Os compostos intermetálicos são um mal necessário no mundo da ligação metal-metal, o que inclui, sem dúvida, a soldadura. Existem duas formas básicas através das quais um metal se liga «quimicamente» a outro metal: 1) solução sólida; 2) composto intermetálico. Vamos centrar-nos apenas nos compostos intermetálicos por enquanto, uma vez que são os mais pertinentes no contexto da soldadura.
Muitas pessoas confundem ou utilizam indistintamente os termos «molhagem» e formação intermetálica (ligação). A molhagem é apenas molhagem. O facto de uma solda «molhar» uma superfície não significa que se tenha formado uma «ligação» intermetálica. Por exemplo, e eu próprio já o fiz, é possível fundir uma liga de 55,5 % de Bi e 44,5 % de Pb sobre um pedaço de cobre. O BiPb fundido irá fluir e «molhar» a superfície do cobre. No entanto, após a solidificação (arrefecimento) da liga, o BiPb pode ser descascado. Porquê?… Porque não se formou qualquer liga intermetálica entre o BiPb e a superfície do cobre.
Para que se forme um composto intermetálico, é necessário que uma parte da metalização da superfície se dissolva na solda fundida. Por esta razão, o Sn (estanho) tem sido, desde há muito, um componente essencial das ligas de solda. O Sn (estanho) fundido é um excelente solvente de muitos outros metais. E, convenientemente para nós, esses «muitos outros metais» incluem elementos como o cobre, o ouro, a prata e, em menor grau, o níquel. As velocidades a que estes outros metais se dissolvem no estanho fundido (solda) variam. O ouro dissolve-se facilmente na solda; ao passo que o níquel o faz lentamente. Assim, como a velocidade de dissolução é diferente para cada metal, a velocidade de formação do composto intermetálico também é diferente. Já lidei com empresas que têm uma longa história de soldadura em cobre e que, por qualquer motivo, são obrigadas a mudar para uma superfície ENIG (níquel químico / ouro por imersão). (É importante notar que a camada de ouro é muito fina e é aplicada apenas para proteger o níquel da oxidação. Esta camada de ouro dissolve-se facilmente e por completo na solda fundida e a «ligação» é, na verdade, feita à superfície do níquel). Quando fazem a mudança, por vezes deparam-se com uma série de problemas, tais como molhagem incompleta, fraca resistência da ligação, etc., e não sabem porquê. Não têm consciência de que o mesmo perfil de refluxo (tempo e temperatura) que proporcionava uma boa ligação (intermetálica) ao cobre não é suficiente para obter a mesma ligação intermetálica ao níquel. Assim que ajustam o seu perfil (mais tempo e/ou temperatura mais elevada) para permitir uma formação intermetálica suficiente, conseguem obter juntas de solda aceitáveis. Tenha em mente que a dissolução, o fenómeno de um sólido se dissolver num líquido, é influenciada tanto pelo tempo como pela temperatura. De um modo geral, mais tempo e uma temperatura mais elevada permitem uma maior dissolução e, consequentemente, uma maior formação intermetálica.
Tal como mencionei na minha frase inicial, os compostos intermetálicos são um mal necessário. Porquê «mal»? Porque tendem a ser a parte mais frágil da junta de solda. Alguns compostos intermetálicos são mais frágeis do que outros. (Isto deve ser tido em consideração ao escolher uma liga de solda para uma metalização específica). Por exemplo, os compostos intermetálicos que se formam entre o Sn e o Au são frequentemente extremamente frágeis. Por serem frágeis, podem estar sujeitos a fraturas, etc. Este é um caso em que «mais» nem sempre é melhor. Sim, é necessário um composto intermetálico para se obter uma «ligação». Uma camada intermetálica demasiado fina pode ser prejudicial; mas uma camada intermetálica demasiado espessa pode ser igualmente prejudicial, se não pior. Acredite ou não, a solda pode não aderir bem à sua própria camada intermetálica. Os compostos intermetálicos são, geralmente, estruturas cristalinas e quimicamente estáveis… não reagem realmente com mais nada depois de se terem formado. Se já observou uma junta de solda fraturada, deve ter reparado que a fratura provavelmente ocorreu precisamente na interface entre a camada intermetálica e a solda propriamente dita.
Outra consequência possível de uma camada intermetálica excessivamente espessa é a formação de «vazios» na interface. Porquê? Bem, primeiro temos de analisar os produtos da reação. Existem dois tipos básicos de produtos da reação que formam a camada intermetálica entre o Sn e o Cu. São o Cu₃Sn e o Cu₆Sn₅. No f
No primeiro caso, existem 3 átomos de Cu por cada átomo de Sn e, no segundo caso, 6 átomos de Cu por cada 5 átomos de Sn. Em ambos os casos, o Cu está a ser consumido mais rapidamente do que os átomos de Sn. Devido a esta disparidade na reação, num cenário exagerado, podem formar-se pequenos orifícios ou lacunas («vazios») na superfície do cobre.
A formação de compostos intermetálicos não se limita apenas ao processo de soldadura. Os átomos metálicos podem difundir-se mesmo no estado sólido. E esse movimento pode fazer com que os átomos metálicos interajam, reajam e formem compostos intermetálicos, ou ainda que a camada intermetálica existente se torne mais espessa. São frequentemente realizadas experiências de «envelhecimento» para avaliar em que medida a camada intermetálica irá alterar-se e que efeito isso terá nas propriedades mecânicas da junta.
Está muito além do âmbito ou do objetivo desta publicação no blogue apresentar uma análise exaustiva dos intermetálicos. Podiam escrever-se livros inteiros sobre o tema. Por isso, estou longe de fazer justiça ao tema dos intermetálicos. Só posso esperar lançar um pouco de luz sobre o assunto.
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