哈佛大學(xué)的Alexei Grigoriev等人用99.9999%的純錫樣本放置在坩堝中，并在超低真空下加熱到240℃,然后向其中充純氧，通過(guò)X光線衍射，反射及散射觀察熔融Sn的氧化過(guò)程·
 
錫渣的形成
靜態(tài)熔融焊料的氧化根據(jù)液態(tài)金屬氧化理論,熔融狀態(tài)的金屬表面會(huì)強(qiáng)烈的吸附氧,在高溫狀態(tài)下被吸附的氧分子將分解成氧原子,氧原子得到電子變成離子,然后再與金屬離子結(jié)合形成金屬氧化物.暴露在
空氣中的熔融金屬液面瞬間即可完成整個(gè)氧化過(guò)程,當(dāng)形成一層單分子氧化膜后,進(jìn)一步的氧化反應(yīng)則需要電子運(yùn)動(dòng)或離子傳遞的方式穿過(guò)氧化膜進(jìn)行,靜態(tài)熔融焊料的氧化速度逐漸減小;熔融的SnCu0.7比
Snpb37合金氧化的要快.
 
畢林-彼德沃爾斯(Pilling Bedworth)理論表明:金屬氧化膜是否致密完整是抗氧化的關(guān)鍵,而氧化膜是否致密完整主要取決于金屬氧化后氧化物的體積要大于金屬氧化前金屬的體積;熔融金屬的表面被致
密而連續(xù)氧化膜覆蓋,阻止氧原子向內(nèi)或金屬離子向外擴(kuò)散,使氧化速度變慢.氧化膜的組成和結(jié)構(gòu)不同,其膜的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)方式也有所不同;熔融SnCu0.7和Snpb37合金從260℃以同等條件冷卻凝固
后,SnCu0.7的表面很粗糙,Snpb37的而表面較細(xì)膩.從這一角度反映了液態(tài)SnCu0.7合金氧化膜得致密完整度較Snpb37要差.他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn),在沒到達(dá)氧化壓之前,熔融錫液具有抗氧化能力.壓力達(dá)到4×10－4Pa至8.3×10－4Pa范圍時(shí),氧化開起發(fā)生.在這個(gè)氧分壓界限上,觀察到了在熔融錫表面氧化物"小島"的生長(zhǎng).這些小島的表面非常粗糙,并且從清潔錫表面的X射線鏡面反射信號(hào)一致減少,這種現(xiàn)象可以證明氧化碎片的存在.表面氧化物的X射線衍射圖案不與任何已知的Sn氧化物相相匹配,而且只有兩個(gè)Bragg峰出現(xiàn),它的散射相量是√3/2,并觀察到強(qiáng)度很明確的面心立方結(jié)構(gòu).通過(guò)切向入射掃描(GID)測(cè)量了熔融液態(tài)錫表面結(jié)構(gòu),并與已知錫氧化物進(jìn)行比較.可以說(shuō)熔融液態(tài)錫在此溫度和壓力情況下,在純氧中的氧化物相結(jié)構(gòu)不同于SnO或SnO2.
 
          另外,不同溫度下SnO2與PbO的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能不同,前者生成自由能低,更容易產(chǎn)生,這也在一定程度上解析了為什麼無(wú)鉛化以后氧化渣大量的增加.表一列出了氧化物的生成Gibbs自由能,可以看出SnO2比其他氧化物更易生成.通常靜態(tài)熔融焊錫的氧化膜為SnO2和SnO的混合物. 氧化物按分配定律可部分溶解于熔融的液態(tài)焊料,同時(shí)由于溶差關(guān)系使金屬氧化物向內(nèi)部擴(kuò)散,內(nèi)部金屬含氧逐步增多而使焊料質(zhì)量變差,這在一定程度上可以解釋為何經(jīng)過(guò)高溫提煉(或稱還原)出來(lái)的合金金屬比較容易氧化,且氧化渣較多;氧化膜的組成,結(jié)構(gòu)不同,其膜的生常速度,生長(zhǎng)方式和氧化物在熔融焊料中的分配系數(shù)將會(huì)有很大差異,而這又和焊料的組成密切相關(guān).此外,氧化還和溫度,氣相中氧的分壓,熔融焊料表面對(duì)氧的吸收和分解速度,表面原子和氧原子的化合能力,表面氧化膜的致密度,以及生成物的溶解,擴(kuò)散能力等有
關(guān).