Адгезионное и когезионное взаимодействия при пайке. Характеристика процесса смачивания

После расплавления припоя и достижения атомами металла требуемого уровня активации начинается взаимодействие, в процессе которого происходит смачивание поверхности основного металла расплавом припоя.

При этом две свободные поверхности заменяются одной границей фаз с более низкой свободной поверхностной энергией системы. На этой стадии образования спая основную роль играют квантовые процессы между частицами атомных размеров.

В ходе взаимодействия атомов паяемого металла и расплавленного припоя возможна коллективизация электронов и образование металлической связи. Химическая связь образуется между атомами, обладающими дополнительной энергией, равной или большей энергии активации. Прочная связь между ними возникает при условии, если они находятся на расстояниях, при которых возможно перекрытие их волновых функций.

Адгезия поверхностное явление, которое приводит к снижению поверхностной энергии тела. Адгезия сцепление, притяжение, прилипание это связь между атомами, молекулами, ионами разнородных конденсированных тел при их молекулярном контакте. При адгезии сохраняется граница раздела фаз, которая образуется между двумя твердыми телами или твердым телом и жидкостью.

Когезия определяет связь между молекулами (атомами, ионами) внутри тела в пределах одной фазы и характеризует прочность конденсированных тел и их способность противодействовать внешней нагрузке. Когезия определяет свойства взаимодействующих материалов, а адгезия характеризует поверхностные явления, которые возникают на границе раздела фаз. В результате адгезионного взаимодействия происходит явление — смачивание.

Смачивание – процесс самопроизвольного образования межатомных связей при снижении межфазной поверхностной энергии; смачивание характеризуется поверхностными свойствами фаз, которые взаимодействуют при пайке – поверхностным натяжением и свободной поверхностной энергией. Процесс смачивания термодинамически выгоден, так как приводит к уменьшению поверхностной энергии системы (поверхностного натяжения). Поверхностное натяжение – сила, которая действует по касательной к поверхности жидкости или твердого тела и стремится сократить свободную поверхность жидкости до минимальных размеров, поэтому капля жидкости имеет форму, приближенную к сферической. Величина силы поверхностного натяжения – мера неравновесности системы, причем не только в системе газ жидкость, но и в системе жидкость – жидкость. Чем меньше поверхностное натяжение, тем более существенным для системы является взаимодействие молекул, которые находятся на границе раздела фаз.

Таким образом, адгезия и смачивание две стороны одного и того же явления, которое возникает при взаимодействии жидкости с твердым телом. Адгезия обусловливает связь между твердым телом и контактирующей с ним жидкостью. Смачивание результат этой связи. Существуют два типа поверхностей по способности смачиваться гидрофильные поверхности и гидрофобные поверхности. Гидрофильность или гидрофобность поверхностей может быть охарактеризована величиной краевого угла смачивания. Гидрофильность означает родственность, которая заключается в интенсивном взаимодействии между собою молекул жидкости и твердого тела. На гидрофильных поверхностях жидкость под действием поверхностного натяжения твердого тела тг превращается в пленку. Краевой угол смачивания на гидрофильных поверхностях равняется нулю.

Итак, при растекании расплава припоя при контакте с поверхностью паяемого металла могут проходить физико-химические процессы: химическая эрозия; адсорбционное снижение прочности в зоне спая как следствие снижения свободной поверхностной энергии на границе раздела фаз: паяемый металл — расплав припоя; растворение паяемого материала в расплаве припоя; диффузия в объем твердого металла, а также по границам зерен и дефектам структуры металла; химическое взаимодействие контактирующих пар.

Особенностью физико-химического взаимодействия паяемого металла и расплава припоя является резкое увеличение работы адгезии в определенном диапазоне температур.