ГОСТ 23904-79

ГОСТ 23904-79 Паяння. Метод визначення змочування матеріалів припоями

ГОСТ 23904-79

Група В09

ДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ СПІЛКИ РСР

ПАЙКА. МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ЗМАЧУВАННЯ МАТЕРІАЛІВ ПРИПОЯМИ

Brazing and soldering.
Метод для визначення матеріалів wetting with solders

Строк дії з 01.07.1980
до 01.07.1985 *
_______________________________
* Обмеження терміну дії знято
постановою Держстандарту СРСР
від 22.12.89 N 4020 (ІВД N 4, 1990 рік). -
Примітка виробника бази даних.

РОЗРОБЛЕН Державним комітетом СРСР за стандартами Академією наук УРСР **

ВИКОНАВЦІ**

М.М.Сірченко, канд. техн. наук; Ю. В. Найдіч , чл.-кор. АН УРСР, проф., д-р техн. наук; А. В. Савченков ; В. С. Журавльов , канд. техн. наук; В. М. Перевертайло , канд. хім. наук; Л. І. Лемберт **

ВНЕСЕН Державним комітетом СРСР зі стандартів**

Зам. голови П. С. Малишков **

ЗАТВЕРДЖЕНИЙ І ВВЕДЕНИЙ У ДІЮ Постановою Державного комітету СРСР за стандартами від 23 листопада 1979 р. N 4495 **
_________________
** Інформаційні дані наведені з офіційного видання, М.: Видавництво стандартів, 1980. - Примітка виробника бази даних.

ПЕРЕВИДАННЯ. Квітень 1982


Цей стандарт поширюється на метод визначення змочування матеріалів припоями за такими характеристиками:

крайовому куті змочування та площі розтікання;

початкової швидкості змочування та часу розтікання (для припоїв з 723 К).

Стандарт застосовують для оцінки сумісності матеріалів під час паяння, розробки технологічного процесу паяння та оптимізації його параметрів, а також розробки нових припоїв і флюсів.

1. ВИЗНАЧЕННЯ ЗМАЧУВАННЯ ПО КРАЄВОМУ КУТІ І ПЛОЩІ РОЗТАЧАННЯ

1.1. Відбір зразків

1.1.1. Для випробувань слід застосовувати пластини розміром 40x40 мм або диски діаметром 40 мм з матеріалу, що паяється.

1.1.2. Товщина пластин або дисків має бути 0,5-3,0 мм. При товщині більше 3 мм допускається механічна обробка з боку, що не піддається випробуванню.

1.1.3. Для випробувань використовувати заготовки припою у формі циліндра або куба, що мають дозований об'єм 64 мм. . Маса припоїв залежно від їхньої щільності наведена у довідковому додатку 1.

1.1.4. При використанні припоїв, що містять Ag, Au, Pt, Pd та інші дорогоцінні або рідкісні метали, розміри зразків для випробувань повинні бути 20x20 мм або діаметром 20 мм, а дозований об'єм припою 16 мм .

1.1.5. Число зразків для випробувань повинно бути не менше трьох для кожного поєднання матеріалів, припою та флюсу, режиму паяння.

1.2. Апаратура та прилади

1.2.1. Випробування рекомендується проводити на установці, важлива схема якої показано на рис.1.

Схема установки для проведення випробувань

1 - крапля припою; 2 — зразок з матеріалу, що паяється; 3 - підкладка для встановлення зразка;
4 - термопара; 5 - нагрівальний пристрій; 6 - камера (при випробуваннях в середовищі або вакуумі);
7 - джерело світла; 8 - макрофотонасадка (збільшувач); 9 - екран; 10 - об'єктиви

Чорт.1

Установка має забезпечувати:

горизонтальність випробуваного зразка;

можливість створення необхідного середовища чи вакууму в період випробувань;

юстування та фокусування чіткого зображення краплі припою на екрані;

рівномірне нагрівання зразка до заданої температури;

відсутність вібрації.

Перелік рекомендованої апаратури та приладів наведено у довідковому додатку 2.

1.2.2. Вимірювання температури в процесі випробувань проводити термопарами за ГОСТ 6616-74 та приладами за ГОСТ 9245-79 класу точності не нижче 0,05.

1.2.3. Для визначення крайового кута змочування слід застосовувати фото- та кіноапаратуру. Швидкість зйомки 16-1500 кадрів в секунду в залежності від швидкості розтікання припою.

1.2.4. Вимірювання крайового кута змочування на фотознімку або фільмі слід проводити на інструментальних мікроскопах.

1.3. Підготовка до випробувань

1.3.1. Поверхню зразків та припою слід готувати відповідно до технологічного процесу виготовлення паяної конструкції. За відсутності даних спосіб підготовки поверхні встановити дослідним шляхом. Дозволяється випробовувати матеріали в стані постачання, видаливши жирові забруднення та вологу.

1.3.2. Припій слід розміщувати у центрі горизонтально розташованої пластини. Горизонтальність майданчика для встановлення пластин перевіряти за допомогою рівня.

1.3.3. Робочий кінець термопари слід кріпити в центрі неробочої поверхні зразка методами, що забезпечують надійний тепловий контакт згідно з рис.2.

Чорт.2

1.3.4. Зразки маркувати номером партії або умовним індексом на неробочій частині будь-яким способом, що забезпечує збереження маркування після випробувань.

1.4. Проведення випробувань

1.4.1. Зразки слід нагрівати у газовому середовищі, у вакуумі або з флюсом відповідно до передбаченого технологічного процесу. За відсутності даних середовище слід вибирати залежно від марки матеріалу та припою.

1.4.2. При проведенні випробувань із флюсом його об'єм має бути не більше 400 мм. для зразків 40x40 мм та не більше 100 мм для зразків 20х20 мм. Флюс слід наносити згідно з прийнятою технологією.

1.4.3. Крайовий кут змочування слід фіксувати у процесі випробувань відповідно до п. 1.2.3. Дозволяється безпосередній вимір кута на екрані.

1.4.4. Крайовий кут змочування фіксують при досягненні припоєм наступних значень температури:

початку плавлення (3-5 °С вище за солідус);

повного плавлення (3-5 °С вище ліквідусу);

температури паяння.

Фіксація інших точок здійснюється залежно від поставленого завдання.

1.4.5. За відсутності відповідного обладнання допускається вимір крайового кута змочування після охолодження зразка.

1.5. Обробка та підрахунок результатів

1.5.1. Вимірювання крайового кута змочування слід проводити в наступному порядку:

на знімку або проекції краплі провести дотичну в точці перетину контуру краплі з поверхнею зразка, як показано на рис.3;

виміряти кут нахилу дотичної згідно з п. 1.2.4.

Чорт.3

1.5.2. Для кожної проекції краплі вимірюють крайовий кут з лівої та правої сторін. Похибка вимірювання не повинна перевищувати 5 градусів.

1.5.3. Обчислення крайового кута змочування для даної краплі слід проводити за формулою

, (1)

де , - Виміряні значення крайового кута змочування з лівої та правої сторін відповідно.

1.5.4. Крайовий кут змочування для даного поєднання «припій — матеріал, що паяється» слід визначати за формулою

, (2)

де , , …, - Значення крайового кута змочування для кожної краплі;

- Число зразків.

1.5.5. При використанні для вимірювання транспортира або трафарету зображення системи «крапля-пластина», отримане на фото або кіноплівці, слід додатково збільшити не менше ніж у п'ять разів, проектуючи зображення на екран.

1.5.6. Для зменшення похибки від недосконалості форми краплі на охолодженому зразку крайовий кут змочування слід визначати так:

заміряти не менше ніж на трьох проекціях однієї краплі значення і та знайти їх середні значення;

обчислити крайовий кут змочування для даної краплі як середнє значення між і за формулою (1), де і - Середні значення крайового кута змочування лівої та правої сторін краплі;

визначити крайовий кут змочування для цього поєднання «матеріал-припій» за формулою (2).

1.5.7. Площу розтікання припою слід підраховувати після охолодження зразка як середнє арифметичне із трьох отриманих результатів випробувань. Вимірювання площі розтікання слід проводити за допомогою інструментів або приладів, що забезпечують похибку вимірювання до - 5,0% від площі, що вимірюється.

1.5.8. Критеріями змочування матеріалу припоєм слід вважати:

значення крайового кута змочування , Визначеного при температурі випробування або в охолодженому стані (слід враховувати, що похибка при визначенні крайового кута на охолодженому зразку може становити 10-15%);

площа розтікання припою на поверхні зразка.

1.5.9. Випробування вважають недійсними при порушенні складу середовища при випробуваннях, виході з ладу термопари при нагріванні, негоризонтальності поверхні, що змочується.

1.5.10. Результати випробувань кожного зразка необхідно заносити до протоколу випробувань, форму якого наведено в обов'язковому додатку 3.

2. ВИЗНАЧЕННЯ ЗМАЧУВАННЯ ПО ПОЧАТКОВІЙ ШВИДКОСТІ І ЧАСУ РОЗТАЧАННЯ

2.1. Відбір зразків

2.1.1. Для випробувань слід застосовувати:

пластини з матеріалу, що паяється, товщиною від 0,1 до 1,0 мм, шириною до 25 мм і довжиною 30 мм. Переважний розмір 30х10х0, 1;

дріт діаметром від 0,3 мм. Переважний діаметр 1,0 мм.

2.1.2. Дзеркало ванни з припоєм має бути діаметром не менше 30 мм, а маса припою у ванні повинна забезпечувати збереження постійної температури при зануренні зразка з відхиленням не більше 1°.

2.1.3. При відборі зразків слід дотримуватись вимог п. 1.1.5 цього стандарту.

2.2. Апаратура та прилади

2.2.1. Випробування слід проводити на приладі, важлива схема якого наведена на рис.4. Перелік апаратури, що рекомендується, зазначений у довідковому додатку 2.

Принципова схема установки для визначення початкової швидкості та часу змочування

1 - ванна з припоєм; 2 - зразок; 3 - тримач; 4 - пружинний підвіс; 5 - стрижень;
6 - датчик, що перетворює переміщення в зусилля; 7 - тензометричний підсилювач; 8 - осцилограф

Чорт.4

2.2.2. Апаратура, що застосовується при випробуваннях, повинна відповідати таким умовам:

2.3. Підготовка до випробувань

2.3.1. Перед випробуванням слід провести таріровку приладу для визначення зусилля втягування зразка в розплав, використовуючи різновиди масою від 10 до 200 мг.

2.3.2. Зразок, поверхня якого підготовлена відповідно до п. 1.3.1, слід закріпити у тримач, підвішений до пружинного підвісу.

2.3.3. Компенсувати масу зразка за допомогою електричної схеми приладу.

2.3.4. Перевірити відповідність температури припою у ванні температурі випробувань.

2.4. Проведення випробувань

2.4.1. Опустити зразок у припій на глибину 1-3 мм (переважна глибина занурення - 2 мм). При зануренні зразка в розплав необхідно дотримуватись перпендикулярності його бічної поверхні площини дзеркала ванни.

2.4.2. Сили взаємодії, що виникають при зануренні зразка, слід фіксувати на стрічці приладу, що самописає.

2.4.3. Типова форма записаної кривої показано на рис.5.

- Час початку змочування; - Чистий час змочування; - Час повного змочування;
- Сила змочування (рівноважна); - сила відриву припою від зразка під час його підйому;

1 етап - процес отримання негативного меніска - радіус кривизни спрямований з розплаву (втрата ваги зразком внаслідок капілярного тиску та гідростатичного виштовхування заміщеної зразком частини припою); 2 етап - процес переміщення припою по бічних поверхнях зразка (радіус меніска змінює напрямок у бік рідини); 3 етап - максимальне піднесення меніска припою (рівноважний стан системи); 4 етап - підйом зразка (відрив зразка від припою). Характер кривої залежить від форми зразка та швидкості підйому

Чорт.5

2.5. Обробка та підрахунок результатів

2.5.1. Початкову швидкість змочування визначають вимірюванням кута та підрахунком його тангенсу між дотичною до кривої в точці та перпендикуляром до осі ординати (чорт.5).

2.5.2. Визначення часу змочування слід проводити по кривій на стрічці приладу, що самописає, відповідно до рис.5.

2.5.3. Розрахунок інших характеристик змочування, отриманих під час випробувань, наведено у довідковому додатку 4.

ДОДАТОК 1 (довідкове). Маса дозованого обсягу припою в залежності від його щільності та розмірів зразка для випробувань

ДОДАТОК 1
Довідкове

ДОДАТОК 2 (довідкове). Перелік рекомендованої апаратури та приладів для проведення випробувань щодо визначення змочування матеріалів припоями

ДОДАТОК 2
Довідкове

ДОДАТОК 3 (обов'язковий). Протокол випробування зразків визначення змочування

ДОДАТОК 3
Обов'язкове

Протокол N
випробування зразків з визначення змочування

_______________
* Нумерація відповідає оригіналу. - Примітка виробника бази даних.

Таблиця 1

Таблиця 2

Підписи:

ДОДАТОК 4 (довідкове). Розрахунок додаткових характеристик щодо змочування матеріалів припоями

ДОДАТОК 4
Довідкове

При випробуваннях, що проводяться відповідно до розділів 1 і 2 цього стандарту розрахунковим шляхом, можна отримати такі додаткові характеристики процесу змочування.

Значення крайового кута змочування за параметрами краплі припою на зразку (маса припою до 0,2 г) за формулою

,

де - Висота краплі припою;

- Об'єм краплі.

Значення адгезійного натягу за формулою

,

де - Адгезійний натяг;

- Поверхневий натяг припою, Н/м;

- Сила змочування (див. рис.5 цього стандарту), Н;

— периметр змочування (подвоєна сума ширини та товщини зразка), м.м.

За відомою величиною адгезійного натягу можна отримати значення висоти підйому припою в капілярному зазорі даної ширини за формулою

,

де - Щільність припою (допускається використання значення щільності при кімнатній температурі);

- Прискорення сили тяжіння;

- Ширина капілярного зазору.

Значення крайового кута змочування за формулою

,

де - сила змочування (див. рис.5 цього стандарту);

- сила відриву припою від зразка під час його підйому (див. рис.5 цього стандарту);

— поправка на гідравлічну силу, що виштовхує, рівну вазі припою, витісненого зразком.

Значення сили розраховують за формулою

,

де - Щільність припою, кг/м ;

- Глибина занурення зразка, м;

- Площа перерізу зразка, м ;

- Прискорення сили тяжіння, м/с .