Поверхностное натяжение припоя
При образовании паяного соединения одной из важных характеристик расплавленного припоя является его поверхностное натяжение.
Чтобы выяснить влияние поверхностного натяжения па процесс пайки, рассмотрим явления, происходящие на границе между расплавленным припоем и твердым телом.
Для этого выберем два атома в жидком припое, находящемся на твердом теле: один внутри припоя а и другой на его поверхности. Между атомом и всеми другими атомами жидкого припоя, окружающими его, существуют силы взаимного притяжения. Под их воздействием атом находится в равновесном состоянии. Для атома, находящегося на поверхности, силы притяжения не уравновешиваются, поэтому их равнодействующая направлена вниз и стремится втянуть атом вглубь жидкого припоя.
Все атомы, находящиеся на поверхности или близко к поверхности, подвержены действию притяжения, что и является причиной поверхностного натяжения.
Поверхностное натяжение различных жидкостей, в том числе и расплавленных припоев, неодинаково. Припои, имеющие большую силу поверхностного натяжения, плохо смачивают основной металл. Если кусок припоя с большим поверхностным натяжением положить на металлическую пластинку и нагревать до плавления, то он в жидком состоянии свертывается в сферу.
Такой припой не обеспечивает пайку. Припои, имеющие небольшую силу поверхностного натяжения, хорошо смачивают твердое тело, быстро растекаются по поверхности паяемого изделия. Это приводит к увеличению поверхности контакта припоя с основным металлом, через которую происходит взаимная диффузия.
Практически при пайке поверхностное натяжение косвенно определяется площадью растекания определенного количества припоя по поверхности паяемого материала. Чем меньше поверхностное натяжение припоя, тем больше его растекаемость. Степень смачивания припоем паяемого металла может быть характеризована также краевым углом, образуемым прямой, проведенной от границы между жидкой и твердой фазами касательно к поверхности жидкого припоя.
Если капля жидкого припоя, находящаяся на твердом теле, свертывается в шарик, то касательная к ее поверхности от точки соприкосновения с твердым телом будет параллельна к поверхности последнего, и припой совершенно не смачивает паяемый металл. При полном смачивании или растекании величина краевого угла равна нулю. Значения угла от 180 градусов до нуля дают различную степень смачиваемости:
180 градусов – Совершенно не смачивает
между 180 и 90 градусами – Не смачивает, но между жидкостью и твердым телом имеет место сцепление
От 90 до 70 градусов – Различная степень смачивания
0 градусов – Полное смачивание и растекание
Растекаемость и краевой угол характеризуют пригодность припоя в первом приближении. Но главным при образовании паяного шва является процесс взаимной диффузии припоя и основного металла и характер нового сплава, образовавшегося при этом.
Хорошее растекание припоя способствует диффузии, увеличивая поверхность соприкосновения припоя с основным металлом.