Развитие процессов диффузии, растворения и испарения в процессе пайки

Работы по изучению процессов диффузии в металлах направленны на опредепение того, с какой скоростью и каким образом атомы вещества перемещаются в кристаллической решетке. Рассматривают два вида диффузии – самодиффузию и гетеродифузию, или химическую диффузию. Самодиффузией называется тепловое перемешивание атомов в чистых металлах или металла — растворителя в твердых растворах; этот процесс проходит при отсутствии градиента концентрации вещества, то есть самодиффузия проходит при постоянной концентрации веществ в телах и обуславливает перемешивания атомов в них.

Гетеродиффузиею, или химической диффузией, называется перемещение в веществе чужеродных растворенных атомов при наличии градиента концентрации вещества. Если гетеродиффузия сопровождается образованием в диффузной зоне новых фаз, она называется реакционной. В твердых металлах диффузия может проходить по поверхности, на границе зерен и в объеме отдельных зерен. Диффузия по поверхности имеет большое значение в процессах пайки. От интенсивности диффузии расплавленного припоя по поверхности паяемого металла зависит возможность его смачивать паяемий металл. Этот вид диффузии проходит не только на внешней поверхности паяемого металла, но и на внутренних поверхностях дефектов (раковин, пор, рыхлот).

Рассматривая процессы диффузии на границе зерен, надо иметь в виду, что одновременно с ней протекает диффузия в объем зерен. Только при достаточно низких температурах диффузию на границе зерен и в объем зерна можно считать такими, что проходят независимо друг от друга.

Диффузия по границам зерен зависит от состояния границ и от размера зерен металла. Увеличение размера зерна приводит к уменьшению коэффициента диффузии. Такая зависимость связана с тем, что атомы на границе зерна имеют повышенную концентрацию вакансий. Повышение интенсивности диффузии при уменьшении размера зерна металла возникает в результате большей подвижности границы зерен в мелкозернистом металле, чем в крупнозернистом. Диффузные процессы, которые проходят при формировании паяного соединения, условно можно разделить на четырех стадии.

Первая стадия — диффузия в твердой фазе, которая предшествует образованию в шве жидкой фазы. Вторая стадия — диффузия в расплаве припоя от момента его плавления до насыщения компонентами паяемого металла и образования жидкой фазы равновесного состава, который отвечает пересечению изотермы температуры пайки с линией ликвидус диаграммы состояния взаимодействующих металлов. На третьей стадии проходят диффузные процессе в шве с момента установления равновесного состава расплава в шве. Четвертая стадия диффузии протекает в твердом металле в процессе термообработки паяного соединения или охлаждения после пайки.