Liên kim loại là một điều xấu cần thiết trong thế giới liên kết kim loại với kim loại, chắc chắn bao gồm cả hàn. Có hai cách cơ bản mà kim loại sẽ liên kết "hóa học" với kim loại khác: 1) dung dịch rắn 2) liên kim loại. Chúng ta sẽ chỉ tập trung vào liên kim loại trong lúc này vì đó là điều liên quan nhất đến thế giới hàn.
Nhiều người nhầm lẫn hoặc hoán đổi "ướt" với sự hình thành liên kim loại (liên kết). Làm ướt chỉ là làm ướt. Chỉ vì một chất hàn "ướt" vào một bề mặt không có nghĩa là một "liên kết" liên kim loại đã được hình thành. Ví dụ, và tôi đã tự mình làm điều này, 55,5Bi 44,5Pb có thể được nấu chảy trên một miếng đồng. BiPb nóng chảy sẽ chảy và "ướt" lên bề mặt của đồng. Tuy nhiên, khi hợp kim đông đặc (làm nguội), BiPb có thể bị bong ra. Tại sao?… vì không có liên kim loại nào được hình thành giữa BiPb và bề mặt đồng.
Để tạo thành liên kim loại, một lượng kim loại hóa bề mặt nhất định phải hòa tan vào chất hàn nóng chảy. Vì lý do này, Sn (thiếc) từ lâu đã là thành phần quan trọng của hợp kim hàn. Sn (thiếc) nóng chảy là dung môi tuyệt vời của nhiều kim loại khác. Và, thuận tiện cho chúng ta, "nhiều kim loại khác" đó bao gồm các nguyên tố như đồng, vàng, bạc và ở mức độ thấp hơn là niken. Tốc độ các kim loại khác này hòa tan vào thiếc nóng chảy (chất hàn) sẽ khác nhau. Vàng hòa tan dễ dàng vào chất hàn; trong khi niken thì chậm. Vì vậy, vì tốc độ hòa tan khác nhau đối với mỗi kim loại, nên tốc độ hình thành liên kim loại cũng khác nhau. Tôi đã từng làm việc với các công ty có lịch sử lâu đời về hàn đồng và vì lý do nào đó, họ buộc phải chuyển sang bề mặt ENIG (Niken không điện phân / Vàng ngâm). (Điều quan trọng cần lưu ý là lớp vàng rất mỏng và chỉ được áp dụng để bảo vệ niken khỏi quá trình oxy hóa. Lớp vàng này dễ dàng hòa tan hoàn toàn vào chất hàn nóng chảy và "liên kết" thực sự được tạo ra trên bề mặt niken). Khi họ thực hiện thay đổi, đôi khi họ gặp phải một số vấn đề như làm ướt không hoàn toàn, độ bền liên kết kém, v.v. và không biết lý do tại sao. Họ không biết rằng cùng một cấu hình chảy lại (thời gian và nhiệt độ) tạo ra liên kết (liên kim loại) tốt với đồng là không đủ để có được cùng một liên kết liên kim loại với niken. Khi họ điều chỉnh cấu hình của mình (nhiều thời gian hơn và/hoặc nhiệt độ cao hơn) để cho phép hình thành liên kim loại đủ, họ có thể đạt được mối hàn chấp nhận được. Hãy nhớ rằng sự hòa tan, hiện tượng chất rắn hòa tan thành chất lỏng, chịu ảnh hưởng của cả thời gian và nhiệt độ. Nói chung, nhiều thời gian hơn và nhiệt độ hơn cho phép hòa tan nhiều hơn và do đó, hình thành liên kim loại nhiều hơn.
Như đã đề cập trong dòng mở đầu của tôi, liên kim loại là điều ác cần thiết. Tại sao lại là "điều ác"? Bởi vì chúng có xu hướng là phần giòn nhất của mối hàn. Một số liên kim loại giòn hơn những loại khác. (Điều này cần được cân nhắc khi chọn hợp kim hàn cho một quá trình kim loại hóa cụ thể). Ví dụ, liên kim loại hình thành giữa Sn và Au thường cực kỳ giòn. Vì giòn, chúng có thể bị gãy, v.v. Đây là trường hợp mà nhiều hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn. Đúng vậy, bạn cần một liên kim loại để có được "liên kết". Một lớp liên kim loại quá mỏng có thể không tốt; nhưng một lớp liên kim loại quá dày cũng có thể tệ như vậy, nếu không muốn nói là tệ hơn. Dù bạn có tin hay không, chất hàn có thể không bám dính tốt vào lớp liên kim loại của chính nó. Liên kim loại thường là cấu trúc tinh thể và ổn định về mặt hóa học…. chúng thực sự không phản ứng với bất kỳ thứ gì khác sau khi đã hình thành. Nếu bạn đã từng nhìn vào mối hàn bị nứt, bạn có thể nhận thấy rằng vết nứt có thể xảy ra ngay tại giao diện giữa lớp liên kim loại và lớp hàn lớn.
Một kết quả có thể khác của lớp liên kim loại quá dày là "rỗng" tại giao diện. Tại sao? Vâng, trước tiên chúng ta cần xem xét các sản phẩm phản ứng. Có hai loại sản phẩm phản ứng cơ bản tạo thành lớp liên kim loại giữa Sn và Cu. Chúng là Cu3Sn và Cu6Sn5. Trong f
trường hợp đầu tiên có 3 nguyên tử Cu cho mỗi nguyên tử Sn và trong trường hợp thứ hai có 6 nguyên tử Cu cho mỗi 5 nguyên tử Sn. Trong cả hai trường hợp, Cu đang được tiêu thụ nhanh hơn các nguyên tử Sn. Do sự chênh lệch này trong phản ứng, trong một kịch bản phóng đại, các lỗ nhỏ hoặc chỗ trống ("khoảng trống") có thể hình thành trên bề mặt đồng.
Sự hình thành liên kim loại không chỉ giới hạn ở quá trình hàn. Các nguyên tử kim loại có thể khuếch tán ngay cả ở trạng thái rắn. Và chuyển động đó có thể khiến các nguyên tử kim loại tương tác, phản ứng và tạo thành liên kim loại hoặc khiến lớp liên kim loại hiện có dày lên. Các thí nghiệm "lão hóa" thường được thực hiện để đo mức độ thay đổi của lớp liên kim loại và tác động của nó đến bản chất cơ học của mối nối.
Bài đăng trên blog này không nằm trong phạm vi hoặc mục đích của bài viết này để cung cấp một cuộc thảo luận đầy đủ về liên kim loại. Có thể viết cả một cuốn sách về chủ đề này. Vì vậy, tôi còn lâu mới có thể làm sáng tỏ chủ đề liên kim loại. Tôi chỉ có thể hy vọng làm sáng tỏ một chút về chủ đề này.
Chúng tôi rất hoan nghênh mọi ý kiến đóng góp hoặc câu hỏi.
