La settimana scorsa mi ha chiamato al telefono un collega dalla California: «Ci serve un flusso con un’attività maggiore!», mi ha detto. Trattenendomi dal rispondere con frasi del tipo «Magari potremmo andare a fare jogging la prossima volta che vieni in città?», gli ho chiesto di essere più specifico. «Sai benissimo cosa intendo!». Aveva ragione. Lo sapevo. Più o meno… Ma stavo anche cercando di costringerlo a riflettere su ciò che stava chiedendo. Troppo spesso le persone (anche quelle intelligenti e istruite) chiedono un flussante con un’attività più elevata/maggiore/più forte/migliore, senza fermarsi a riflettere su quale effetto desiderino realmente ottenere. Se state iniziando a perdere il filo del discorso, forse è meglio ripartire dall’inizio e considerare cosa fa un attivatore…
Gli attivatori sono le sostanze chimiche aggiunte ai flussanti per la saldatura al fine di rimuovere gli ossidi dalle superfici metalliche, consentendo così alle stesse di unirsi per formare un forte legame metallurgico. Quando ho iniziato la mia carriera come chimico specializzato nella formulazione di paste saldanti, pensavo, come molti, che più una sostanza chimica fosse reattiva, migliore sarebbe stato il suo effetto come attivatore. Inoltre, ritenevo che la chiave di tutto ciò fosse il pKa, ovvero la costante di dissociazione: equiparando la corrosività all’attività. Per una sostanza chimica di formula AB che si dissocia in soluzione:
AB <> A + B
La sua costante di dissociazione, pKa, è quindi:
pKa = -log { [A].[B] / [AB] }
quindi, più basso è il valore di pKa, maggiore è il grado di dissociazione. I dati, tuttavia, non avevano senso quando ho condotto gli esperimenti. Le sostanze chimiche con un pKa basso spesso (ma non sempre) non funzionavano bene; e nel testare le “serie omologhe” di attivatori: alcuni funzionavano bene, molti altri no, ma sempre senza alcuno schema apparente. Ci sono stati tre aspetti che sono diventati subito evidenti:
1/ Il valore pKa viene quasi sempre indicato in soluzione acquosa
2/ Non mi stavo concentrando su un singolo effetto (tra un attimo spiegherò cosa intendo per “effetto”)
3/ Alcune sostanze chimiche possono essere aggiunte agli attivatori per potenziarne l’effetto
Ad eccezione di alcuni flussi molto corrosivi o reattivi, l’acqua è una scelta poco indicata come solvente; pertanto, qualsiasi analisi basata (ad esempio) su acidi e basi è, nella migliore delle ipotesi, piuttosto semplicistica, quindi il punto 1/ è inapplicabile. Per quanto riguarda i punti 2/ e 3/… OK, ma di quale “effetto” si tratta? All’epoca mi concentravo esclusivamente sulla pasta saldante e, in particolare, sul problema della formazione di palline di saldatura, ovvero quando le singole particelle di saldatura si uniscono parzialmente, lasciando alcune particelle isolate che non si uniscono al corpo principale della pasta rifusa. Quando ho preso una pasta saldante che forniva dati eccellenti sulla formazione di palline di saldatura e l’ho rifusa su rame OSP, il risultato era spesso una bagnabilità molto scarsa sulla superficie del rame; questa è stata quindi la mia quarta lezione, ed è quella fondamentale nella formulazione della pasta saldante:
4/ Che effetto vuoi ottenere?
Gli attivatori che rimuovono gli ossidi dalla superficie della lega di saldatura, il più delle volte, non sono efficaci nel rimuovere gli ossidi dalle superfici dei substrati, come gli ossidi e gli idrossidi di nichel o di rame. C’è stata anche una quinta lezione:
5/ Gli attivatori devono svolgere due funzioni (vedi figura), non una sola:
– In primo luogo: reagire con gli ossidi metallici presenti sulla superficie per formare un prodotto di reazione metallo-attivatore (MARP)
– In secondo luogo: rimuovere i MARP dalla superficie metallica
Questo mi porta naturalmente al koan dell’attivatore: a cosa serve sostituire un ossido metallico insolubile con un MARP, a meno che quest’ultimo non si allontani dalla superficie metallica? Si noti che questi MARP possono essere dissolti nel residuo oppure resi volatili: sebbene quest’ultimo approccio sollevi la questione della tossicità dei composti organometallici volatili, non credo che questo interessante concetto sia mai stato messo in pratica. Forse ne sapete di più voi?
La prossima volta che qualcuno ti chiederà di formulare un fondente con “maggiore attività”, sorridi allegramente e invia loro il link a questo post del blog (e di’ loro che ti ha mandato Andy Mackie!) e, infine, chiedi: “Cosa vuoi che faccia esattamente il fondente?”, o, per essere più precisi:
* Descrivi in dettaglio il difetto di saldatura riscontrato dal cliente
* Quale lega di saldatura viene utilizzata?
* Su quale superficie avviene la bagnabilità?
* In quali condizioni di riflusso (profilo / atmosfera)?
In questo modo, sarete in grado di guidare meglio il chimico responsabile della formulazione nella risoluzione del problema, anziché cercare di indovinare quale sia il suo approccio alla questione.
Salute! Andy
