Совместимость Мк и Мп прежде всего определяется характером физико-химического взаимодействия их металлических основ, опре­деляемого диаграммой состояния. Хотя диаграмма состояния ха­рактеризует зависимость структуры сплавов от их химического со­става лишь в равновесных условиях, термодинамически неравно­весная система паяемый металл — припой в условиях пайки стре­мится к стабильному или метастабильному равновесию, и поэтому диаграмма состояния с учетом кинетического фактора позволяет прогнозировать направление развития физико-химических процессов на их границе как при пайке, так и прн эксплуатации паяных сое­динений.

На рис. 18 представлены типы диаграмм состояния двойных систем, расположенные в порядке возрастания химической связи между элементами А к В.

Результаты анализа влияния характера диаграммы состояния основ паяемого материала и припоя на контактные процессы их взаимодействия — смачивание, химическую эрозию, газовую и диф­фузионную пористость, образование прослоек химических сбедние - ний, охрупчивание паяемого металла в контакте с жидким припоем, температуру распайки представлены в табл. 20.

При отсутствии химической связи компоненты системы А и В не образуют между собой сплавов ни в твердом ни в жидком со­стояниях [2]. По мере возрастания химической связи компоненты А и В образуют ограниченные жидкие (рис. 18, б, б'), неограни­ченные жидкие, но ограниченные твердые (в, г, д) или неограничен­ные твердые (е, е', ж, ж') растворы. При сил?,ной химической свя­зи компоненты А и В способны к образованию неконгруэнтных, плавящихся с разложением (и', з) и более химически прочных конгруэнтных, плавящихся без разложения (и) химических сое­динений.

Элементы, расположенные в периодической системе рядом, чаще всего образуют между собой ограниченные или неограниченные твердые растворы. Элементы, расположенные не рядом н удовлет-

воряющие условию стабильности или метастабнлыюстн существо­вания химических соединений по размерному, структурному или химическому соответствию, образуют между собой химические сое­динения. На диаграммах состояния их сплавов имеются открытые или закрытые максимумы, соответствующие этим химическим сое­динениям. Элементы, расположенные в периодической системе Д. И. Менделеева далеко друг от друга, ограниченно растворимы в твердом состоянии или нерастворимы ни в твердом, ни в жид­ком состояниях и образуют между собой диаграммы состояния типа а и б (см. рис. 18).

О характере физико-химической связи шва с основным мате­риалом можно судить по виду границы их раздела.

Форма границы раздела основного металла и жидкого припоя после их взаимодействия зависит от характера контактного жидко­твердого плавления, которое может быть межзереиным или фрон­тальным (общая химическая эрозия). Форма границы спая опреде­ляется характером взаимодействия Мк и Мп.

Когда основной металл и контактирующий с ним жидкий при­пой не растворяются друг в друге (диаграмма состояния типа а), а следовательно, не происходит и твердожидкого плавления паяемо­го металла, на границе шва может происходить обмен только электронами, ио не атомами, т. е., по существу, происходит не пайка, а склеивание «металлическим клеем». Граница раздела шва и основного металла прн этом повторяет профиль последнего (без слоя совместной кристаллизации).

Совместная кристаллизация на поверхности спая при затвер­девании шва возможна только тогда, когда в жидкой фазе, обра­зовавшейся при взаимодействии жидкого припоя В и паяемого ме­талла А, содержатся атомы последнего н растворимость их резко уменьшается прн понижении температуры [25]. При этом образо­вание и рост первичных кристаллов на основе А оказываются энергетически более выгодными на поверхности паяемого метал­ла А.

Когда в результате коитакного твердожидкого плавления паяе­мого металла в припое (диаграмма состояния типа б) химическая эрозия имеет межзеренпын характер, в шов могут переходить це­лые зерна паяемого металла, не образующего твердых растворов с припоем, и может происходить совместная ориентированная крис­таллизация чистого паяемого металла А на поверхности его зерен в шве и по всей сложной межзеренной поверхности спая. Толщина такого слоя зависит от величины растворимости А в В (Сж) при температуре пайки.

Когда компоненты А в В образуют между собой ограниченные (диаграммы состояния типа в, г, д) или неограниченные (диаграм­мы состояния тина е, ж) твердые растворы, обычно развивается общая химическая эрозия паяемого металла, а при кристаллизации от поверхности спая образуется слой совместной кристаллизации, состоящий нз твердого раствора на основе металла А. Связь меж­ду швом и паяемым металлом в этом случае, как и в предыдущем, металлическая, а прочность соединения определяется прочностью закристаллизовавшегося твердого раствора. Слой совместной кри­сталлизации тем больше, чем больше растворяемость А в В (Сж).

Если компоненты А и В образуют между собой твердые раст­воры по пернтектической реакции (диаграмма состояния типа г), то слой совместной кристаллизации может иметь кайму другого твердого раствора, образующегося при температуре перитектики.

Если компоненты А и В образуют одно или несколько хими­ческих соединений (диаграммы состояния тина и, и'), то на грани­це шва и основного металла обычно развивается прослойка хими­ческого соединения, богатая наиболее легкоплавким компонентом припоя. Связь между слоем химического соединения и паяемым металлом не чисто металлическая. Прочность паяемого соединения определяется в этом случае прочностью связи этого слоя и паяемо­го металла, прочностью н пластичностью слоя химического сое­динения.

При пайке припоем на той же основе, что н паяемый металл, возможно лишь слабое развитие общей химической эрозии; разви­тие совместной кристаллизации твердого раствора в этом случае аналогично совместной кристаллизации при сварке плавлением с присадочным материалом на той же основе, что и свариваемый металл. Такое паяное соединение является наиболее прочным и пластичным.

В табл. 21 приведены данные о физико-химической совмести­мости М,( и Мп при капиллярной пайке, полученные эксперимен­тально (значення без скобок) и путем предварительного прогно­зирования по характеру диаграмм состояния основ и легирующих компонентов Мк и Мп (значения в скобках).