某表面的表面张力决定于原子的原子间键合能。在液态金属里的大部分,每个原子大约有12个近临原子,可把其总内能看着是这些原子间键合能之和。表面层原子比体内原子具有更高的位能,因为包围它的原子不完全。如果表面面积增大,更多的原子占据表面上的位置,消耗的能量就增加。原子的键合能和汽化热有密切关系。因此要汽化一个原子,所有和它相邻的原子键都得打开。为了把一个原子从体内移到表面,这个原子的一部分键必须被打开。所以汽化热和表面张力之间有着某种关系。原子间键的强度还反映在熔点上。事实上熔点高的金属总是具有强的表面张力。
在两种金属界面上的原子有两种形式的键:一种是和同类原子之间的键;另一种是和其它金属原子之间的键。这两种形式的键取决于金属对金属的键合能,而不管界面原子比体内原子具有的能量是高还是低。在界面上的原子能量越高,界面上的张力越大。
上述金属对金属的键决定了两种金属在固态互相溶解的程度。两种金属溶解度越大,它们之间界面张力就越低。这可以以铁被液态铜或液态银润湿的例子里看出。铁和铜相互溶解的范围大约是5%(原子比),而铁和银彼此实际上不溶解。铁和铜之间界面张力明显比铁和银之间低,各自大约是0.3和1.2焦耳/平方米。
上述论点适用于不形成金属间化合物的系统。焊接时,常用到的是生成金属中间化合物的系统。这种化合物的生成表示有关原子间存在着很强的亲和力。这种化合物很高的稳定性被它们的熔点比纯元素的熔点高所证明。生成金属中间化合物显然表示不同原子彼此间的吸引力比相同原子的大。结果金属中间化合物是在界面上形成的,那界面上的能因而应该比较低。在常用的锡铅焊料合金中,锡促进润湿,从而和铜基体金属形成金属中间化合物。纯铅几乎从来没有作为焊料使用过,因为它不润湿,但只需加上白分之几的锡就可以使它们成为一种实际上完全可用的焊料。
在一小块铜板上,加一定量熔融的焊料,可用于研究扩展现象。发现扩展面积最大,即接触角θ值最小的在一定条件下是含锡50%(质量比)的合金。顺便提一下,这种焊料正巧接近共晶组分。测量锡铅合金的rl(液体的表面张力)时观察到,加铅使rl减小。由测量Rl、Rs(固体的表面张力)和θ值计算界面张力表明,锡含量越高,Rls(液体与固体界面的表面张力)越小。增加铅,Rls值就增大,但远远被Rl减小过度补偿,直到加到50%的铅为止。表面上看,最大扩展面积出现在共晶组分附近,似乎暗示,在共晶熔融和润湿行为之间存在某种关系。但是,这种关系实际上并不存在。
如果焊料渗入某个缝隙,那涉及的是完全不同的机理。此时,每个单位面积表面自由能的变化由Rs-Rls给出,同时现在Rl没有影响,因为液体表面面积未改变。锡铅合金渗入水平缝隙的渗透率,在100%锡时最大。这证实了Rls是在100%锡时最低。这个例子也清楚地说明,用液滴在平板上做可润湿试验不足以预示在实际焊接时真实的润湿情况,实际焊接涉及的几何形状是多种多样的。因此,某种焊料合金的润湿性质是无法从一种单一的试验方法作出推断的。锡铅合金的粘滞性几乎完全不受混合比的影响,因此不是润湿现象的一个因素。