Los intermetálicos son un mal necesario en el mundo de la unión entre metales, lo que incluye sin duda la soldadura. Existen dos formas básicas en las que un metal se une "químicamente" a otro: 1) solución sólida 2) intermetálica. Por el momento, nos centraremos sólo en los intermetálicos, ya que son los más pertinentes en el mundo de la soldadura.
Mucha gente confunde o intercambia "humectación" con formación intermetálica (enlace). Mojar es sólo mojar. El hecho de que una soldadura se "humedezca" en una superficie no significa que se haya formado un "enlace" intermetálico. Por ejemplo, y esto lo he hecho yo mismo, se puede fundir 55,5Bi 44,5Pb en un trozo de cobre. El BiPb fundido fluirá y se "humedecerá" en la superficie del cobre. Sin embargo, al solidificarse (enfriarse) la aleación, el BiPb puede desprenderse. ¿Por qué?... porque no se ha formado ningún intermetálico entre el BiPb y la superficie del cobre.
Para que se forme un intermetálico, cierta cantidad de la metalización superficial debe disolverse en la soldadura fundida. Por esta razón, el Sn (estaño) ha sido durante mucho tiempo un componente crítico de las aleaciones de soldadura. El Sn (estaño) fundido es un excelente disolvente de muchos otros metales. Y, convenientemente para nosotros, esos "muchos otros metales" incluyen elementos como el cobre, el oro, la plata y, en menor medida, el níquel. La velocidad a la que estos otros metales se disuelven en el estaño fundido (soldadura) varía. El oro se disuelve fácilmente en la soldadura, mientras que el níquel lo hace lentamente. Por lo tanto, como la velocidad de disolución es diferente para cada metal, la velocidad de formación intermetálica también es diferente. He trabajado con empresas que llevan mucho tiempo soldando cobre y, por la razón que sea, se ven obligadas a cambiar a una superficie ENIG (níquel químico / oro por inmersión). (Es importante señalar que la capa de oro es muy fina y sólo se aplica para proteger el níquel de la oxidación. Esta capa de oro se disuelve completamente en la soldadura fundida y la "unión" se realiza realmente en la superficie de níquel). Cuando realizan el cambio, a veces se encuentran con una serie de problemas, como una humectación incompleta, poca fuerza de unión, etc., y no saben por qué. No son conscientes de que el mismo perfil de reflujo (tiempo y temperatura) que produjo una buena unión (intermetálica) con el cobre no es suficiente para obtener la misma unión intermetálica con el níquel. Una vez que ajustan su perfil (más tiempo y/o mayor temperatura) para permitir una formación intermetálica suficiente, son capaces de conseguir uniones soldadas aceptables. Hay que tener en cuenta que la disolución, el fenómeno por el que un sólido se disuelve en un líquido, depende tanto del tiempo como de la temperatura. En términos generales, más tiempo y más temperatura permiten una mayor disolución y, por tanto, una mayor formación intermetálica.
Como mencioné al principio, los intermetálicos son un mal necesario. ¿Por qué "mal"? Porque tienden a ser la parte más frágil de la unión soldada. Algunos intermetálicos son más frágiles que otros (esto debe tenerse en cuenta a la hora de elegir una aleación de soldadura para una metalización concreta). Por ejemplo, los intermetálicos que se forman entre el Sn y el Au suelen ser extremadamente frágiles, por lo que pueden sufrir fracturas, etc. Este es un caso en el que más no siempre es mejor. Sí, se necesita un intermetálico para conseguir una "unión". Una capa intermetálica demasiado fina puede ser mala, pero una capa intermetálica demasiado gruesa puede ser igual de mala, si no peor. Lo crea o no, la soldadura puede no adherirse bien a su propia capa intermetálica. Los intermetálicos suelen ser estructuras cristalinas y químicamente estables: ..... Una vez formados, no reaccionan con nada. Si alguna vez ha observado una junta de soldadura fracturada, se habrá dado cuenta de que la fractura probablemente se produjo justo en la interfaz entre la capa intermetálica y la soldadura a granel.
Otro posible resultado de una capa intermetálica excesivamente gruesa es el "vaciado" en la interfaz. ¿Por qué? Bueno, primero tenemos que ver los productos de reacción. Hay dos tipos básicos de productos de reacción que forman la capa intermetálica entre el Sn y el Cu. Son Cu3Sn y Cu6Sn5. En el f
En el primer caso hay 3 átomos de Cu por cada átomo de Sn y en el segundo 6 átomos de Cu por cada 5 átomos de Sn. En ambos casos, el Cu se consume más rápidamente que los átomos de Sn. Debido a esta disparidad en la reacción, en un escenario exagerado, se pueden formar pequeños agujeros o vacantes ("voids") en la superficie de cobre.
La formación intermetálica no sólo se limita al proceso de soldadura. Los átomos metálicos pueden difundirse incluso en estado sólido. Y ese movimiento puede hacer que los átomos metálicos interactúen, reaccionen y formen intermetálicos o que la capa intermetálica existente se espese. A menudo se realizan experimentos de "envejecimiento" para medir cuánto cambiará la capa intermetálica y qué efecto tendrá en la naturaleza mecánica de la unión.
El objetivo de esta entrada de blog va mucho más allá de ofrecer un análisis exhaustivo de los intermetálicos. Se podrían escribir libros enteros sobre el tema. Por lo tanto, estoy lejos de hacer justicia al tema de los intermetálicos. Sólo espero arrojar un poco de luz sobre el tema.
Agradeceremos cualquier comentario o pregunta.
