波峰焊接基础技术理论之润湿过程中的作用力

波峰焊接基础技术理论之润湿过程中的作用力，这样软钎料与被接合的基体金属的原子间距离才能接近到原子间力作用的程度。

1.润湿过程中的作用力 

⑴   作用于原子间的力

        在高温下具有粘性的二相同金属间，只要在高温下加上不大的压力，就可以使它们之间相互紧密贴合。软钎接时，因为软钎料处于熔融状态，在金属表面产生润湿，不需加外力，只要基体金属表面是洁净的，就能很容易地达到原子间力作用所需要的距离。

⑵   熔融金属的聚合力及附着力

        润湿是物质所具有的聚合力的作用结果，而紧密贴合与表面张力有关。产生表面张力的原因是聚合力。为了分析此问题，我们以在玻璃管中的液体和管壁接触部位的状态来说明，如图3所示。

       在图3中，液体分子受到对玻璃壁的附着力F  f 及液体本身的聚合力F c 的作用(忽略重力作用)，按液面形状作用于液面分子的外力是垂直于液面的。图3(左)由于水与玻璃壁之间的附着力大，所以合力F  d 的方向是指向玻璃壁内的。因此，合力F d  与成直角的液面成为凹面。当出现这种凹面时，因表面张力作用产生收缩力，而使管内液面上的压力减少。然而在同一液面上各点的压力必然是相等的，所以液面上升。

        在软钎接中，润湿和熔融钎料的聚合力及基体金属的附着力有关，聚合力越弱，即固体面与液体原子的附着力比液面原子聚合力越大，越易产生毛细管现象。

        由此可知，为实现软钎接，首先要产生润湿，由于润湿，当软钎料与基体金属的原子间距离非常接近时，原子的聚合力即发生作用，使软钎料与基体金属合并为一体，完成了接合。

⑶  表面张力

       表面张力是在液体的表面分子因受聚合力的作用而被拉向液体内部，成为表面面积最小时所发生的。在液体内部的每个分子，被其它分子所包围，受力状态是平衡的。而液面的分子，因其上部存在着不同的相，而这个相的分子密度小，因而受到垂直于液面并指向液体内部的力。因此，在液体表面产生结膜现象，使表面面积收缩为最小(球形)。这种力就是表面自由能，该力称为表面强力。

⑷  毛细管现象

       在洁净的固体金属表面上，放置熔融状态的洁净钎料，钎料液体就会在固体金属表面扩展并润湿固体金属。这一现象是液态钎料在固体金属表面的细小凹凸间隙中，借助于毛细管现象，向四方扩展而引起的。

2. Young 定理

       液态钎料在固体金属表面的润湿过程，则产生下述自由能，如图5所示。

 图5中：

             F  SF  ：固体金属与助焊剂之间的界面张力(自由能)；

             F   LS  ：液态钎料与固体金属之间的界面张力(自由能)；

             F  LF  ：液态钎料与助焊剂之间的界面张力(自由能)；

             θ     ：接触角；

            cosθ：润湿系数。

       这些自由能之间的关系可以用Young定理来描述，即：

                                             PSF=PLS+PLFcosθ                                         

( 1 )        

       设附着功为Wa ，其近似值可用下式表示：

                                            Wa=PSF+PLF－PLS  

 ( 2 )

       由式( 1 )和式 ( 2 )可得到：

                                            Wa = PLS＋PLF cosθ+PLF－ PLS＝  PLF  ( cosθ＋ 1 ) ( 3 )  

        图5中的“A”点上三个矢量的平衡状态，表示了表面能的平衡，PLF 是作用于与液体曲面相切方向的液体的表面张力，也就是使液态钎料表面积为最小的力。θ为1800时，为完全不润湿状态，而θ为00 时，为完全润湿。在工业批生产中可作如下分级：

      00  ≤  θ   ≤300     润湿优良                300  ≤  θ   ≤400    润湿良好

      400  ≤  θ   ≤550    润湿可接受              550  ≤  θ  ≤700    润湿不良

3.扩散作用及Fick定理

 扩散作用，在接合过程中，在发生润湿现象后立即伴有扩散作用，因而形成了界面层或合金层。因晶格中金属原子不断地进行着热振动，当温度达到足够高时，就从一个晶格向其它晶格自由移动，这现象称为扩散。移动的速度及数量与温度和时间有关。

        扩散随钎料、固体金属的种类及温度等的不同而各异，由扩散而形成的中间层，对接合部的物理、化学性能，特别是机械性能、抗蚀性能有很大的影响。

        软钎接中，钎料在基体金属的晶粒中的扩散称体扩散，扩散到基体金属内部晶粒中的Sn可产生不同组分的界面合金层，如图6所示。

以上一文，仅供参考！

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