توصيفگر ها :
لحيم بدون سرب , لحيم قلع-روي , اكستروژن تجمعي زاويهدار , آلومينيوم , نانوسيليكا , ريزساختار , خواص مكانيكي
چكيده فارسي :
لحيم يوتكتيك قلع-روي بهدليل ارزان بودن، دماي ذوب مناسب و خواص مكانيكي مطلوب، ميتواند جايگزين مناسبي براي لحيم قلع -سرب، باشد؛ اما اين لحيم داراي معايبي از قبيل استحكام و مقاومت به اكسيداسيون پايين و ترشوندگي نامطلوب است. در اين پژوهش تاثير افزودن آلومينيوم و نانوسيليكا بر بهبود اين خواص بررسي شد. براي اين كار، چهار نوع لحيم با تركيبهاي شيميايي Sn-9Zn، Sn-9Zn-1Al، Sn-9Zn-0/5SiO2 و Sn-9Zn-1Al-0/5SiO2 (درصد وزني) بهروش اكستروژن تجمعي زاويهدار با تعداد پاسهاي متفاوت ساخته شد. بررسيهاي ريزساختاري با استفاده از ميكروسكوپهاي نوري و الكتروني روبشي، طيفسنجي پراش انرژي پرتوايكس و طيفسنجي پراش اشعه ايكس انجام شد. دماي ذوب، مقاومت به اكسيداسيون، زاويه ترشوندگي و مقاومت الكتريكي لحيمها به ترتيب با استفاده از روشهاي آناليز حرارتي افتراقي، آناليز توزين حرارتي، آزمون قطره و آزمون پروب چهار نقطهاي تعيين شدند. همچنين استحكام برشي و سختي لحيمها اندازهگيري شد. دماي ذوب لحيمها در محدوده 3/202 الي 7/203 درجه سانتيگراد اندازهگيري شد كه كمترين و بيشترين دماي ذوب بهترتيب مربوط به لحيم Sn-9Zn و Sn-9Zn-1Al-0.5SiO2 بود. تعداد پاس بهينه اكستروژن تجمعي زاويهدار، بر اساس زاويه ترشوندگي و مقاومت به اكسيداسيون لحيمها، 10 پاس انتخاب شد. كمترين زاويه تماس پس از ذوب روي زيرلايه مسي برابر با 29 درجه و در لحيم Sn-9Zn با 10 پاس اكستروژن تجمعي زاويهدار بهدست آمد و تركيب غالب در فصلمشترك لحيم با زيرلايه مسي فاز Cu6Sn5 بود. مطالعات ريزساختاري نشان داد كه ريزساختار لحيمهاي ساختهشده بهروش اكستروژن تجمعي زاويهدار، بسيار ريزتر از لحيم Sn-9Zn ذوبي است بهطوريكه ميانگين اندازه تيغههاي روي در لحيم قلع-روي اكسترود شده به 500 نانومتر رسيد. همچنين ترشوندگي، استحكام برشي و سختي لحيمهاي ساختهشده به اين روش نيز بهطور قابلتوجهي بيشتر از لحيمهاي ساخته شده بهروش ذوبي بود. بيشترين استحكام برشي برابر با 2/44 و3/39 مگاپاسكال پس از 10 پاس اكستروژن تجمعي زاويهدار در لحيمهاي Sn-9Zn-0.5SiO2 و Sn-9Zn حاصل شد. بيشترين سختي نيز در همين دو لحيم بهدست آمد. لحيم Sn-9Zn-1Al-0.5SiO2 بيشترين مقاومت الكتريكي برابر با 5/11 اهم بر متر نشان داد. نتايج آزمونهاي مختلف مشخص كرد كه افزودن آلومينيوم به لحيم قلع-روي در روش اكستروژن تجمعي زاويهدار منجر به افت خواص لحيم ميشود.
چكيده انگليسي :
Eutectic Sn-Zn solder, due to its low cost, suitable melting temperature, and desirable mechanical properties, can be a promising substitute for Sn-Pb solder. However, this solder suffers from low strength and oxidation resistance as well as poor wetting. In this research, the effect of adding aluminum and nanosilica to improve these properties was investigated. For this purpose, four types of solder with chemical compositions of Sn-9Zn, Sn-9Zn-1Al, Sn-9Zn-0.5SiO2 and Sn-9Zn-1Al-0.5SiO2 (wt%) were made using the angular extrusion method with different numbers of pass. Microstructural investigations were carried out using optical and scanning electron microscopes, energy dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray diffraction spectroscopy. The melting temperature, oxidation resistance, wetting angle, and electrical resistance of the solders were determined using differential thermal analysis, thermogravimetric analysis, Sessile drop test, and four-point probe test, respectively. The shear strength and hardness of the solders were also measured. The melting temperatures of the solders were measured to be in the range of 202.3 to 203.7 °C. The lowest and highest melting temperatures were related to the Sn-9Zn and Sn-9Zn-1Al-0.5SiO2 solders, respectively. The optimal number of angular extrusion passes was chosen to be 10 based on the wetting angle and oxidation resistance of the solders. The minimum contact angle after melting on a copper substrate was 29 degrees, obtained in the Sn-9Zn solder with 10 passes of angular extrusion. The dominant phase at the solder-copper substrate interface was the Cu6Sn5. Microstructural studies showed that the microstructure of the solders made by the angular extrusion method was much finer than the melted Sn-9Zn solder, so that the average size of the zinc flakes in the extruded Sn-Zn solder reached 500 nm. Also, wetting, shear strength and hardness of the solders made by this method were significantly higher than those of the solders made by the melting method. The maximum shear strength of 44.2 and 39.3 MPa were obtained after 10 passes of angular extrusion in Sn-9Zn-0.5SiO2 and Sn-9Zn solders, respectively. The maximum hardness was also achieved in the same two solders. Sn-9Zn-1Al-0.5SiO2 solder showed the highest electrical resistance of 11.5 Ω.m. The results of various tests showed that adding aluminum to Sn-Zn solder in the angular extrusion method leads to decreased solder properties.
