Улучшение совместимости основы паяемого металла А с основой припоя В в требуемом температурном интервале пайки возможно при специальном, легировании последнего. Ниже рассмотрены не­которые возможности легирования основы припоя для улучшения совместимости его с А.

Смачивание, затекание в зазоры. Как следует из табл. 22, при адгезионном характере взаимодействия А и В в процессе пайки не развиваются химическая эрозия паяемого металла, прослойки хи­мических соединений, диффузионная пористость, охрупчивание паяе­мого металла в контакте с жидким припоем. Вместе с тем полу­ченные при этом паяные соединения из-за слабой химической связи шва и паяемого материала характеризуются сравнительной склон­ностью к развитию щелевой коррозии. Для улучшения совмести­мости А и В при таком виде диаграммы состояния необходимо увеличение степени их химического взаимодействия. Это может быть достигнуто при активировании основы припоя В компонентами со сравнительно большим химическим сродством к основе А паяемого металла, образующими с ним широкие области твердых растворов или химические соединения. Содержание легирующих элементов в последнем случае должно быть ниже критического, т. е. такого, начиная с которого становится возможным образование по границе шва и паяемого материала прослоек химических соединений, охруп - чнвающих паяное соединение. Этот принцип был использован раз­ными авторами для улучшения смачиваемости меди висмутовыми припоями путем введения в них. добавок никеля, кольбата, плати­ны, золота, палладия; меди и латуни цинковыми припоями путем введения в них кадмия или алюминия (ПЦКдСрСу25—5—5,

ПКдСрСуІб—4—З, ПЦА8М); коррозиониостойкнх сталей кадмиевы­ми припоями путем введения в них цинка (60—85% Cd, 15—30% Zn, 0,4—5% Ni, <пл=270-н290°С); меди и низкоуглеро­дистых сталей кадмиевыми припоями при введении в них цинка и титана (Cd 10—40% Zn, 0,05—0,5% Ті); стали припоями, содержа­щими >60% Ag, при введении в них марганца; меди при пайке ПОС61 при введении в него Mg (0,09—0,10%).

Подобное активирование припоя В может повлиять также на температуру распайки, упрочнить паяный шов частицами химиче­ских соединений, привести к развитию допустимой общей химиче­ской эрозии, обеспечивающей металлическую связь между швом и паяемым материалом.

Таблица 21. Фактическая и прогнозируемая физико-химическая совместимость Мк с готовыми припоями при капиллярной пайке Совместимость М „ с Мп на основе ми Ga ВІ Sn Sn-Pb Sn—Zn РЬ cd Zn Mg А1—Si Zn (См) (См) (См) С4,6»8 Сз (См) (Сб,4) Сб.4 С н7 н7 Н7 Mg-сплавы АД1 (Сб*з) Сб,4 Нз,5,9' Сб>8 Нз Св,8 Нз Сб, з Нз,5 (С4,6,в) Сз Н4,6 Сз Сз н4,з Нз Н5,7 С АМц Сб.4 Сб,8 Cs,8 Сб,8 (С4,6,з) Н4,з С Нз с АМг2 (Св,4) (С4,6,з) Сб,8 Св.8 с8 С4>6,8 (Сз) Сз Нз с АМгб (С4) (С6>8) (Св, в) (Сб, в) Н4)6 Н4,б (С.) Нз Н7 АВ (С4,б) (С4,6,в) (См) С6>8) (Сб, з) (Сз) н4,з Н4>8 Сз) Нз с Д20 ісГ’ (С4,6.в) (См) (Се) Н4.8 Н4,6 (Сз) Нз Н7 Ag (Св) (Св. з) (С5,з) (Сзй) (Сз) (См) (Сз) (Нм) Нз,5 Au (Сз) (С3,в) Сз,5 Сз,5 Нз,5 П3в5 S* (Сз, з) (Нм) (Сз, з) Ml Сз (С4,в) (Св) с5 Сз Сз,5 С2>6 Сз Нз Н5 Латунь с5 с5 Сз (С) С2.е Сз,5 (Сз) Нз Нз Бронза (Св) (Св) с5 Сз (С С2,з Сз,5 (Сз) Нз Нз ВТ1 (Св) .© с5 (Св) Сз) (Сз) (Сз,5) (Сз) Нз С ОТ4 (Св) Сз (Св) (Сз) (Сз) (См) Сз Нз с ВТ14 Стали: (Св) (Св) (Сз) (Св) (Св) (Св) (См) (Сз) Нз (С) 08кп 1с! (См) (С2,5,б) (С2,5іб) (Сз) (С4,б) (См) Сз Н5 Сз 10 С„ 2 (См) (Сз) (Св) (С,) (См) Сз Нз Сз 45 (С) (С„в) (См) (Сз) (Сз) (Св) (С, (С,) Св Нз Сз 12Х18Н10Т с (С, й) (С2,б) с, (С,) Сі,2ї6 Нз Нз С 08X13 ЖСбкп <© С, ,2 Сз,5 JP*,e) (Св) (Сз) . (Cl.) Сф, б Сі,2»6 (Сб) Нз (Сз) . Нз Нз,5 IS)

м„

Zn

Mg-сплавы АД1 АМц АМг2 АМгб АВ Д20

а®

Аи

Ml

Латунь Бронза БТ1 ОТ4 ВТ14 Стали:

08кп 10 45

12Х18Н10Т 08X13 ЖСбкп

Примечание, н — весовместнмы; L.— совместимы; с с цифровым индексом — условно совместимы; цифровые индексы означают причину условий совместимости; 1— адгезионная смачиваемость; 2 — плохое затекание в зазор; 3 — общая химичес­кая эрозня; 4 — межзереииая химическая эрозия; 5 — прослойки химических соединений; 6 — охрупчивание в контакте с жидким припоем; 7 — слишком высокая температура плавлення и пайки М„; 8 — щелевая коррозия П/С; 9 — пониженная коррозион­ная стойкость. Обозначения в скобках — прогнозируемые совместимости, без скобок — экспериментальные.

При диаграмме состояния моиотектического типа (рис. 18, б, з) средний состав паяного шва определяется растворимостью при температуре пайки паяемого металла А в жидком припое В.

Важнейшим признаком совместимости конструкционного мате-' риала с припоем служит способность жидкого припоя не только смачивать паяемый материал, но и растекаться по нему, затекать в зазор и удерживаться в нем при пайке. Наилучшими свойствами в этом отношении обладают металлы А и В, образующие между собой сплавы с эвтетиками или твердые растворы с минимумом (рис. 18, е, д, е, е'). Процессы смачивания, растекания и затекания в зазор при этом существенно активируются вследствие образования жидкой каймы эвтектики или легкоплавкого раствора перед фрон­том растекающейся или затекающей в зазор жидкой фазы. Напри­мер, при растекании по меди олова или припоя ПОС61 с флюсами, содержащими ZnCl2, образуются черный и блестящий ореолы. По данным реитгеноструктуриого анализа черный ореол состоит из оло­ва, свинца и меди, блестящий — из олова, свинца и цинка [3].

На растекание припоя по паяемому металлу и затекания его в зазор и формирование галтелей влияет также его температурный интервал кристаллизации. Наиболее плавные и тонкие галтели обра­зуются с припоями, имеющими нулевой или близкий к нему тем­пературный интервал плавления. Однако при малейшем перегреве выше температуры плавлення такне припои становятся полностью жидкими и не удерживаются в широких капиллярных зазорах. Это приводит к образованию в швах иепропаев, не обнаруживае­мых при изготовлении изделия н приводящих к разрушению пая­ных соединений при эксплуатации. Поэтому при пайке такими при­поями определяющее значение имеет величина зазора н необходима весьма точная сборка. С увеличением ширины температурного интервала кристаллизации припоя или при значительной химической эрозии металла в жидком припое и расширении при этом интерва­ла кристаллизации жидкой фазы до определенного предела послед­няя приобретает способность удерживаться в относительно широких зазорах (до 0,6 мм) и ие требует точной сборки деталей перед пайкой. Поэтому припои часто легируют компонентами, позволяю­щими регулировать ширину их интервала кристаллизации.

Для предотвращения вытекания припоев из относительно ши­роких капиллярных зазоров в них вводят компоненты, расширяю­щие их температурный интервал плавления. Например, в припой ПОС61 вводят 3—8% Си.

Наиболее широкий интервал плавления среди серебряных при­поев имеет припой ПСр37,5. При пайке коррозиоиностойких сталей он удерживается в зазорах до 0,5 мм, тогда как припой ПСр40 при пайке тех же сталей удерживается в зазорах до 0,2 мм.

Развитие химической эрозии. При характере диаграмм состоя­ния, представленных на схемах о, г, д, причинами плохой совмес­тимости может быть недопустимое развитие межзереппой и общей химической эрозии паяемого металла А в контакте с жидким при­поем (б). Развитие химической эрозии паяемого металла в кон­такте с жидким припоем при температуре пайки определяется ве­личиной растворимости паяемого металла в жидком припое (См) н припоя в паяемом металле (Ст) и их соотношением. При Ст->-0, а Сж>0 в паяемом металле развивается межзеренная, а при Ст>0 н С, ц»0 — общая эрозия.

Особенно высокой химической эрозионной активностью харак­теризуются цинковые припои по отношению к меди н алюминию, олово и оловянные припои по отношению к золоту и другим ме­таллам (см. табл. 21).

С повышением температуры пайки скорость развития общей хи­мической эрозии может стать равной нлн большей скорости раз­вития межзеренной химической эрозии. При этом ширина паяль­ного зазора может резко возрасти, что приведет к вытеканию из него жидкой фазы и появлению вследствие этого непропаев.

При резком изменении растворимости Ст в температурном интервале пайки в области более низких температур возможно раз­витие межзеренной химической эрозии паяемого металла, а в об­ласти более высоких температур — развитие общей химической эрознн.

Предотвратить развитие обоих видов химической эрозии можно при легировании припоя В паяемым металлом Л в количестве, близком к предельной растворимости А и жидком В при темпера­туре пайкн.

Например, для уменьшения химической эрозии медного жала паяльников в оловянно-свинцовых припоях в последние вводят до­бавки меди в количестве, близком к ее растворнмостн в припое при температуре пайки.

Склонность паяемого металла к химической эрозни в контакте с жидким припоем можно снизить введением в последний депрес­сантов, понижающих его температуру плавления (например, гер­маний в припои А1—Si) и (нли) предельную растворимость паяемо­го металла в припое при температуре пайки.

Дли предотвращения развития межзеренной эрозии основного металла припой можно легировать компонентами, образующими с А широкую область твердых растворов. Так, никелевые нрипои с кремнием и марганцем химически менее активны по отношению к нержавеющей стали, чем припои с бором.

Химическая эрозия, как было показано в работах [3, 25], рез­ко снижается в температурной области образоаання по границе шва и паяемого металла прослоек химических соединений. Отсюда был сделан вывод, что при введении в припой достаточно малого коли­чества компонента, образующего с паяемым металлом весьма тон­кие (<1 мкм) прослойки химического соединения, не снижающие прочности паяного соединения, должна резко снижаться склонность М„ к химической эрозии в Мп. Этот принцип был использован в последние годы для снижения склонности алюминиевых сплавов к химической эрозии при пайке в силумине, содержащем 5—12% Si и 1,5—6% Mg при добавке в них 2—6% Ni, образующего с алю­минием тонкие прослойки химического соединения. Установлено, что образование прослойки химического соединения АнРЬ при пай­ке золота свинцовыми припоями ограничивает развитие в нем хи­мической эрознн по сравнению с оловянными припоями вследствие более высокой тмепературы плавления интер мет ал ли да AuPb (418°С), чем интерметаллида AuSn2 (309°С).

По данным В. Т. Мухина и др., для уменьшения химической эрозии серебросодержащих проводников при пайке оловянно-свин­цовыми припоями (150—350 °С) в последние было введено 18— 32% Cd, имеющего более высокое химическое сродство к меди, чем олово, и снижающего температуру плавлення припоя.

При высокой растворимости паяемого металла А в припое В состав жидкой фазы при пайке может существенно изменяться по
сравнению с составом припоя. При этом может расшириться интер­вал ее кристаллизации и ухудшиться вследствие этого растекае - мость и затекаемость жидкой фазы в тонкие капиллярные зазоры, увеличиться дендритная ликвация шва и усадочная пористость. В относительно широких капиллярных зазорах лучше удержива­ются узкоинтервальные припои, эвтектики и чистые металлы.

Пористость. Заполнение зазора между паяемыми деталями про­исходит в течение 0,5—50 с [3, 22]. В условиях быстрого заполне­ния зазора и быстрого охлаждения шва, например при газопламен­ной пайке, образование иесплошностей в шве может иметь место в результате «застревании» в жидкой фазе флюсов и газов, нерав­номерного смачивания паяемой поверхности жидким припоем, обра­зования усадочной пористости в шве, испарения компонентов Мк и Мл с высокой упругостью испарения (магний, цинк, мар­ганец, кадмий), неравномерного нагрева паяемых деталей у за­зора.

Образование зародышей га­зовых пор в паяемом шве об­легчается при неполной смачи­ваемости Мк жидким припоем. Работа образования зародыша пара или газа, заполняющего впадниу, в месте несмачивания, определяется по формуле W= =2яОж-гГ2(1—sin0), где г — критический радиус зародыша пара (газа); 0 — краевой угол смачивания впадииы припоем; W-*-0, если 0>9О°, т. е. когда вцадииа не смачивается. При этом работа отрыва жидкости от диа невелика и впадина быстро заполняется газом (паром) и обра­зуется пора. Под действием подъемной силы газовая пора отры­вается от поверхности паяемого металла, всплывает и дрейфует вдоль стенки зазора. Такой дрейф газовых пор в направлении к галтельиым участкам может происходить как под действием других газовых пор, так и в результате движения жидкой фазы и первич­ных кристаллов под действием механического, электромагнитного, гравитационного, высокочастотного и других полей

В паяных соединениях иахлестиого типа застреванию флюсов я газов особенно благоприятствуют малые капиллярные зазоры. Хотя с увеличением зазора возрастает количество жидкой фазы и, следовательно, газа, однако при этом облегчаются условия дрей­фа пор и выхода их из шва. Поэтому в рассматриваемом случае зависимость коэффициента пористости от величины зазора может быть иллюстрирована рис, 19: в области а коэффициент пористости снижается с увеличением зазора, в области б число пор возрастает с увеличением количества жидкого припоя, в области в число пор снижается (несмотря иа значительное количество жидкой фазы) вследствие того, что облегчается выход пор при дальнейшем уве­личении зазора. Поскольку несмачивание имеет место преимущест­венно в результате адсорбции кислорода или образования окисиой пленки на поверхности твердого тела, все факторы, способствующие процессам раскисления иа границе жидкой и твердой фаз, должны

снижать или • предотвращать образование газовых пор. Для умень­шения пористости паяных швов необходимо предотвратить испаре­ние таких компонентов припоя и паяемого сплава, как цинк, кад­мий, марганец и др. Например, введение 0,3% Са снижает испаре­ние цинка из припоя А1—1,5% Zn и уменьшает пористость в шве. Введение в бескадмиевые серебряные припои 0,5—2% Ni предотвра­щает испарение циика и образоваине пор в паяных соединениях. Цинк необходим в таких припоях для снижения их температуры плавления и улучшения смачивающей способности.

' Прослойки химических соединений. Если сплавы системы А—В образуют диаграмму состояния типа (и) или (з), то в контакте А с жидким В в процессе кристаллизации паяного шва нлн при вы­сокотемпературной эксплуатации паяных изделий на границе шва (илн прослойке химического соединения) и основного материала в температурном интервале устойчивости химического соединения мо­гут образоваться и расти их прослойки. Скорость образования и роста прослойки химического соединения при пайке зависит не толь­ко от температуры, но и от энергии активации этого процесса. При достаточно высокой энергии активации процесса роста и образо­вании прослойки химического соединения такая прослойка может начать расти в процессе затвердевания паяного шва как избыточ­ная фаза в обогащенной компонентом приграничной области жид­кой фазы илн при эксплуатации паяного изделия при повышенной температуре, достаточной для протекания химического взаимодей­ствия Ми и Мп. При относительно низкой энергии активации хи­мические соединения образуются непосредственно в контакте Мк и Мп.

Для стабильного или метастабилыюго существования химичес­ких соединений необходимо и достаточно, чтобы составляющие их элементы имели размерное, структурное илн химическое соответст­вие. Размерный фактор соответствия определяется близостью атом­ных или ионных радиусов элементов. Структурное соответствие опре­деляет идентичность кристаллической структуры элементов. Хими­ческое соответствие определяется идентичностью или подобием строения внешней оболочки атомов.

Основным критерием оценки степени химического сродства меж­ду основами паяемого металла А и припоя В или между компо­нентами, вводимыми в припой, в первом приближении служит температура плавления или' разложения соответствующего химиче­ского соединения;, в большей степени его характеризует теплота сублимации [30]. Вблизи температуры плавления или разложения химических соединений скорость их роста резко затормаживвет - ся [3].

В контакте А и В могут образоваться прослойки только тех химических соединений, которые на диаграмме состояния А—В' располагаются между паяемым металлом и припоем. При исполь­зовании в качестве припоя сплавов той же системы, но располо­женных иа диаграмме состояния между паяемым металлом А в ближайшим к нему химическим соединением АХВУ, прослойки хи­мических соединений по границе шва и паяемого ^металла разви­ваться ие будут. Торможение роста прослойки химического соеди­нения на границе шва и паяемого материала А при пайке возмож­но при введении в припой В компонентов, вступающих с ним в химическое взаимодействие, но ие образующих химических соеди­нений с паяемым металлом А, как, например, серебро при пайие меди оловом, серебро при пайке стали 12Х18Н9Т жидким алюми­нием и др.

. В припое иа основе В, не образующем химического соединении с А, но содержащим химически активный элемент D в количестве выше критического, введение компонента Е с большим химическим сродством к элементу Д чем к паяемому металлу А и припою В, и связывающего избыток D в новое химическое соединение, равно­мерно распределенное в виде отдельных изолированных включений в шве, предотвращает образование прослоек химических соединений по границе шва н основного металла.

Предотвращение образования н роста прослоек химических сое­динений в паяных швах возможно также путем легирования при­поя третьим компонентом С, не образующим ни с паяемым метал­лом А, ни с основой припоя В химических соединений, т. е. раз­бавляющим химически активный припой В. При содержании в припое конпонента С в количестве, обеспечивающем содержание в шве компонента В ниже критического, прослойки химических сое­динений не возникают. Прн содержании в припое компонента В в количестве несколько выше критического скорость роста прослой­ки будет меньше, чем при пайке припоем В, не содержащем С.

Торможение процесса образования и роста прослойки химичес­кого соединения на границе жидкого припоя В и паяемого метал­ла А может быть достигнуто также при легировании припоя В элементом D с большим химическим сродством к Л, чем к Б, и в количестве, при котором на границе припоя с паяемым металлом ■образуется достаточно тонкая прослойка химического соединения, нарушающая их контакт, но не снижающая прочности паяного сое­динения. Примером такого компонента D служит кремний при панке стали 12Х18Н9Т алюминиевыми припоями, олово при пайке железа медно-фосфористым припоем, содержащим 1 % Р, кремний при пайке титана алюминием и др. [2, 3].

При панке латуней для предотвращения образования прослой­ки химического соединения SnSb в свинцовые припои вместо сурь­мы вводят небольшое количество цинка, имеющего большее хи­мическое сродство к меди, чем сурьма.

.^/Для предотвращения образования химических прослоек при п'айке стали цинковыми припоями в них добавляют небольшое ко - г'личество алюминия, имеющего большее химическое сродство к же- улезу, чем цинк. По данным М. С. Делиигера, введение в припои РЬ—Zn кадмия приводит к образованию при пайке соедннеий нз меди прослойки тройного соединения CU3Cd3Zn толщиной 1—2 мкм, предотвращающего рост нерегулируемого по толщине химического соединения меди с цинком. Е. Ф. Аникеева и другие показали, что введение 2—10% Sri или Sb в припой Си—15%Ag —5%Р при пайке в печи меди, латуни, стали 12Х18Н10Т (700°С в среде ар­гона) приводит к уменьшению содержания фосфора иа межфазной границе паяемый металл — паяный шов и уменьшению толщины прослойки химического соединения Такое действие олова и сурьмы связано с большим химическим сродством фосфора к этим элемен­там, чем к паяемому металлу.

Диффузионная пористость. Пористость, развивающаяся в зонах паяного соединения в условиях нескомпенсированной диффузии компонентов припоя и паяемого металла при диффузионной пайке или высокотемпературной эксплуатации паяных соединений, назы­вается диффузионной пористостью.

Диффузионная пористость особенно опасна в прослойках хи­мических соединений на границе шва вследствие их высокой хруп­кости и характерна главным образом для нестехиометрического их типа; т. е. когда на их основе образуются твердые растворы с ком­понентами Мк н (илн) Мп. К такого типа - химическим соединениям относятся, например, химические соединения в системах Си—Sn, Ті—Ge, Ті—Fe, Ni—Ge, Ni—Sn, Fe—Al, Al—Ті, Ag—Ge, Ag—Sn.

В прослойках химических соединений стехиометрического типа диффузионная пористость образуется только при взаимодействии технически чистых металлов нли сплавов и протекает медленно (Ті—Sn, Со—Al, Ni—Al, Pd—Al, Pd—Cu, Cr—Cu, Mg—Mn, Mg—Pb, Cu—Mg).

Другой путь предотвращения диффузионной пористости в паяе­мом соединении — введение в припой В компонентов, образующих широкую область твердых растворов с паяемым металлом А (на­пример, легирование олова цинком при высокотемпературной диф­фузионной пайке им меди) [31, 32], а таюке снижение содержания в припое диффундирующего в паяемый материал депрессанта.

Устранение диффузионной пористости в прослойках химических соединений возможно прн пайке выше температуры существования химического соединения (его устойчивости; при выдержках, доста­точных для заращивания пор, образовавшихся прн более низкой температуре в процессе нагрева.

Охрупчивание Ми в контакте с жидким Мп. Проникновение жидких припоев по границам первичных или рекристаллизованных зерен н блоков чаще всего приводит к снижению механических свойств паяемого материала после пайки а при пайке способствует хрупкому разрушению паяемого материала и контакте с жидким припоем, наступающему прн низком значении о„<-г и действии рас­тягивающих напряжений.

Важнейшими условиями наступления хрупкого разрушения пая­емого материала в контакте с жидким припоем, являются достаточ­ная величина растягивающих напряжений и температура пайки, ко­торые при прочих равных условиях определяют время до наступ­ления хрупкого разрушения. Поэтому предотвратить наступление хрупкого разрушения Мк в контакте с жидким припоем можно сле­дующими путями:

1) устранением внешних растягивающих напряжений в паяемом металле в результате снижения жесткости конструкции изделия; устранением внутренних растягивающих напряжений в паяемом материале, возникающих при пластической его деформации, при предварительном отжиге нли при использовании припоев с темпе­ратурой плавления существенно выше температуры рекристаллиза­ции паяемого металла. Например, при пайке нагартованной корро­зионностойкой стали марки I2X18H9T с температурой рекристал­лизации 750 °С в контакте ее с жидкими припоями ПСр45 при 780°С илн ПСр72 при 820°С при индукционном нагреве в ней возникают трещины. При индукционной же пайке такой стали ни­келевыми припоями или медью с температурами плавления соот­ветственно 1150 и 1083 °С трещины в стали не возникают, так как при нагреве под пайку в ней успевает пройти процесс полной рекристаллизации;

2) легированием припоя для повышения сж-т и предотвраще­ния развития локальной химической эрозии Ми или для образова­ния по границе шва прослоек химических соединений достаточно тонких (<0,51 мкм), ие снижающих прочность паяного соединения} но устраняющих контакт Мк с жидким припоем. ‘При этом под­готовительный период роста прослойки химического соединения иа границе с паяемым материалом должен быть меньше, а время до начала развития локальной химической эрозии больше, чем время до наступления хрупкого разрушения паяемого материала;

3) легированием паяемого металла для повышения сж-т, тор­можения развития локальной химической эрозии с заданным при­поем или образования допустимых по толщине прослоек химиче­ских соединений. Экспериментально подтверждено, что малоугле­родистые стали более склонны к хрупкому разрушению в контакте с медью или латунью, чем нержавеющие стали типа 18—8, что, по- видимому, обусловлено присутствием в них легирующих элемен­тов — никеля, хрома, титана, понижающих склонность этих сталей в химической локальной эрозии в контакте с жидкой медью и латунью, так как никель, хром и титаи увеличивают химическое сродство стали к меди по сравнению с ее сродством к железу.

По данным В. М. Никитина и В. С. Мурашкина, при введении в медь, обладающую весьма малым химическим сродством к же­лезу и, по-видимому, снижающую ож_т на их границе, таких ком­понентов припоя, как марганец, никель, хром, палладий, образую­щих с железом твердые растворы, и элементов, образующих с же­лезом химические соединения (бор, кремний, цинк), склонность сталей к охрупчиванию в контакте с жидким медным припоем резко снижается (Zn>50%, Si<l%, В<0,2%).

В пределах температурной области термической устойчивости химических соединений на границе Мк—Мп склонность к охрупчи­ванию резко снижается. Характерно, что при пайке малоуглеро­дистых сталей цинком склонность к хрупкому их разрушению ие имеет места до 750—780 °С, т. е. до температуры, выше которой химические соединения становятся неустойчивыми. Выше 780 °С склонность сталей к хрупкому разрушению в контакте с цинковы­ми припоями становится значительной.

Управление свойствами припоев и качеством паяных ими сое­динений возможно в ряде случаев при легировании припоев отно­сительно небольшими количествами компонентов, обеспечивающих их самофлюсуемость (фосфор, литий и др), измельчающих их структуру (натрий, кремний и др.), снижающих их окисляемость в жидком состоянии, что особенно важно при пайке в ваннах с жидким припоем, повышающих смачиваемость Мк, жаростойкость, жаропрочность, теплостойкость ПС, стойкость ПС в различных га­зовых, жидких средах, хладостойкость, герметичность и вакуум - плотность паяных соединений и др.

Депрессанты припоев — неметаллы с направленной связью (кремний, сурьма, фосфор, углерод, бор, германий) способствуют снижению пластичности припоев и паянных ими соединений. Одна­ко введение таких компонентов в припой во многих случаях явля­ется единственным путем снижения температуры плавлення и изме­нения температурного интервала кристаллизации припоя.

Компоненты паяемого сплава, перешедшие в жидкую фазу в процессе пайки, также могут оказывать определенное влияние на свойства паяного шва и совместимость Мк с Мп. Поэтому данные о совместимости основы паяемого материала с основой припоя иногда недостаточны для суждения о совместимости конкретного конструкционного материала и припоя, ио позволяют в ряде слу-

При введении в припой нескольких легирующих компонентов для улучшения совместимости его с паяемым металлом необходи­мо учитывать, что в большинстве случаев соответствующие мно­гокомпонентные диаграммы состояния с числом компонентов более двух отсутствуют. Однако в первом приближении совместимость М„ и Мп можно прогнозировать по соответствующим двойным диаграм­мам' состояния их основ и легирующих компонентов.

При этом, конечно, остаются неучтенными возможность обра­зования тройных и более сложных химических соединений, трой­ных и более сложных эвтектик, твердых растворов, влияние ком­понентов припоя на изменение температуры ликвидуса припоя, а также критическое количество компонентов припоя, образующих с паяемым металлом по границе паяемого шва прослойки химиче­ских соединений и др.

В современном металловедении и теории контактных процессов пайки установлены некоторые положения, позволяющие судить о характере таких процессов, протекающих в многокомпонентных припоях и на их межфазной границе с паяемыми сплавами. Исполь­зование этих положений облегчает прогнозирование влияния ком­понентов в сложных припоях на йх совместимость с паяемыми металлами. Важнейшие из этих положений следующие:

температура плавления «-компонентной эвтектики всегда ниже температуры плавления других эвтектик той же системы, состоя­щих из меньшего количества компонентов;

снижение температуры ликвидуса припоя при введении в него компонентов, порознь понижающих температуру плавления его основы, в первом приближении аддитивно;

предельная растворимость каждого из легирующих компонен­тов, входящих в твердый раствор, как правило, снижается при увеличении числа таких компонентов;

в контакте твердого металла с припоем, легированным несколь­кими компонентами, способными к образованию химических соеди­нений с паяемым металлом по границе шва, прежде всего образу­ется прослойка химического соединения с компонентом припоя, имеющим наибольшее химическое сродство к паяемому металлу (при условии, что содержание этого компонента в припое выше критического).

Данных о критическом содержании легирующих компонентов в припоях весьма мало, и поэтому его обычно устанавливают экспериментально для паяемого металла конкретного состава, при­поя и выбранного термического режима пайки.

Анализ характера физико-химического взаимодействия основ припоя и паяемого металла и влияния их легирования на совмести­мость при пайке дает возможность:

1) выбирать припои, совместимые с заданным конструкционным материалом;

2) прогнозировать возможности легирования припоев для улуч­шения их совместимости с заданным конструкционным материалом;

•3) находить пути улучшения совместимости паяемого металла с припоями с учетом их физических и химических свойств, харак­тера диаграмм состояния между их основами и легирующими компонентами припоя между собой и с паяемым металлом.