Экологически чистые бессвинцовые материалы для пайки на основе быстрозатвердевшей фольги Al-Sn (микроструктура и стабильность)

Ольга Вадимовна Гусакова; Анна Николаевна Скибинская; Юлия Михайловна Шулья

Ольга Вадимовна Гусакова Международный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет
Анна Николаевна Скибинская Международный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет
Юлия Михайловна Шулья Международный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет

Аннотация

Изложены результаты исследования микроструктуры фольги сплавов системы Al-Sn с содержанием алюминия до 10 ат. %, полученных методом сверхбыстрой закалки из расплава при скорости охлаждения расплава 10 5 К/с. Исследуемые сплавы являются перспективными для замены свинец-содержащих припоев при переходе на экологически чистую бессвинцовую пайку. Фольга сплавов эвтектического и около эвтектического составов затвердевает с образованием пересыщенного алюминием твердого раствора на основе олова. При комнатной температуре в результате непрерывного распада твердого раствора на границах и в объеме зерен выделяются частицы алюминия, размер которых не превышает 200 нм. Микроструктуры фольги сплавов Al – 94,2 ат. % Sn и Al – 90,7 ат. % Sn, кроме наноразмерных включений Al, содержат крупные включения, размер которых растет по мере удаления от поверхности фольги, прилегающей к кристаллизатору. Быстрозатвердевшая фольга имеет микрокристаллическую структуру. В фольге сплавов Al – 97,8 ат. % Sn и Al – 96,7 ат. % Sn наблюдается образование двойников. С ростом концентрации Al средний размер зерен уменьшается, а количество двойников растет. Старение фольги при комнатной температуре приводит к увеличению концентрации Al на границах зерен в эвтектических и около эвтектических сплавах и образованию усов в фольге сплавов с концентрацией Al, превышающей 3 ат. %.

Биографии авторов

Ольга Вадимовна Гусакова, Международный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры ядерной и радиационной безопасности

Анна Николаевна Скибинская, Международный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет

старший преподаватель кафедры ядерной и радиационной безопасности

Юлия Михайловна Шулья, Международный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет

старший преподаватель кафедры энергоэффективных технологий

Литература

Белов НА, Миронов АЕ, Столярова ОО. Алюминиевые сплавы антифрикционного назначения. Москва: Издательский Дом МИСиС; 2016. 222 с.
Abbas YM, Hassan Ibrahim A, Mosaad S, Orabi M. Hydrogen production using Al-Sn alloys prepared by rapid solidification. Journal of Advances in Physics. 2017;13(6):4971–4984. DOI: 10.24297/jap.v13i6.6194.
Alam ME, Gupta M. Development of extremely ductile lead-free Sn-Al solders for futuristic electronic packaging applications. Electronic Materials Letters. 2014;10(2):515–524. DOI: 10.1007/s13391-013-3087-1.
Далакова НВ, Елекоева КМ, Кашежев АЗ, Манукянц АР, Прохоренко АД, Понежев МХ, Созаев ВА. Политермы углов смачивания алюминия и алюминий-литиевого сплава расплавами на основе олова. Поверхность: Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2014;4:60–63. DOI: 10.7868/S020735281404012X.
Пашков ИН, Пикунов МВ, Таволжский СА, Пашков АИ. Разработка процессов получения и применения сплавов припоев в дисперсионном состоянии с микроскопической или аморфной структурой. Металлург. 2010;6:43–45.
Eman Dr, Abel J. Study Microstructure and Mechanical Properties of Rapidly Solidified of Al-Sn oy Melt Spinning. International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering. 2015;15(4):53–61.
Tarek EA. Amorphous and metastable crystalline structures in rapidly solidified Sn-Al system using melt-spinning technique. Radiation Effects & Defects in Solids. 2004;159:535–538. DOI: 10.1080/10420150412331323041.
Reeve KN, Choquette SM, Anderson IE, Handwerke CA. Rapid Solidification of Sn-Cu-Al Alloys for High-Reliability, Lead-Free Solder: Part I. Microstructural Characterization of Rapidly Solidified Solders. Metallurgical and Materials Transactions. 2016;47(12):6507−6525. DOI: 10.1007/s11661-016-3738-6.
Александров ВД, Постников ВА. Зависимость предкристаллизационного переохлаждения расплава висмута от массы образцов. В: Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2003;29(7):48–54.
Herlach DM. Nonequilibrium solidification of undercooled melts. Materials Science Engineering. 1994;R12(4−5):177−272. DOI: 10.1063/1.2903920.
Лякишева НП, редактор. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник. Москва: Машиностроение; 1996. 992 с.
Галенко ПК, Херлах ДМ. Бездиффузионный рост кристаллов в эвтектической системе при высокоскоростном затвердевании. Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2006;130(1):170−180.
Никольский БП, Рабинович РА, редакторы. Справочник химика. 2-е издание. Москва –Ленинград: Химия; 1966. Том 1. 1071 с.
Gusakova O, Shepelevich V. The influence of melt flow on grain structure of tin and its alloys produced by ultrafast quenching from the melt. In: Structural and Phase Transformations in Materials: Theory, Computer Modelling and Experiment. International Conference 2017 March 23−27, Ekaterinburg, Russian Federation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Ekaterinburg: [publisher unknown]; 2017. Volume 192. p. 1–6. DOI: 10.1088/1757 899X/192/1/012015.
Tu KN, Changpin Chen, Albert T. Wu Stress analysis of spontaneous Sn whisker growth. Journal of Materials Science: Materials Electronics. 2007;18:269–282. DOI:10.1007/s10854-006-9029-z.
Osenbach JW, DeLucca JM, Potteiger BD, Amin A, Baiocchi FA. Sn-whiskers: truths and myths. Journal Materials Science: Materials Electronics. 2007;18:283–305. DOI:10.1007/s10854-0069030-6.