научная статья по теме СМАЧИВАНИЕ РАСПЛАВАМИ ОЛОВО–СВИНЕЦ ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМИНИЯ И МЕДИ Физика

Текст научной статьи на тему «СМАЧИВАНИЕ РАСПЛАВАМИ ОЛОВО–СВИНЕЦ ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМИНИЯ И МЕДИ»

ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2015, № 6, с. 95-99

СМАЧИВАНИЕ РАСПЛАВАМИ ОЛОВО-СВИНЕЦ ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМИНИЯ И МЕДИ

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (Государственный технологический университет),

362021 Владикавказ, Россия 2Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, 360004 Нальчик, Россия 3Чеченский государственный университет, 364907Грозный, Россия *Е-таИ: sozaejf@mail.ru Поступила в редакцию 07.10.2014 г.

Приводятся политермы углов смачивания расплавами олово—свинец поверхности алюминия и меди, обнаружены пороги смачивания. На основе исследований морфологии поверхности уточняется механизм смачивания алюминия и меди жидким оловом с малыми добавками свинца.

Ключевые слова: растровая электронная микроскопия, расплавы $п—РЬ, политермы углов смачивания алюминия и меди

В электронике широко используются свинцо-во-оловянные припои, поверхностные свойства которых изучены достаточно подробно [1]. На изотермах поверхностного натяжения в области малых концентраций свинца обнаруживаются осцилляции поверхностного натяжения [2]. Однако влияние малых добавок свинца на величину угла смачивания расплавами 8п—РЪ алюминия и меди изучено недостаточно. В работе [3] показано, что жидкий свинец смачивает медь, первоначальный контактный угол составляет 78°, в течение 5 мин он достигает нулевого значения. Жидкое олово растекается значительно медленнее, нулевой контактный угол образуется за 10 мин. Сплавы РЪ + 8п, содержащие 5—10 мас. % 8п, растекаются значительно быстрее, чем чистые компоненты, при этом время полного растекания составляет 2—3 мин. С увеличением содержания 8п до 20 мас. % скорость растекания уменьшается. Микрорентгеноспектраль-ные исследования системы Си—(РЪ + 20 мас. % 8п), проведенные в работе [3], позволили определить диффузионную зону для олова, которая составляет 10 мкм. Основной фазой является а-твердый раствор олова в меди с включениями кристаллов интерметаллида Си318п8 в виде пирамид, которые легированы свинцом до 6 мас. % РЪ. Отмечается укрупнение зерен интерметаллической фазы вблизи границы контакта с жидким сплавом РЪ + + 20 мас. % 8п.

В работе [4] представлены результаты экспериментального исследования поверхностных свойств эвтектического сплава олово—алюминий.

Исследованы температурные зависимости углов смачивания пластин из алюминия и алюминий-литиевого сплава жидким оловом и эвтектикой олово—алюминий. Обнаружены пороги смачивания при температуре свыше 765 К. На политермах углов смачивания оловом и расплавом (8п—Л1)эвт сплава Л1 + 4 ат. % Ы обнаружены пороги смачивания при температуре в интервале 810—820 К и Т = 765 К соответственно. При смачивании сплава Л1 + 4 ат. % Ы эвтектическим расплавом системы 8п—Л1 наблюдается образование игольчатых структур, которые, видимо, и сдерживают смачивание подложек на начальном этапе наряду с оксидными пленками на поверхности капель расплавов.

В настоящей работе изучаются политермы углов смачивания расплавами 8п—РЪ алюминия и меди, а также морфология поверхности подложек после смачивания.

Сплавы 8п—РЪ готовились в физико-техническом институте низких температур им. Б.И. Вер-кина (г. Харьков, НАН Украины) в стеклянных ампулах в атмосфере гелия из олова чистотой 99.9995 и свинца 99.9999 мас. % соответственно. В процессе плавки расплав интенсивно перемешивался, затем закристаллизовывался. Получившийся слиток далее использовался для приготовления образцов. Капля исследуемого вещества подавалась через кварцевую воронку с вытянутым капилляром. Перед началом опытов в рабочую камеру высокотемпературной установки с

Рис. 1. Политермы угла смачивания сплавом Pb— 10.6 мас. % Bi стали ЭК-173: черные ромбики — обмер в среде CorelDraw, светлые ромбики — обмер с помощью программы ImageJ.

водоохлаждаемым корпусом напускался гелии, затем проводилась откачка до давления 0.01 Па. При заданной температуре капля выдерживалась 5 мин, интервал между последовательными снимками составлял 1—2 мин. Углы смачивания изучались методом лежащей капли [5].

Снимок экваториального сечения капли на подложке в более ранних исследованиях [6] передавался на персональный компьютер и обрабатывался при помощи приложения CorelDraw. В настоящей работе метод лежащей капли для измерения угла смачивания применялся с использованием нового программного подхода к определению угла смачивания по параметрам фотографии капли. Этот подход реализован при помощи приложения

ImageJ [7], свободно распространяемого Швейцарским федеральным институтом технологии (bigwww.epfl.ch/demo/dropanalysis). Данное приложение является одним из эффективных инструментов обработки любых изображений, получаемых в различных физических, химических и технологических опытах. Оно содержит множество опций по фильтрации изображения, выделения контуров, четкости, резкости, фурье—преобразования и т.д. Однако для определения угла смачивания в программу необходимо загрузить две подпрограммы: DropSnake и LB-ADSA, соответственно, для случаев 9 > 90° и 9 < 90°.

На рис. 1 продемонстрированы результаты обмера угла смачивания 9 двумя описанными выше методиками, приводятся политермы угла смачивания подложки из реакторной стали ЭК-173 расплавом свинца с небольшими добавками висмута (до 10.6 мас. %) [8]. Из рис. 1 видно, что оба метода дают одинаковые (в пределах ошибок измерений) результаты для угла смачивания 9.

Результаты исследований показали (рис. 2—5), что на политермах наблюдаются пороги смачивания. Смачивание алюминия чистым оловом начинается при температуре выше 700 K. Добавки свинца смещают температуру резкого снижения углов смачивания 9 в область более низких температур. Температура порога смачивания максимальна для чистого олова.

Для уточнения механизма смачивания методом растровой электронной микроскопии была выбрана алюминиевая подложка. На рис. 4 дано ее изображение до растекания капли. На рис. 4а видно, что перед растеканием наблюдается пред-

Sn—0.6 ат % Pb на Al ;-Sn на Al Pb на Al -*-Sn-1.0 ат. % Pb на Al -▼-Sn-0.1 ат. % Pb на Al -♦-Sn-0.2 ат. % Pb на Al

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎