введение в такие припои натрия в виде его гидрида, образующегося при раст­ворении металлического натрия в припое (1—5 %) в среде водо­рода. К числу припоев, активируемых натрием, относятся припои: 17,5% Zn — 82,5% Cd, /ПЛ = 266 °С (для стали): 50% In — 50 % Pb, /пл = 926 °С и 52 % In — 48 % Pb (для никеля и меди), /пл = 316 °С: 82,5 Rb — 17,5 Cd, /пл = 248 °С и 81,7 РЬ — 17,3 Cd —

1 Zn, /Пл = 245 °С (для металлов с легко восстанавливаемыми окси­дами) .

Припои перед пайкой наносят на паяемую поверхность мето­дом натирания. Температура пайки всеми этими припоями ниже 300 °С. При пайке присутствующий в припое гидрид натрия окис­ляется на поверхности расплава припоя до оксида и гидрооксида. При полном его окислении пластичность паяного шва возрастает. Время действия гидрида натрия в припое при пайке зависит от его концентрации и при 5 % Na составляет 10—20 с на воздухе и увеличивается в среде инертных газов.

При высокотемпературной бесфлюсовой пайке меди и некото­рых ее сплавов возможна бесфлюсовая пайка на воздухе припоя­ми, легированными фосфором, но в условиях достаточно быстрого нагрева, например способом электросопротивления.

Установлено, что при высокотемпературной пайке меди медно­фосфористыми припоями происходят реакции:

2 СиР + 5 Си20-- кР205 + 12 Си; Р205 + 3 Си20---- >2 Си3РО„.

При охлаждении протекает реакция

2 С113РО4--- ^Сиз(Р04)2 + 3 Си.

Слабая связь меди с оксидом Си20 и разрушение последнего вследствие большой разницы их температурных коэффициентов расширения приводят к образованию пористости на их границе, в которую и проникает медно-фосфористый припой, активно взаимо­действующий с оксидом и смачивающий медь.

Роль жидких припоев при пайке в вакууме, по-видимому, не сводится только к развитию химической эрозии паяемого металла под оксидной пленкой, а в газообразном состоянии — к связыва­нию их парами свободного кислорода в вакууме, но также вклю­чает и взаимодействие некоторых из них с оксидами паяемого ме­талла. Как показывают данные о свободной энергии реакций взаи­модействия оксидов меди с оловом, марганцем, цинком, серебра с оловом и алюминия с железом, олово, цинк и алюминий термоди­намически способны восстанавливать оксиды меди, серебра и железа соответственно, так как изменение свободной энергии со­ответствующих реакций во всем температурном интервале пайки имеет достаточно большие отрицательные значения (табл. 44).

По экспериментальным данным, в вакууме (р = 6,65-10-2 Па) алюминий начинает смачивать железо при температуре 700— 900 °С.

Бесфлюсовая высокотемпературная пайка меди и ее сплавов возможна в среде водорода с точкой росы —30 °С припоем ПМФСб-0,15.

Температура распайки соединений из меди, паянных припоем Си— (6—8 %)Р, зависит от ширины паяльного зазора и суще­ственно повышается при ширине зазора менее 0,1 мм.

Без флюса осуществляют и контактно-реактивную высокотем­пературную пайку меди с контактной прослойкой серебра. Этим способом паяют пластинчато-ребристые теплообменники, работа­ющие при температуре до 200 °С. Оптимальные результаты при пайке получены при шероховатости паяемых поверхностей, соот­ветствующей /?а = 2,5-7-2 мкм. Для создания инертной среды при пайке оптимальным является гелий, имеющий в 6—9 раз более высокую теплопроводность, чем аргон. Нагрев до температуры пайки в гелии происходит в 2 раза быстрее, чем в аргоне, что осо­бенно важно для тонкостенных крупногабаритных изделий. Перед сборкой соединяемые детали теплообменника погружают в спир-

Таблица 44. Свободная энергия реакций взаимодействия оксидов меди, серебра с цинком, оловом, марганцем Свободная энергия, кДж, при температуре, °С реакция 300 400 500 600 700 800 CuO + Zn->-Cu - f- ZnO -259,5 -259,9 -257,8 -254,1 _ _ Си20 -|- Zn—>-2Си -(- ZnO -223,5 -217,6 -212,2 -204,3 — — Си20-j-Mn->-Cu + MnO -108,4 106,1 -104,2 -100,0 — — CuO + Mn->-Cu + MnO -127,8 125,2 -127,0 -125,2 — — Ag02 + 2Sn-^2Ag + 2SnO 284,6 -292,6 -300,9 — — — 2Ag20 + Sn->-Ag + Sn02 -509,8 -495,6 -481,8 -466,1 -466,1 — Ag20 + 2Sn->-2Ag + SnO -246,5 -243,2 -240,2 -235,2 — —

товой раствор флюса ПВ209 (3—5 %). Сборка происходит в при­способлении.

Пайка теплообменников осуществляется с механическим при­жимом (р = 0,005 МПа) в контейнере из стали 12Х18Н10Т разме­ром 800X600X450 мм с песчаным затвором [И]. Нагрев прово­дится в камерной печи Н-85. Расход гелия 10—16 л/мин. Темпе­ратура пайки 820—830 °С. После пайки изделия охлаждают сна­чала в открытой выключенной печи, а с температуры 150— 200 °С — на воздухе. Время пайки в гелии 30—45 мин, тогда как в аргоне 60—90 мин, пайка сопровождается сквозной химической эрозией медных гофров.

Для высокотемпературной пайки латуни предложены пасты, состоящие из порошка припоя Си—Р—Si и флюса ПВ209 (пас­та 1) или порошка припоя Си—Р—Zn и флюса ПВ284 (паста 2). При пайке пастой 1 резко возрастает сопротивление срезу паяных соединений (от 25—31 % до 41—49 %) и становится на уровне свойств паяных соединений, выполненных серебряными припоями ПСр 45, ПСр 62. Температура пайки 750—780 °С, пористость швов 1-2%.

Паяные соединения, выполненные пастой 2 по тому же режиму, обеспечивают более низкое сопротивление срезу и худшую порис­тость (10—15 %). При механических испытаниях на растяжение применяли стандартные образцы с нахлесткой 1,2—1,3 мм, с зазо­ром шириной 0,05 мм. Время выдержки при пайке 1 мин. Особен­ностью технологии является длительная выдержка перед пайкой смеси порошка припоя ПМФСб-0,15 с сухим порошком флюса в течение 30 сут [23].

Перед пайкой меди пастой припоя ПМФСб-0,15 с флюсом ПВ209 поверхность паяемого металла зачищают металлической щеткой, обезжиривают ацетоном и собирают с фиксацией зазора. Порошок припоя различной дисперсности (лучше 5—300 мкм) можно получать в вертикальной вибромельнице МВВЛ-4. Смесь порошка припоя с флюсом ПВ209 сохраняется в сухом виде при температуре 20 °С не менее года.

Для получения пасты непосредственно перед пайкой в смесь порошка с флюсом добавляют воду и пасту наносят на паяемые детали. Паста обладает вяжущими и цементирующими свойства­ми, и сборка с ней возможна без приспособлений. Она затверде­вает в первые же часы и может быть снова разбавлена водой. Вя­жущие и цементирующие свойства пасты обусловлены образова­нием гидрата фторида калия KF*2H20. Оптимальное соотношение смеси флюса с водой по объему 7:1 при соотношении припоя с флюсом ПВ209 равном 1:1 (по объему). При увеличении содер­жания флюса до 60 % паста становится нетехнологичной, а при 20 % флюса ухудшается смачивание материала пастой (О^ ^64°); при содержании флюса менее 20 % наблюдается дисма­чивание паяемого материала.

Оптимальный режим пайки: /П = 780 °С; т = 57 с. Максималь­ные механические свойства и минимальная пористость шва (2 %) соединений обеспечиваются при соотношении по объему припоя, флюса и воды 7:7:2.

Исследования причин упрочнения паяного соединения показа­ли, что при длительном вылеживании сухой смеси порошка припоя и флюса на поверхности частиц припоя появляются сложные комп- плексы фосфорно-кислых солей с медью: Си3(РО)4 (0Н)3-2Н20; Си3Р04(0Н)3: Си3(Р04)2(0Н)4. При этом образование поверхно­стного слоя начинается с окисления фосфида меди 2Cu3P-f-40, = = ЗСи20лР20 При выдержке до 5 сут состав поверхностного слоя изменяется в результате реакции 5Cu20 + 2Cu3P= Р205 + = 16Си, а через 45 сут на частицах припоя протекает реакция Р20б + ЗСи20 = 2Си3Р04. Метафосфат меди Си3Р04 с течением времени переходит в ортофосфат меди Си3(Р04)2, по-видимому, вследствие диффузии Р2Об через рыхлоты границ зерен. При хранении до 20 сут в газовых порах обнаружена тугоплавкая фаза ВР и Si02. Содержание Si02 в металле шва с увеличением срока хранения не влияет на прочность: увеличение прочности паяного шва связано с образованием высокотвердой фазы ВР, содержание которой в металле шва после 20 сут хранения оста­ется постоянным. Снижение прочности паяного шва, выполненного пастой в течение 0—5 сут хранения (см. рис. 26), обусловлено образованием на поверхности частиц припоя простых оксидов.

Соединения, паянные пастой из смеси порошков припоя и флю­са ПВ209, после 20 сут хранения не уступают по механическим свойствам соединениям, паянным припоем ПСр 45. Они коррозион­но-стойки во всех водосодержащих агрессивных средах, что обус­ловлено образованием на поверхности паяного соединения слоев фосфатной меди Си3(Р04)2 и силицида меди Cu3Si: пористость таких соединений на 15—20 % ниже, чем при пайке серебряным припоем, что, по-видимому, обусловлено образованием на поверх­ности жидкого припоя жидкого соединения Cu3Si, предохраняю­щего цинк от испарения при температуре 620—558 °С, и раскисле­нием шва кремнием. Паста пригодна для пайки меди, ее сплавов, мельхиора, куниаля, молибдена, металлизованной керамики. На­грев при пайке может быть печным и различными локальными ис­точниками теплоты.

При высокотемпературной пайке алюминиевой бронзы необхо­димо применение флюса повышенной активности из-за высокой химической стойкости оксида алюминия, образующегося на такой бронзе: например, пригоден флюс, предложенный М. Р. Леписко, состава (%): 15—22 KBF4, 8—10 криолита, 5—8 ZnCl2, 8— 10CaF2, 9—11 MgCl: тетраборнокислый натрий остальное.

В последние годы обнаружено, что введение в висмутовые при­пои германия, кремния, галлия способствует эффекту увеличения объема припоя при его затвердевании, что важно при подпайке мест течей в емкостях из меди. Кроме того, введение в висмутовые припои 0,5 % Ge упрочняет их.

Для пайки меди, ковара, нихрома предложена паста, пригод­ная для длительного хранения, содержащая (%): 30—35 флюса и 70—65 композиционного припоя, состоящего из порошка олова (60 %) и порошка меди (40 %). Состав флюса: 200 мл тританол - амина и 30 г бензойной кислоты (или бензоната висмута), 50 % ам­мония борфтористого. Температура пайки 250—270 °С. Состав­ляющие порошки перемешивают в «пьяной бочке» 40 ч, а затем смешивают с флюсом. Остатки флюса после пайки смывают водой. После изотермической выдержки паяных образцов при 350 °С в те­чение 40 мин тСр соединений из медй, паянных пастой, составляет 160 МПа. Процесс пайки может быть осуществлен в среде сухого водорода, восстанавливающего оксиды свинца, меди, никеля.

Для обеспечения постоянства электросопротивления паяных соединений меди используют свинцовые припои, в которые вводят кадмий, серебро (до 1 %), титан (0,05 %) и марганец (0,05 %).

Цинковые припои характеризуются низкой прочностью, плохой смачиваемостью меди и растекаемостью по ней даже с наиболее активными флюсами. Легирование цинка серебром, медью, маг­нием, алюминием и никелем при суммарном их содержании до 10 % приводит к значительному увеличению прочности и тепло­устойчивости паяных сплавов.

С увеличением времени нагрева и времени выдержки при тем­пературе пайки происходит интенсивный рост прослоек химиче­ских соединений, особенно по границе шва, и сопротивление срезу паяного соединения снижается со 100 до 20 МПа.

Способы нагрева с большой скоростью и приложением давле­ния в момент расплавления припоя (например, электроконтактная пайка в графитовых клещах) обеспечивает отсутствие хрупких прослоек в - и у-фаз, и в шве образуется структура (3-латуни. При электроконтактном способе нагрева обеспечивается равномерный и быстрый нагрев, интенсивное перемешивание расплава и поэтому равномерное распределение дисперсных частиц химических соеди­нений, упрочняющих данный шов. Приложение давления после расплавления припоя и активации соединяемых поверхностей при­водит к выдавливанию избыточной жидкой фазы и предотвраще­нию образования сплошных прослоек химических соединений по границе шва и, как следствие, к повышению прочности соединения.

При пайке меди взамен серебряных припоев в интервале тем­пературы 456—526 °С было предложено применять цинковые припой состава (%): 1) 8,55 Ag, 2,2—2,45 Си, 1 —1,18 А1, 0,10—0,67 Mg, 0,50—0,41 Ni, Zn — остальное с температурным интервалом плавления 454—524 °С и плотностью 7,45 кг/см2, 2) 3,2—4,442 Ag, 2,5—2,6 А1, 0,06—0,10 Mg, 0,5—0,67 Ni, 1,25— 1,36 Sn, Zn — остальное. Добавки олова и цинка понижают тем­пературу солидуса и ликвидуса припоев, а добавки серебра до 7—8 % повышают их температуру ликвидуса.

Для пайки этими припоями используют флюс состава (%): 10 ZnCb, 10 CuCl2, 80 эвтектика КС1—LiCl. Флюс имеет высокую «живучесть», однако гигроскопичен. Угол смачивания при пере­греве первого припоя на 50 °С 16 °, на 100°С 11 °, а для второго припоя соответственно 9° и 2°; удельное электросопротивление припоев выше удельного электросопротивления меди в 3,5—4 раза. Плотность припоев несколько выше, чем плотность чистого цинка. Оба припоя при 20 °С пластичны, но разупрочняются при повыше­нии температуры до 100—180 °С. При —190 °С второй припой охрупчивается на 100 %, а первый на 25 %. Временное сопротив­ление припоев соответственно 248—304 и 120—93,1 МПа, относительное удлинение 1,7—4,3% и 0,3—2 %. Эти припои наибо­лее пригодны для способов пайки погружением и электросопро­тивлением (в угольных клещах).

Припои типа ПОС (ПОС 40 и ПОС 61) подвержены искусствен­ному старению вследствие распада твердого раствора олова на основе свинца. Кроме того, при пайке меди припоями, богатыми оловом, на границе шва и основного материала по границе шва образуются прослойки химического соединения Cu5Sn8 (г|-фаза), в результате чего прочность паяного соединения заметно снижа­ется. Предотвращение такой прослойки возможно в результате весьма кратковременного контакта меди с припоем (1с), что не всегда достижимо в производстве. Для улучшения механических свойств соединений меди, паянных припоями, богатыми оловом, предложено введение в припои элементов, имеющих более высокую химическую активность по отношению к меди, чем олово, например магния и титана. По данным, полученным С. В. Лашко и П. И. Лы - марем, введение в припой ПОС 61 магния в количестве 0,05— 0,09 %, а в припой ПОС 40 в количестве 0,05—0,07 % приводит к нарушению непрерывности прослойки г|-фазы по границе шва с медью, что объясняется большим химическим сродством меди с магнием, чем меди с оловом, и измельчением структуры первич­ных олова и эвтектики в припое и шве. Исследование механиче­ских свойств паяных соединений после искусственного старения образцов при 100 °С в течение 120, 720 ч показало, что припои, легированные магнием, обеспечивают более высокую прочность паяных соединений после пайки и после искусственного старения, чем припои, не содержащие магния. Эта разница для припоя ПОС 61 после старения достигает 24,8 %, а для припоя ПОС 40 — 15%.

Кроме того, по данным испытаний на менискографе, введение добавок магния в припои ПОС 61 и ПОС 40 улучшает их смачи­ваемость меди и уменьшает окисляемость припоя в жидком со­стоянии.

В прослойках хрупких интерметаллидов по границе шва с ос­новным материалом под действием термических напряжений, образующихся в процессе термоциклирования, возникают трещи­ны. Как показали исследования, появление трещин сопровож­дается резким увеличением электросопротивления паяных соедине­ний. Установлено, что соединения меди, паянные при 420—450 °С оловом или припоями ПОС 61, ПОС 40, ПОС 10, ПСр 2,5 погру­жением с предварительной офлюсовкой после 5000 циклов нагрева (120—30 °С, 12—15 мин), не разрушаются. При указанном цикли­ческом нагреве до 140 °С имело место заметное расплавление пая­ных соединений, обусловленное повышением плотности тока в ме­стах растрескивания соединения. До температуры 140 °С в ука­занных условиях термоциклирования работают лишь соединения, паянные припоем ПСр 3.

Водородная хрупкость. При наличии малых примесей кисло­рода, преимущественно в виде оксидов меди, в меди и ее сплавах, нагреваемых в среде, содержащей водород, возникает опасность диффузии водорода в сплавы с последующим образованием воды по реакции

Cu20 + 2H = H20 + 2Cu.

Под действием большого внутреннего давления паров воды при нагреве образуются местные внутренние разрывы паяемой меди или ее сплавов с последующим охрупчиванием. Охрупчиваю- щее действие паров воды в меди усиливается с повышением темпе­ратуры нагрева. Поэтому при высокотемпературной пайке применяют рафинированную от кислорода медь. В частности, для удаления кислорода в медь вводят фосфор с остаточным его содержанием 0,01—0,04 %, но при этом снижается ее электриче­ская проводимость.

Склонность изделий из медных сплавов (латуней и бронз) к растрескиванию в контакте с активной газовой средой или в контакте с жидким припоем. Известны случаи самопроизвольного разрушения латунных гильз в среде, содержащей аммиак.

Контакт жидких припоев с паяемым металлом при наличии в нем заметных растягивающих напряжений приводит к местному образованию трещин. Подобные случаи разрушения наблюдались при пайке фосфористых бронз, кремниевых бронз, латуней, медно­никелевых сплавов и других медных сплавов, особенно способ­ных к большой пластической деформации и наклепу. Для устра­нения склонности к образованию самопроизвольных трещин при пайке (преимущественно при высокотемпературной) необходимо снимать в паяемых изделиях остаточные локальные растягиваю­щие напряжения, образующиеся в результате особенностей кон­струкции изделия, их неравномерного наклепа при сборке, нагрева и охлаждения.

При лужении меди Ml жидким висмутом или свинцом развива­ется межзеренное проникновение припоя в основной материал, что находится в полном соответствии с характером их физико-хими­ческого взаимодействия (см. рис. 52, б). При этом свинец охруп - чивает медь при температуре выше 600 °С после выдержки не­сколько секунд. Ниже этой температуры свинец и висмут не ухуд­шают прочность и пластичность меди.

Снятие остаточных растягивающих напряжений в наклепан­ных изделиях может быть обеспечено при нагреве выше и немного ниже температуры их рекристаллизации и путем медленного на­грева.

Способность припоев к смачиванию, растеканию по меди и ее сплавам и затеканию в зазор. Наилучшей способностью к сма­чиванию и затеканию в зазор при пайке меди и ее сплавов среди легкоплавких припоев обладают оловянно-свинцовые. При затека­нии в зазор наиболее технологично олово, наименее технологичен свинец.

Свинцово-серебряный припой ПСр 3 (эвтектика: 3,5 % Ag; Pb — остальное) отличается относительно низкой способно­стью к растеканию, затеканию в зазор и смачиванию поверх­ности меди и латуни. Введение в припой до 5 % Sn (ПСр 2,5) несколько улучшает эту способность к растеканию, затеканию в за­зор, смачиванию поверхности меди и латуни. Швы, выполненные свинцовыми припоями, при нормальной температуре обладают наиболее низким сопротивлением срезу, но теплостойки до темпе­ратуры 200—250 °С.

Кадмиевые припои, так же как и свинцовые, обладают бо­лее низкой способностью к смачиванию и затеканию в зазор по сравнению с оловянно-свинцовыми. •

Цинковые припои, легированные медью (2,5—5 %) и серебром (5—35 %), также плохо растекаются по меди и латуни. Техноло­гические свойства цинковых припоев при пайке меди существенно повышаются при легировании их свинцом и оловом ( ~ 5 %). При­пой такого типа ПЦА8М состава (%): 8 А1, 5 Си, 1,4 РЬ, 6 Sn, Zn — остальное (/Пл = 360 — 410 °С) вполне удовлетворительно растекается по меди и латуни с флюсом ФЦ-37; введение в припой более 5 % Sn приводит к охрупчиванию паяных соединений.

Улучшению растекаемости цинковых припоев способствует вве­дение в них кадмия. К такому типу припоев относятся ПЦКдСу25-5 (24—25 % Cd, 4,5—5 % Ag, 4,5—5 % Sb, Zn — остальное: /Пл = = 350 °С), ПЦКлСрСуІб—4—3 (16—17 % Cd, 3,7—4,3 % Ag, 5,9—3,1 % Sb, Zn — остальное: /Пл = 380 °С)’.

Исследования затекания припоев ПОС 61, олова и свинца в го­ризонтальный зазор образцов из меди Ml и латуни Л62 в неизо­термических условиях нагрева с водными флюсами, проведенные авторами совместно с И. Г. Нагапетяном, показало, что при нагре­ве образцов с уложенными у зазора припоем и водными флю­сами «Прима II» (6 % Zn СІ2, 4 % NH4C1, 3 % НС1, Н20 — осталь­ное) и гидразиновым флюсом (5 % N2H42HCI, Н20 — остальное) при температуре 195 °С начинается кипение флюсов. Пары гало­генидов активно очищают поверхность меди и латуни от оксидов. При нагреве собранного внахлестку образца верхняя пластина - размером 20X15 мм некоторое время остается менее нагретой, чем нижняя, лежащая на горячей подложке Расплав­

ленный припой сначала смачивает нижнюю, более нагретую плас­тину, а затем, после нагрева до температуры смачивания, и верх­нюю (см. рис. 14).

Температура медных пластин, необходимая для смачивания их оловом и припоем ПОС-16, зависит от состава применяемого флю­са. При использовании флюса «Прима 3» и припоя ПОС 61 она равна 170 °С; олова — 220 °С; флюса «Прима 2» и припоя ПОС 61 — 210—215 °С; олова — 240 °С.

Во всех случаях растекание припоев ПОС 61 и олова проис­ходит с образованием перед их фронтом блестящей каймы со значительно меньшим контактным углом смачивания, чем у при­поя. Перед фронтом каймы после пайки обнаружен темный ореол. По данным рентгеноструктурного анализа порошка, снятого с бле­стящей каймы (в медном /(а-излучении), она состоит из олова, свинца и цинка. Темный ореол состоит из олова и свинца.

Время заполнения зазора растет с увеличением зазора и сни­жением активности флюса, повышением стойкости оксидов на паяемом металле.

Снижение активности флюса (наиболее активен флюс «При­ма 3», наименее— гидразиновый) и расположение припоя у ши­рокой части Неравномерного зазора приводят не только к увели­чению времени его заполнения (22—60 с), но и к увеличению коэффициента пористости (kn = Sn - 100/S3, где Sn — площадь пор, мм2: 53 — площадь заполнения зазора припоем, мм2).

С уменьшением зазора при прочих равных условиях увеличива­ется коэффициент пористости [16].

По-видимому, при этом все больше затруднен выход газовых пузырей, дрейфующих вдоль верхней пластины образца к галтель - ной части шва с открытой поверхностью жидкого расплава. Выход газовых пузырей с увеличением зазора облегчается вследствие увеличения радиуса галтельного участка шва.

На кинетику подъема жидкого припоя в вертикальном по­стоянном зазоре при введении его в контакт с паяемым метал­лом при температуре пайки решающее влияние оказывает ширина зазора. С уменьшением ширины зазора высота подъема припоя возрастает. Для зазоров шириной 0,1—0,5 мм процесс характе­ризуется неравномерной мгновенной скоростью, наибольшей в на­чале затекания и снижающейся с течением времени. При зазоре шириной 1 мм припой затекает более равномерно и с меньшей мгновенной скоростью.

На время подъема припоя в зазор существенно влияет его смачивающая способность: чем она больше, тем скорее заполня­ется зазор. Наименьший контактный угол смачивания меди при использовании флюса «Прима 3» среди исследованных припоев имеет ПОС 61. Этот припой имеет максимальную среднюю ско­рость заполнения вертикального зазора:

Максимальная высота подъема припоя, мм, при за­зоре шириной 0,1 мм.............................................................	40	35	20
Средняя скорость заполнения вертикального зазо­ра, мм/с.......................................................................................	8	10	3,3
Контактный угол смачивания, градусы........................	17,9	12	27,1
			303

Максимальная высота подъема припоя в зазоре тем выше, чем меньше плотность припоя. При прочих равных условиях ско­рость затекания припоя уменьшается с увеличением зазора и с по­нижением активности флюса. Краевой угол затекания припоя в за­зор в процессе подъема припоя с заданным флюсом изменяется слабо.

Таким образом, при пайке деталей с вертикальным зазором при кратковременном нагреве для гарантии затекания припоя на большую высоту кроме малых зазоров необходимо применение припоев с хорошей смачивающей способностью, меньшей плот­ностью и достаточно активных и надежно защищающих флюсов. При кратковременном нагреве более целесообразно введение в контакт припоя и паяемого металла при температуре пайки.

Обычно при конструировании паяных изделий с предвари­тельной укладкой припоев над вертикальным зазором предусмат­ривают технологические стенки [16]. Затекание припоя в верти­кальный зазор сверху на образцах без технологической стенки в условиях контакта его с паяемым металлом при нагреве в печи возможно только при использовании припоев с достаточно малым контактным углом смачивания — олова и ПОС 61. При этом сра­зу же после расплавления припой затекает в зазор, перетекает в нижнюю его часть, заполняя его на максимально возможную высоту; излишек припоя вытекает из зазора.

Заполнение вертикального зазора сверху жидким свинцом, смачивающим медь, с контактным углом, большим, чем у олова и припоя ПОС 61, и физико-химически не взаимодействующим с нею, не происходит без технологической стенки. На образцах с техно­логической стенкой жидкий свинец заполняет зазор за большее время, чем олово и припой ПОС 61. Быстрее всех припоев в обоих случаях в зазор затекает олово.

Для конструкций с вертикальными зазорами и затеканием предварительно уложенного припоя сверху для предотвращения образования непропая высота зазора не должна превышать мак­симально возможную высоту его подъема в условиях пайки. Для припоев с пониженной смачивающей способностью (повышенным контактным углом смачивания) необходимо предусмотреть техно­логические стенки.

Склонность меди и ее сплавов к химической эрозии в припоях при пайке и растворимость припоев в меди. Экспериментальные данные подтверждают, что при погружении в жидкий припой до температуры 500 °С наименее эрозионно-активны припои на основе свинца, затем в порядке возрастания — припои на основе цинка, кадмия, олова, галлия. Способность меди к растворению в этих припоях увеличивается по мере возрастания его химического сродства к основе припоя. Выше температуры 500 °С особенно эрозионно-активны кадмий и цинк. Эрозионная активность при­поев системы Sn—Pb возрастает с увеличением в них олова.

Скорость растворения меди в олове, кадмии, цинке особенно интенсивно возрастает при удельном объеме жидкой фазы Уж/S^4,0, где S — площадь спая. При температурах, близких к температуре перитектического превращения наиболее легко­плавкого интерметалл ид а (температуры его устойчивости), имеет место торможение процесса растворения меди в жидком припое, что может быть использовано при выборе режима пайки (с целью уменьшения интенсивности эрозии при необходимости пайки при высоких температурах). При пайке при Кж/£«0,02 (капилляр­ная пайка в печах и т. д.) скорость эрозии резко снижается после достижения предельной концентрации меди в шве.

Припои на основе цинка вследствие относительно высокой эрозионной активности применяют для пайки меди и ее сплавов при температуре не выше 500 °С. При пайке при температуре выше 500 °С время контакта жидких цинковых припоев с медью должно быть возможно короче: наиболее целесообразно применение ин­дукционного нагрева или нагрева электросопротивлением.

Медь и медные сплавы интенсивно растворяются в жидких се­ребряных и медно-фосфористых припоях, а медно-никелевые спла­вы — в жидкой меди; для сокращения времени контакта твердой и жидкой фаз пайку следует выполнять достаточно быстро. Наиме­нее интенсивно растворяется латунь Л63 в припоях ПСр 50Кд и ПСр 37,5: припои ПСр 40, ПСр 45 и ПСр 15, ПСрМо 68—27—5 растворяют латунь значительно сильнее.

Особенности нагрева медных сплавов при пайке. Пайку кис­лородсодержащей меди (М2, М3) ведут в строго нейтральном пламени, так как при избытке в нем водорода последний диф­фундирует в металл (начиная с 400 °С и особенно интенсивно при 700 °С), соединяясь со свободным кислородом или оксидом меди (II) и образуя пары воды, способствующие сильному порообра­зованию в паяном шве.

Свинцовые латуни, кремниевые бронзы, оловянные бронзы и медно-никелевые сплавы склонны к горячеломкости; поэтому дета­ли из них при пайке не нагревают на весу, не подвергают воз­действию резких усилий или нагрузок, нагрев при пайке проводят достаточно медленно. Под действием нагрева при пайке возможно снижение механических свойств паяных соединений из бериллие - вой бронзы, упрочняемой в процессе старения. Алюминиевые брон­зы во избежание окисления и возможности образования хрупких интерметаллидов в шве следует паять, применяя быстрые способы нагрева.

Способы пайки нейзильбера и оловянных бронз легкоплавкими припоями такие же, как способы пайки латуни. При пайке свин­цовых бронз следует избегать окисления свинца, оксиды которого могут уменьшить смачивание и растекание припоев. Кроме того, при пайке свинцовой бронзы, особенно при электроконтактной, ввиду низкой растворимости меди в свинце и низкой температуры плавления свинца часть его может вытечь из сплава.

Сплавы меди с никелем (особенно с 10 % Ni) или кремнием и латуни склонны к хрупкому разрушению в контакте с жидкими легкоплавкими припоями, и поэтому их паяют только в отожжен­ном состоянии.

Обнаружено, что пайка бескислородной меди с высокой элект­рической проводимостью припоем Аи — 65 % Си при температуре 1025 °С отрицательно сказывается на пределе выносливости (малоцикловой усталости) паяных соединений. При испытании на усталость в вакууме (р= 1,33* 10~4 Па) при температуре 300 °С разрушение крупных образцов вызывается преимуществен­но растрескиванием в точках контакта границ трех зерен. На об­разцах меньшей длины излом имеет следы как вязкого разруше­ния, так и скола.

Влияние перегрева и пористости на свойства паяных соеди­нений меди. Для свинцовых припоев вследствие малой раствори­мости в них меди весьма характерно отсутствие влияния перегрева на прочность паяного соединения. Однако припои ПОС 40 и ПОС 61 перегревать при пайке не рекомендуется, так как проч­ность паяных соединений может снизиться вследствие роста по границе шва прослойки интерметаллида Cu5Sn6.

К числу особенностей оловянно-свинцовых припоев относится также повышенная их склонность к пористости в паяных швах при ширине зазора ^0,35 мм (флюс — водный раствор SnCI2). В паяных швах, выполненных свинцово-серебряными (ПСр 2,5, ПСр 3) или кадмиевыми (ПСр ЗКд) припоями, пористость и не - пропаи наблюдаются в значительно меньшей степени и лишь при ширине зазора 0,1 мм.

Особенно развитая пористость в паяных швах, выполненных легкоплавкими припоями, наблюдается при пайке латуней (Л63 и др.), чем можно, по-видимому, объяснить более низкую проч­ность соединений из латуни по сравнению с прочностью соедине­ний из меди (особенно стыковых), паянных теми же припоями. Вероятно, такая склонность к пористости в известной степени обусловлена худшей смачиваемостью латуней легкоплавкими припоями из-за большей химической стойкости ZnO, чем СиО, и трудностью вывода газовых пор из малых зазоров.

Поданным, полученным на медных и латунных образцах, паян­ных внахлестку с зазором шириной 0,1 мм разными припоями и флюсами, на площадь растекания и появление несплошностей существенно влияют также флюсы. Хорошей растекаемости при­поя не всегда сопутствует уменьшение несплошностей в паяемом шве, так как плохая смачиваемость припоем и растекаемость его по паяемому металлу лишь одна из причин образования в шве пористости. При слишком большой растекаемости припоя возмож­но затекание его по контуру нахлестки и появление непропаев в средней ее части.

Применение латуней Л90, Л68, Л63, ЛС59 в качестве металла для паяных конструкций во многих случаях ограничено в связи с образованием в паяных швах развитой газовой пористости.

Особенно большая газовая пористость в швах наблюдается после флюсовой газовой пайки высокотемпературными (серебряными) припоями крупногабаритных латунных волноводов (массой >5 - кг). Образование такой пористости может привести к ухудшению прочностных, коррозионных, радиотехнических харак­теристик паяных соединений и их герметичности; брак, связан­ный с образованием такой пористости, достигает 20—30 %.

По данным С. В. Лашко, Н. Ф. Лашко и А. М. Никитинского, Б. С. Шеера и Г. А. Асиновской, повышенная пористость в паяных соединениях из латуни при газопламенной пайке серебряными припоями возникает вследствие локальной несмачиваемости паяе­мой поверхности в результате неравномерного кратковременного нагрева и высокого давления паров цинка и газов, попадающих в полость, недостаточной активности флюса 209 и низкой его вяз­кости.

Печная флюсовая пайка, обеспечивающая равномерный на­грев, резко уменьшает газовую пористость в швах латунных кон­струкций, но ухудшает качество поверхности вследствие разло­жения флюса 209 и образования черных пригаров. При контактно­реактивной бесфлюсовой пайке лат tin Л63, покрытой слоем сереб­ра, с шероховатостью поверхности, соответствующей Rz = 6-г - 12 мкм, как без готового припоя, так и с припоями ПСр 72, ПСр 45 и нагревом в печи, эффективно снижается пористость в паяных швах вследствие активного смачивания паяемой поверх­ности образующейся при контактно-реактивном плавлении со слоем серебра эвтектикой [16]. При газопламенной пайке мелких деталей из латуни пористость не образуется при применении флюса «Салют-1».

В последние годы возникла необходимость замены дефицит­ных серебряных припоев при пайке латуней более дешевыми и недефицитными медно-фосфористыми припоями, без добавки и с добавкой, динка, сурьмы, кремния. Однако при этом обнаруже­но, что припои системы Си—Р с сурьмой или цинком при пайке соединений с зазором шириной 0,3—0,6 мм обеспечивают невы­сокую прочность (тср = 147~т~ 176,4 МПа) и слабо удерживаются в вертикальных зазорах: припои Си—Р с кремнием (ПМФСб-0,15) обеспечивают более высокую прочность паяных соединений.

При введении в припой Си — 10 % Р цинка резко понижа­ется площадь растекания припоя по латуни, но сопротивление сре­зу соединения возрастает от 147 до 167,8 МПа (при 30 % Zn): ударная вязкость возрастает от 49 до 98 Дж/м2.

Диффузионная пайка меди. Вследствие широкой области твер­дых растворов на основе меди в системах Си—Ga и Си—Sn диф­фузионная пайка меди и латуни может быть выполнена оловом, припоями ПОС 40, ПОС 61 или пастами, содержащими медный порошок и галлий, медный порошок и порошок олова (например, с водным флюсом, содержащим 18 % ZnCl2: 12 % NH4: Н20 остальное). ' 307

Согласно диаграмме состояния системы Си—Ga при темпе­ратуре 200 °С существует область твердых растворов на основе меди с содержанием до 20 % Ga. Среди интерметаллидов, обра­зующихся в этой системе, лишь один является дальтонидом (Сийаг-фаза); он стабилен при температуре ниже 254 °С. Осталь­ные химические соединения относятся к электронному типу (моди­фикации (3-латуни): уз (ниже 468 °С), 72 (ниже 485 °С), у (836 °С) и (3 (915 °С).

Исследования, проведенные С. В. Лашко и В. Л. Гришиным в 1964 г., подтвердили возможность диффузионной пайки меди галлиевой пастой (50 % Ga — 50 % Си) в вакууме (р = 66,5Х X 10_2 Па) в течение 1—8 ч под давлением 49,3—58,8 кПа. Сопро­тивление срезу соединений по мере повышения температуры за­твердевания от 50 до 650 °С увеличивалось от 3,9 до 58,8 МПа.

Причиной сравнительно невысокого сопротивления срезу об­разцов было слишком большое количество галлия, оставшееся в шве. При этом выяснилась необходимость нагрева при пайке галлиевыми пастами в безокислительной среде (вакууме, р = = 6,65-10~1 Па), так как нагрев на воздухе выше температуры 400 °С приводит к резкому снижению сопротивления срезу паяных образцов из-за окисления галлия.

Л. А. Малохиной в 1983 г. была показана возможность диф­фузионной пайки меди Ml пастой галлия (65—70 %) с тонко­дисперсным порошком меди, прокаленным предварительно в ва­кууме (р = 6,65-10— 2 МПа) при 700 °С. Паста предварительно выдерживалась при температуре 18 °С в течение 3—4 сут. Перед пайкой пасту закладывали в зазор и под давлением 4,9—5,9 МПа нагревали до 650 °С в вакууме (р — 1,33 -10—1—1,33-10~2 Па) в течение часа. Паяные соединения имели сопротивление срезу 60 МПа и температуру распайки выше 1000 °С. В паяных соеди­нениях при этом образуется диффузионная зона шириной до 50 мкм. Пайка на воздухе недопустима из-за интенсивного окис­ления галлия на воздухе. Временное сопротивление разрыву соеди­нений, паянных на воздухе, едва достигает 5 МПа.

По данным Л. Л. Гржимальского, диффузионная пайка мед­ных образцов галлиевыми пастами при температуре 600 °С в тече­ние 90 мин с применением повышенного давления 1,47—2,94 МПа обеспечивает временное сопротивление разрыву стыковых соеди­нений из меди до 196 МПа, т. е. равнопрочность соединений. Паста состояла из 60 % Ga, 30 % порошка меди (ПМ2) и 10 % In (ИН-0). Введение галлия снизило температуру плавления легко­плавкой составляющей до 15,7 °С и улучшило ее смачивающую способность. Нагрев проводили ТВЧ в среде водорода на установ­ке для диффузионной сварки типа А.306.08. Температура распайки образцов достигла 950—1000 °С. Показана возможность диффузи­онной пайки ковара и железа, покрытых предварительно медным или никелевым покрытием. Стыковые соединения из железа с ни­келевым гальваническим покрытием, паянные галлиевой пастой

того же состава, после нагрева при температуре 600 °С в течение 30 мин и давлении 2,94 МПа имели стг, = 274,4 МПа. Температура распайки достигла 1040—1050 °С.

При диффузионной пайке меди Ml оловом обнаружено, что при нагреве образцов в интервале температур 500—650 °С при выдержке 10—120 мин в шве интенсивно развивается диффузи­онная пористость в виде мелких пор, локализующихся главным образом в прослойке интерметаллида (е-фазы), рядом с паяемым металлом. С увеличением выдержки при температуре 500 °С до 60—120 мин заметно увеличивается ширина прослойки г-фазы и число пор в ней, а ширина центрального участка шва со структу­рой эвтектики г| + е — сужается.

После быстрого нагрева (за 1—2 мин) до температуры 700 °С ’ в шве не обнаружено прослоек е-фазы и диффузионной пористо­сти: шов состоит из редких участков ос - и 6-фаз, разделен­ных протяженными участками с общими зернами твердого раство - ра р.

При образовании и развитии рядом со швом интерметаллид - ных прослоек е-фазы и пор снижается и без того невысокое сопро­тивление срезу паяного шва (с 343 до 9,8 МПа). При выдержке при температуре 650 °С в течение 600 мин поры и е-фаза в шве не образуются.

По данным рентгеноспектрального анализа, вблизи диффузи­онных пор интерметаллид становится обогащенным оловом, что может быть обусловлено большей скоростью ухода из него атомов меди в шов, чем атомов олова в медь. При нагреве до 800 °С в те­чение 15 мин прочность паяных соединений резко возрастает и достигает тср =15 МПа.

По данным С. Дебритца, В. Хоффмана и других исследовате­лей, е-фаза в контакте припоя ПОС 61 с медью при выдержке 72 ч появляется лишь при температуре 400 °С. При температуре 500 °С в е-фазе возникает пористость Киркендала. Рост е-фазы происходит по закону Х2 = К(Т), что находится в полном согла­сии с данными авторов о развитии диффузионной пористости в соединениях из меди, паянных оловом [15].

Авторами совместно с О. И. Грицевец и Т. Н. Волковой пока­зано, что высокотемпературная пайка меди оловом взамен сереб­ряных припоев с образованием достаточно прочного паяного сое­динения (тср= 147176,4 МПа) возможна при температуре 800— 820 °С с выдержкой 15—120 мин, а при быстром (за 1—2 мин) наг - ве — при 700 °С в течение 120 мин. Для диффузионной пайки меди оловом для сокращения времени гомогенизации и уменьшения диффузионной пористости могут быть использованы композицион­ные припои, состоящие из смеси порошков меди и олова, прокален­ных предварительно в вакууме (р = 6,65-10-2 Па) при 700 °С. Паста предварительно выдерживалась при температуре 18 °С в течение 3—4 сут. Перед пайкой пасту закладывали в зазор и под давлением 4,9—5,9 МПа нагревали до 650 °С в вакууме (р =

= 1,33• 10-1 < 1,33-10-2 Па) в течение часа. Паяные соедине­ния имели тср = 60 МПа и температуру распайки выше 1000 °С. В паяных соединениях при этом образуется диффузионная зона шириной до 50 мкм. Пайка на воздухе недопустима из-за интен­сивного окисления галлия. Временное сопротивление разрыву паянных на воздухе соединений едва достигает 5 МПа.

Поданным Л. Л. Гржимальского, диффузионная пайка медных образцов галлиевыми пастами при температуре 600 °С в течение 90 мин с применением повышенного давления 1,47—2,94 МПа обеспечивает временное сопротивление разрыву стыковых соеди­нений из меди до 156 МПа, т. е. равнопрочность соединений. Паста состояла из 60 % или 30 % порошка меди ПМ2 и 10 % Ga. Введе­ние галлия снизило температуру плавления легкоплавкой состав­ляющей до 15,7 °С и улучшило ее смачивающую способность. Наг­рев проводили ТВЧ в среде водорода на установке для диффузион­ной сварки типа А.306.08. Температура распайки образцов дос­тигла 950—1000 °С. Показана возможность диффузионной пайки ковара и железа, покрытых предварительно медным или никеле­вым покрытием. Стыковые соединения из железа с никелевым галь­ваническим покрытием, паянные галЛиевой пастой того же соста­ва, после нагрева при температуре 600 °С в течение 30 мин и давлении 2,9 МПа имели тср = 274,4 МПа. Температура распайки достигла 1040—1050 °С.