4.1. Механизм флюсования при пайке с флюсом в виде водного раствора ZnCl2

Такой флюс получают чаще всего путем растворения металлического Zn в соляной кислоте HC. Растворение проводят до полного взаимодействия соляной кислоты по реакции

Zn + 2HC = ZnCl₂ + H₂O.

Продукт реакции и есть флюс, который обычно называют травлёная кислота. При пайке этим флюсом в результате нагрева происходит обезвоживание флюса (Н₂О - испаряется).

При этом происходит реакция

ZnCl₂ + H₂O = ZnO + 2HCl.

ZnO является активным флюсующим веществом по отношению к железу к Fe, Cu и другим металлам. Он связывает находящиеся на поверхности оксиды и переводит их в шлак. Наряду с этим в реакции участвует и HC

FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O.

Хлориды легко растворяются в воде и смываются при промывке. Наличие HC повышает активность флюса.

При пайке тугоплавкими припоями на основе Cu и Ag применяют солевые флюсы на основе буры (Na₂B₄O₂  10H₂O) и борного ангидрида B₂O₃ (для снижения Т_пл).

Т_пл. 450^оC

Флюсующее действие буры связано с её способностью связывать оксиды с образованием сложных боратов.

Например, ZnO + Na₂B₄O₂ = Zn(BO₂)₂  2NaBO₂.

Во флюс добавляют также CaF₂ для ешё большего снижения Тпл. (для пайке Ag - припоями). При пайке Al – сплавов припоем на основе силумина (Al-Si) применяют флюс тот же, что и для сварки – смесь фтористых и хлористых солей щелочных и щелочноземельных металлов.

5. Взаимодействие водорода и азота с металлом при сварке и пайке

Водород. Большинство металлов в твердом и жидком состоянии растворяет водород. Fe, Wi, Cu, Al, Mo, Ag растворяют водород в атомарном состоянии без образовании химических соединений. С такими элементами как Zr, Ti, V водород образует химические соединения – гидриды.

Водород в сталях. В условиях сварки и пайки концентрация водорода в металле шва определяется его исходным содержанием в основном и присадочном металлах, а также взаимодействием с окружающей средой.

Как правило, исходная концентрация водорода в основном и присадочном металлах невелика, т. к. водород легко диффундирует в атмосферу при взаимодействии на воздухе.

Основную роль в повышении содержания водорода в металле шва играет воздействие окружающей среды. При этом влага в окружающей среде и на поверхности деталей и присадочной проволоки - основной источник водорода при сварке. Поэтому защитные газы следует осушать, электроды и флюсы прокаливать, если условия хранения плохие. Присутствие водорода в стали приводит к существенному снижению пластичности (обычно в легированных сталях).

Водород в алюминии и его сплавах. Основной источник водорода – водяные пары окружающей среды, а также гидратированная влага на поверхности основного и, особенно, присадочного металла (т. к. его много переплавляется).

Повышенное содержание водорода в алюминиевых сплавах оказывает главным образом влияние на развитие газовой пористости.

Азот. Обычно азот растворяется в тех металлах, с которыми он может вступить в химическое взаимодействие с образованием нитридов: Fe, Mn, Ti, Mo, Zn, Cr, V, Tа и др.

Нитриды в алюминии образуется только при высоких температурах и они нерастворимы ни в жидком, ни в твердом алюминии. В противоположность водороду азот из металла при комнатной температуре не выделяется, т.к. он связан в химических соединениях. Наличие азота в стали резко снижает пластичность. Например, при увеличении содержания азота в низкоуглеродистой стали с 0,001 до 0,15% относительное удлинение (пластичность) падает с 25% до 3%. Наиболее существенным способом понижения азота в металлах является исключение его из состава газовой фазы, окружающей расплавленный металл при сварке. Удаление азота из металла шва (если он попал туда) затруднительно, т.к. азот в условиях быстрого охлаждения при сварке фиксируется в виде твердого раствора нитридов. В дальнейшем даже небольшой нагрев (100-200^оС) способствует распаду твердого раствора и выделению нитридов. При этом резко падает пластичность металла шва. В связи с этим проблеме защиты металла сварочной ванны от азота уделяется особое внимание.