В условиях пайки армко-железа высокотемпературными припоями установленная закономерность изменения площади растекания от степени разрежения сохраняется (рис. 12). Механические испытания образцов из армко-железа, паянных медью, при различных степенях разрежения показали, что при вакууме 10-2 мм рт. ст. свойства не снижаются, а в отдельных случаях наблюдается более высокая прочность соединений (рис. 13).
Замена воздушной среды вакуумируемого пространства аргоном исключает возможность взаимодействий твердого и жидкого металлов с активными газами атмосферы воздуха и, следовательно, не происходит снижения их поверхностной энергии.
Условия растекания припоев в камере пайки в этом случае не меняются с изменением степени разрежения.
Прочность связи кислорода с металлами увеличивается в направлении Ag-Си-Ni-Fe, поэтому для оценки влияния на процесс растекания припоев устойчивости окисной пленки на основном металле в качестве последнего было исследовано серебро.
Окислы серебра в атмосфере воздуха разлагаются уже при 200°С. При более высоких температурах на поверхности серебра не будет окисной пленки, исключается образование и слоя адсорбированного кислорода.
Поэтому площадь растекания припоев в камере пайки, предварительно заполненной воздухом, не должна зависеть от степени вакуумирования. Эксперименты показали, что растекание индия и олова по серебру при 500°С не зависит от степени разрежения.
Рис. 12. Площадь растекания индия (1) и припоя ПСр 72 (2) по никелю марки НП-2 в зависимости от степени вакуумирования. Температура пайки 850°С, выдержка 5 мин.
Рис. 13. Площадь растекания (5) и прочность соединения на срез (tcp) при пайке армко-железа медью в зависимости от степени вакуумирования. Температура пайки 1120°С, выдержка 1 мин.
Экспериментальные данные показывают, что влияние на процесс растекания припоев в вакууме оказывает совокупность ряда факторов. Основными из них являются состав паяемого металла и припоя, состав и парциальное давление газов в камере пайки.
При смачивании серебра в вакууме адсорбированный слой при температуре пайки не образуется, расплав припоя взаимодействует непосредственно с металлом подложки. Поэтому снижения межфазной энергии в результате адсорбции газов на границе твердой и жидкой фаз не происходит.
При применении в качестве подложки неблагородных металлов на границе твердой и жидкой фаз будет протекать взаимодействие окисной пленки с расплавом припоя.
Поскольку окисная пленка на поверхности меди состоит из закиси меди Си2О и окиси меди СиО, то в случае смачивания меди расплавами указанных выше металлов на границе твердого и жидкого металлов возможны реакции:
где Me - металл, применяемый в качестве припоя;
[Си]Ме - раствор меди в Me;
[MeO]CuО - раствор окисла Me в окиси меди;
[MеO]Cu2О - раствор окисла Me в закиси меди.
Для обеспечения смачивания и растекания припоя по основному металлу наибольший интерес представляют реакции 3 и 4.