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关于钎焊的机理-钎焊知识(2)

2011/8/21    作者:未知    来源:ttcad    阅读:1215

浸润(Wetting)

软钎焊的第一个条件,就是已熔化的焊料在要连接的固体金属的表面上充分漫流以后,使之熔合一体,这样的过程叫作“浸润”(或润湿)。 粗看起来,金属表面是很光滑的。但是,若用显微镜放大看,就能看到无数凹凸不平,晶粒界面和划痕等,熔化的焊料没着这种凹凸与伤痕,就产生毛细作用,引起漫流浸润。


产生浸润的条件

为了使已熔焊料浸润固体金属表面,必须具备一定的条件。条件之一就是焊料与固体金属面必须是“清洁”的,由于清净,焊料与母材的原子间距离就能够很小,能够相互吸引,也就是使之接近到原子间力能发生作用的程度。斥力大于引力,这个原子就会被推到远离这个原子的位置,不可能产生浸润。当固体金属或熔化的金属表面附有氧化物或污垢时,这些东西就会变成障碍,这样就不会产生润湿作用,金属表面必须清洁,这是一个充分条件。
由于本论坛不支持文档中夹图表,因此在这里省略金属结构和原子相互作用力的示意图解释,请大家海涵。

表面张力

表面张力是液体表面分子的凝聚力,它使表面分子被吸向液体内部,并呈收缩状(表面积最小的形状)。液体内部的每个分子都处在其它分子的包围之中,被平均的引力所吸引,呈平衡状态。但是,液体表面的分子则不然,其上面是一个异质层,该层的分子密度小,平均承受垂直于液面、方向指向液体内部的引力。其结果,出现了在液体表面形成一层薄膜的现象,表面面积收缩到最小,呈球状。这是因为体积相同、表面积最小的形状是球体。这种自行收缩的力是表面自由能,这种现象叫做表面张力现象,这种能量叫做表面张力或表面能。这个表面能是对焊料的润湿起重要作用的一个因素。


毛细管现象

将熔化的清洁的焊料放在清洁的固体金属表面上时,焊料就会在固体金属表面上扩散,直到把固体金属润湿。这种现象是这样产生的:焊料借助于毛细管现象产生的毛细管力,沿着固体金属表面上微小的凸凹面和结晶的间隙向四方扩散。
液态金属不同于固体金属,其点阵排列不规则,以原子或分子的形态做布朗运动。因此,处在这种状态下的金属具有粘性和流动性,而没有强度。在这种情况下,金属在熔点附近的体积变化为3~4%左右。
关于毛细现象,有多种图表进行解释,初中物理课本的水银和水在细玻璃管壁的平衡形态,就是一个很好的解说。毛细原理是液态金属和固体金属间润湿的基础,有一个著名的托马斯-杨公式表示,大致是液态金属原子之间的作用力,液态金属和固体金属原子之间的作用力,液态金属原子和环境(空气、助焊剂等)原子作用力之间,三者的合力与液体球面切线的夹角,指向液态金属扩展的方向,则具有润湿的倾向,夹角越大,则润湿能力越强。具体可查阅相关资料。


扩散(Diff usion)

前面对软钎焊中的重要条件——浸润问题作了叙述,与这种浸润现象同时产生的,还有焊料对固体金属的扩散现象。由于这种扩散,在固体金属和焊料的边界层,往往形成金属化合物层(合金层)。
通常,由于金属原子在晶格点阵中呈热振动状态,所以在温度升高时,它会从一个晶格点阵自由地移动到其它晶格点阵,这人现象称为扩散现象。此时的移动速度和扩散量取决于温度和时间。例如,把金放在清洁的铅面上,在常温加压状态下放几天,就会结合成一体,这类的结合也是依靠扩散而形成的。
一般的晶内扩散,扩散的金属原子即使很少,也会成为固溶体而进入基体金属中。不能形成固溶体时,可认为只扩散到晶界处。因在常温加工时,靠近晶界处晶格紊乱,从而极易扩散。
固体之间的扩散,一般可认为是在相邻的晶格点阵上交换位置的扩散。除此之外,也可用复杂的空穴学说来解释。当把固体金属投入到熔化金属中搅拌混合时,有时可形成两个液相。一般说来,固体金属和熔化金属之间就要产生扩散。下面,就介绍这些金属间发生的扩散。


扩散的分类

扩散的程度因焊料的成分和母材金属的种类及不同的加热温度而异,它可分成从简单扩散到复杂扩散几类。
大体上说,扩散可分为两类,即自扩散(Self-diffusion)和异种原子间的扩散——化学扩散(Chemical diffusion)。所谓自扩散,是指同种金属原子间的原子移动;而化学扩散是指异种原子间的扩散。如从扩散的现象上看,扩散可分为三类:晶内扩散(Bulk diffusion)、晶界扩散(Grain-boundary diffusion)和表面扩散(Surface diffusion)。
通过扩散而形成的中间层,会使结合部分的物理特性和化学特性发生变化,尤其是机械特性和耐腐蚀性等变化更大。因此,有必要对结合金属同焊料成分的组合进行充分的研究。

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