Общей химической эрозией называют дефект паяного соедине­ния, проявляющийся в разрушении паяемого материала при пайке. Равномерно развитая химическая эрозия называется общей: раз­витая в отдельных участках паяемого металла —локальной: раз­витая по границам зерен или блоков — межзеренной или меж­блочной.

Относительное количество расплавившегося паяемого металла при химической эрозии определяется объемом жидкого припоя Уж, находящегося в контакте с ним, и плотностью припоя, а также площадью S его контакта с паяемым материалом и предельной растворимостью Сж паяемого металла в жидком припое при температуре пайки:

Q ^ рж УЖСЖ/s.

С учетом этого потеря массы М за время т составит

Q = 5 Vrd-c=рСж^ (1 - eaST/K-),

где а — коэффициент растворения атомов твердого материала в жидком припое.

Из приведенных уравнений следует, что химическая эрозия является монотонной функцией пяти переменных Сж, Уж, 5, т, a (a = aoe-Q(*T) ),т. е. первая производная этой функции не меняет знак. Отсюда можно сделать следующие выводы:

1) с увеличением времени взаимодействия тп химическая эрозия увеличивается;

2) скорость химической эрозии dQ/дт является монотонно убывающей функцией. Поэтому при легировании припоя паяемым металлом до С<СЖ скорость эрозии может быть значительно уменьшена, а при С = СЖ станет равной нулю. Например, скорость химической эрозии меди в жидком припое ПОС 61 при пайке уменьшается примерно в 100 раз при введении в него до 2 % Си;

3) Q(t) — монотонно убывающая функция. Следовательно, скорость химической эрозии уменьшаетя с понижением темпе­ратуры:

4) Q возрастает с увеличением предельной концентрации паяемого металла в припое:

5) концентрация Сж паяемого металла в жидком припое при прочих равных условиях возраста­ет с уменьшением объема припоя и поверхности их контакта S;

6) при уменьшении объема (количества) жидкого припоя Уж химическая эрозия уменьшается.

Общее время изотермического контактного плавления паяемо­го металла и растворения в жидком припое до предельной растворимости (Сж) может быть рассчитано в первом приближе­нии по формуле т = х2/ (2Dt)y где* — глубина плавления, t — тем­пература, и составляет несколько секунд.

Возможную степень химической эрозии паяемого металла в бо­лее легкоплавком жидком металле можно в первом приближении определить по Сж на их двойной диаграмме состояния.

Наличие на границе паяемого металла и припоя прослойки химического соединения, нарушающего их непосредственный кон­такт, уменьшает скорость развития химической эрозии или пре­кращает ее развитие. Установлены три типа зависимости разви­тия общей химической эрозии от температуры [12] (рис. 51): а — непрерывное развитие: б — повышение химической эрозии, затем торможение ее развития в некотором интервале температур и снова повышение: в — возрастание скорости химической эрозии с последующим ее замедлением.

Первый тип зависимости имеет место при пайке металлов припоями, основы которых образуют с ними диаграммы состояния с непрерывным рядом твердых растворов или ограниченными твер­дыми растворами. Развитие химической эрозии по второму типу наблюдается при большом количестве жидкого припоя, образую­щем в контакте с паяемым металлом прослойки химических соеди­нений. Третий этап зависимости имеет место при контакте Мк с ограниченным количеством припоя независимо от характера их взаимодействия, когда процесс химической эрозии при повышении температуры замедляется.

Избирательная (селективная) химическая эрозия коррозион­но-стойких сталей наблюдается при использовании жидких метал­лов лития, натрия, калия в качестве теплоносителей: при этом происходит интенсивный переход хрома из стали в жидкий рас­плав с последующим образованием в нем оксидов хрома.

Локальная поверхностная химическая эрозия Мк в виде «ручьев» возникает при взаимодействии хромоникелевой стали 12Х18Н9Т с припоем системы Ni — Сг — Мп при температуре 1250 °С в течение 2,5 ч [12].

Межзеренная и межблочная эрозия связана с особым энерге­тическим состоянием границ зерен. Особое дислокационное строе­ние металлов и наличие разориентации способствуют повышению

энергетического состояния границ зерен и скорости диффузии вдоль них компонентов припоя, особенно компонентов, образую­щих твердые растворы внедрения (углерод, бор и др.). Особое энергетическое состояние границ зерен и блоков служит основным стимулом локального контактного твердожидкого плавления в на­чальной его стадии и возникает самопроизвольно вследствие тер­модинамического стимулирования. Развитие межзеренной эрозии облегчается при условии, если предельная растворимость жидкой фазы в твердой достаточно мала, а при температуре пайки на диа­грамме состояния Мк—Мп имеет место большой концентрационный перепад между температурами солидуса и ликвидуса. Методы оценки склонности Мк к химической эрозии в контакте с жидким Мп приведены в ГОСТ 21549—76.