Чернение металла востребовано в различных сферах производства, однако чаще всего используется для декоративных целей в ювелирном деле и различных ремеслах.
Оцинковка металла является наиболее простым и дешевым способом его защиты от образования ржавчины. Наиболее популярным является метод горячей оцинковки.
По вопросу о роли флюса в процессе паяния (так же как и при лужении) до сего времени еще не создано единого представления.
По мнению одних исследователей роль флюса сводится к очистке поверхности твердого металла; другие считают, что флюс прежде всего уменьшает поверхностное натяжение расплавленного металла; третьи отмечают главным образом процесс высаживания на поверхности твердого металла металлических ионов, как имеющихся в самом флюсе, так и образующихся за счет растворения припоя во флюсе.
Многочисленные и разносторонние опыты показывают, что свести механизм действия флюса к какому-либо одному фактору, по-видимому, невозможно. Более правильно считать этот механизм комплексным, включающим в себя целый ряд протекающих параллельно взаимозависимых процессов.
Условия смачивания твердого металла припоем. Для получения качественной пайки необходимо прежде всего, чтобы расплавленный припой хорошо смачивал поверхность паяемого металла. Качество смачивания зависит от чистоты смачиваемой поверхности, от наличия или отсутствия на ней окисных пленок и от характера физико-химического взаимодействия между припоем и твердым металлом. Коэффициент смачивания определяется соотношением величин трех сил поверхностного натяжения: твердого металла на границе с газовой средой, жидкого припоя на границе с газом и твердого металла на границе с расплавленным припоем.
При достижении равновесия между этими тремя силами устанавливается определенный равновесный краевой угол смачивания, характеризующий смачиваемость данного твердого металла расплавленным припоем. Исследования показывают, что условия равновесия этих трех сил могут бить кардинальным образом изменены в нужном нам направлении путем замены в этой системе газовой среды какой-либо жидкой средой, изменяющей величины участвующих в равновесии сил поверхностных натяжений. Такой жидкой средой в практике является флюс.
Подбирая соответствующим образом состав флюса, можно так изменить величины поверхностных натяжений (например, уменьшить), что краевой угол смачивания будет значительно уменьшен или даже доведен до нуля. Опыты показывают, что большинство флюсов действительно снижают поверхностное натяжение припоя.
Чтобы выполнить свои функции, флюс должен хорошо смачивать поверхность твердого металла, однако сцепление его с твердым металлом (адгезия) должно быть слабее сцепления с той же поверхностью расплавленного припоя, так как только в этом случае расплавленный припой сможет вытеснить флюс и заполнить паяный шов.
Одновременно с непосредственным влиянием на величину поверхностного натяжения флюс очищает поверхность паяемого металла и предохраняет его от окисления при нагреве в процессе паяния, что в свою очередь улучшает условия смачивания паяемого металла припоем.
Очистка поверхности паяемого металла. Хорошее смачивание поверхности паяемого металла или сплава припоем возможно только в том случае, если эта поверхность свободна от жира, пыли, грязи и окисной пленки. Даже на тщательно подготовленной для паяния поверхности металла неизбежно остается тонкий слой окислов, травильных солей и т. п. Образующиеся при травлении металла соли могут создать на поверхности непроницаемую для расплава стойкую пленку, препятствующую смачиванию.
Соляная кислота, например, хорошо удаляет с поверхности металла окисные пленки, но образующиеся при этом хлористые соли не обладают флюсующими свойствами, и перед паянием поверхность металла должна быть тщательно промыта, а остатки хлористых солей должны удаляться флюсом. Кроме окислов, на поверхности металла могут оказаться какие-либо местные загрязнения, поэтому флюс должен обладать способностью удалять с поверхности металла также и эти пленки.
Окисляющие кислоты (азотная и серная) не обладают флюсующими свойствами, так как они при травлении создают на металле стойкую, плохо смачивающуюся припоем пленку. Наиболее сильным флюсующим действием обладают смеси металлогалогенных солей, например хлористых. Травящее действие хлористых солей объясняют образованием во флюсе соляной кислоты, например при разложении нашатыря, по реакции
или в результате гидролиза хлористого цинка.
Образовавшаяся в результате этих реакций соляная кислота реагирует с окислами на поверхности твердого металла. Для образования соляной кислоты необходимо присутствие воды, поэтому, как показывают опыты, активность водных флюсов выше, чем расплавленных.
Некоторые из флюсов, например канифоль, очищают поверхность твердого металла от окислов в результате происходящих при нагреве процессов восстановления. Восстанавливающими свойствами обладают также флюсы, содержащие в своем составе нашатырь. Аммиак,
в свою очередь, распадается на азот и водород: последний (в атомарном состоянии) активно восстанавливает окислы металлов.
Растворение окислов на поверхности расплавленного припоя. При расплавлении припоя неизбежно происходит частичное окисление его, в результате чего на поверхности припоя образуется пленка окислов, толщина и плотность которой зависят от состава припоя. Появление окисной пленки резко увеличивает поверхностное натяжение припоя и ухудшает процесс смачивания им твердого металла. Для улучшения растекания припоя по поверхности твердого металла необходимо удалить образовавшуюся на расплавленном припое окионую пленку; эту функцию также должен выполнять флюс.
Наиболее активными растворителями окисной пленки ча легкоплавких припоях являются водные растворы хлористого цинка, двухлористого олова и хлористого аммония (нашатыря). Для тугоплавких припоев типичными растворителями окисных пленок являются бура, спиртовые растворы фосфорной кислоты и т. п.
Защита металла основы и расплавленного припоя от окисления в процессе паяния. Все обычно применяемые в технике металлы в большей или меньшей мере склонны к окислению кислородом воздуха; интенсивность этого окисления резко растет с повышением температуры металла. Окисленные металлические поверхности, как известно, плохо смачиваются припоем, поэтому при нагреве в процессе паяния металл изделия и припой должны быть по возможности защищены от окисления. Эту функцию также выполняют флюсы. Ввиду того что особо быстро окисление поверхности металла идет при повышенных температурах, флюс необходимо наносить до разогрева изделия перед пайкой.
При паянии методом погружения (например, в производстве радиаторных трубок) для того, чтобы избежать чрезмерного охлаждения припоя, иногда применяют предварительный подогрев изделия перед флюсованием. Поверхность металла при этом несколько окисляется, но ввиду того, что с поверхностью горячего металла флюс взаимодействует более активно, образовавшаяся при подогреве окисная пленка при флюсовании полностью снимается.
Многие флюсы, как, например, канифоль, сало и другие жиры, слабо растворяют уже образовавшиеся окисные пленки, но достаточно хорошо защищают поверхность расплавленного припоя от дальнейшего окисления.
Электролитическое взаимодействие флюса с твердым металлом. На границе соприкосновения паяемого металла, расплавленного припоя и флюса образуется подобие гальванического элемента, в котором металл основы и припой являются электродами, а флюс — электролитом. При этом какой-либо металл, входящий в состав припоя, переходит во флюс и затем высаживается на поверхности паяемого металла впереди линии соприкосновения припоя с основой. Кроме того, входящие в состав флюса металлические катионы также могут высаживаться на поверхности твердого металла.
Таким образом, впереди растекающегося припоя происходит образование слоя металлов, отличных от металла основы, и припой растекается по этому вновь образовавшемуся слою; этим самым создаются новые условия равновесия, и смачивание твердой поверхности припоем может резко улучшиться.
Все известные в настоящее время флюсы обладают описанными выше свойствами, хотя и не в равной степени. Одни из них характерны явно выраженным травящим действием, другие — главным образом снижают поверхностное натяжение припоя, третьи — прежде всего обеспечивают образование слоя электрохимически выпадающего металла и т. д.
Часто во время осуществления сварки или пайки металлов и их сплавов возникают неожиданные проблемы. О многих из них мы и поговорим в разделе «вопросы и
ответы»
Эмалирование металлов – технология, которая позволяет наносить на поверхность изделий из стали специальный защитный слой, отличающийся великолепными эстетическими
свойствами.
По вопросу о роли флюса в процессе паяния (так же как и при лужении) до сего времени еще не создано единого представления.
