Особенности процессов флюсования при пайке

Способы пайки классифицируют соответственно ГОСТ 17349-79 по следующим характеристикам: по способу удаления оксидной пленки, по механизму формирования паяного соединения и по способу нагрева.

Оксидная пленка на поверхностях паяемого металла и расплавленного припоя препятствует взаимодействия между ними. Для удаления оксидной пленки в процессе пайки применяют флюсы, самофлюсующие припои, контролируемые газовые среды, вакуум, физико-механические средства. Наиболее давним из этих средств удаления оксидной пленки являются флюсы.

Флюсом называется неметаллическое вещество, которое предназначено для удаления адсорбированного кислорода или оксидных пленок с поверхности паяемого металла и припоя и предотвращения образования их при пайке на воздухе, для изменения поверхностного натяжения на границе контакта твердой и жидкой фаз.

В общем случае флюс должен соответствовать следующими требованиями: температура плавления флюса может быть на 50 – 1000 °С ниже температуры плавления припоя; флюс должен хорошо растекаться по поверхности паяемого металла и припоя с образованием сплошной пленки, которая защищает эти поверхности от вредного влияния окружающей среды; уменьшать поверхностное натяжение расплавленного припоя, обеспечивая наиболее полное смачивание им паяемого металла; флюс не должен изменять своего состава при нагревании в интервале температур пайки; должен сохранять флюсующие свойства на протяжении всего процесса пайки; легко удалятся из поверхности детали после пайки; не вызвать коррозии.

Процесс флюсования при пайке включает, в общем случае, три действия:

• смачивания паяемого металла и припоя флюсом;
• удаления оксидных пленок с поверхности паяемого металла и припоя;
• вытеснения флюса из соединительного зазора расплавленным припоем.

Механизм флюсующего действия растворов и расплавов флюсов складывается, в зависимости от природы флюсующего компонента, из таких процессов:

1. из химического взаимодействия между основными компонентами флюса и оксидной пленкой; продукты реакции флюсования растворяются в флюсе или выделяются в газообразном состоянии;
2. из диспергирования оксидной пленки в результате адсорбционного понижения ее прочности под влиянием расплава флюса;
3. из химического взаимодействия между активными компонентами флюса и паяемым металлом, в результате чего происходит постепенный отрыв оксидной пленки от поверхности металла и переход ее в флюс;
4. из растворение оксидной пленки в флюсе;
5. из разрушения оксидной пленки продуктами флюсования;
6. из растворение паяемого металла и припоя в расплаве флюса.

Разнообразие физико-химических свойств металлов и сплавов, применяемых в паяных изделиях, а следовательно, различия в составе и свойствах образующихся на их поверхности оксидных пленок обусловили необходимость применения различных флюсующих веществ. Одни из них обладают определенной степенью универсальности, то есть могут применятся для ряда металлов и сплавов, другие имеют узко специализированное назначение.

Наиболее универсальными для высокотемпературной пайки оказались флюсы на основе тетраборнокислого натрия Na2B4O7 (обезвоженная бура) и борной кислоты Н3ВО3. Для низкотемпературной пайки наиболее универсальные флюсы на основе хлористого цинка (ZnCl2). Большинство же флюсов состоят из многих химических веществ. Например, флюс 34А, для пайки алюминиевых сплавов состоит из четырех компонентов и имеет состав:

• Хлористый калий KCl – 50%
• Хлористый литий LiCl – 32%
• Флористый натрий NaF – 10%
• Хлористый цмнк ZnCl2 – 8%

При анализе композиций флюсов сложного состава можно видеть, что, с одной стороны, они содержат компоненты, которые не дают заметной реакции ни с оксидной пленкой, ни с основным металлом. Эти вещества являются основой флюса, служащий для образования при пайке защитной пленки, а также растворения других составляющих флюса и продуктов флюсования. Во флюсах, составленных из галоидных солей, роль такой основы выполняют хлориды щелочных и щелочноземельных металлов, которые хорошо растворяют в своем составе другие компоненты флюса, а также являются носителями продуктов, образующихся в процессе флюсования.

С другой стороны, в состав флюса сложного состава входят активные вещества. Во флюсе 34А такими веществами являются фтористый натрий, энергично растворяющий окислы металлов, и хлористый цинк, взаимодействующий непосредственно с алюминием. Процесс флюсования связан с взаимодействием оксидных пленок или непосредственно металлов с расплавами флюсов, среди которых можно выделить, по механизму флюсования, две основные группы:

• оксидные флюсы;
• галоидные флюсы.

Оксидные флюсы взаимодействуют главным образом с оксидной пленкой, в то время как основой флюсования галоидными флюсами являются реакции с основным металлом.