مقدمه

امروزه به دلیل استفاده¬های فراوان از قطعه¬ها، مدارها و دستگاه¬های الکترونیکی، انتخاب آلیاژ لحیم مناسب به یک موضوع اساسی در صنعت الکترونیک تبدیل شده است. آلیاژهای لحیم سرب دار به علت کاربری آسان، دمای ذوب پایین، قیمت مناسب، تر¬کنندگی خوب و خواص استحکامی رضایت¬بخش که در عمر مفید آنها موثر است به عنوان اتصال¬دهنده در سامانه¬های میکروالکترونیک کاربردهای زیادی داشته است. در دهه گذشته، مشکلات زیست محیطی ناشی از مصرف سرب بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از این¬رو کاربرد آلیاژهای لحیم سرب¬دار تا حد امکان محدود شده است. صنعت میکرو¬الکترونیک به عنوان مصرف کننده اصلی این آلیاژها، توجه خود را به منظور دست¬یابی به جایگزین مناسبی برای آلیاژهای
قلع- سرب بر کارهای پژوهشی متمرکز نموده است.
از آلیاژهای Zn-(Sn, Al, Mg, Ge)، Au-(Sn, Si, Ge) و Bi-Ag به عنوان سیستم¬های بدون سرب که تا به امروز به عنوان جایگزین آلیاژهای لحیم سرب¬دار دمای بالا پیشنهاد شده اند، می¬توان نام برد. از آنجا که آلیاژهای پایه طلا و آلیاژهای پایه بیسموت با مشکلاتی از قبیل قیمت بالا، تشکیل ترکیب¬های بین فلزی متعدد و تردی بیش از حد مواجه هستند، آلیاژهای پایه روی گزینه بهتری نسبت به دو مورد قبلی می¬باشند. یکی از مواد مناسب جهت کاربرد در دمای بالا، سیستم¬های آلیاژی Zn-3Cu-xAl است.
از آنجا که عمر یک اتصال لحیم به میزان کرنش خزشی در محل اتصال بستگی دارد، لزوم بررسی مقاومت خزشی آلیاژهای لحیم ضروری به نظرمی¬رسد. در این تحقیق، رفتار خزشی آلیاژهای لحیم بدون سرب دما بالای Zn-3Cu-xAl با استفاده از خزش فروروندگی با فرورونده استوانه¬ای، استحکام برشی آن¬ها با روش آزمون سنبه برشی و سختی دما بالا به کمک آزمون سختی گرم مورد بررسی قرار می¬گیرد.

فهرست مطالب

چکیده………………………………………………………………………… 1
مقدمه …………………………………………………………………………2

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم مروری بر منابع

مطالعات تاریخی نشان می¬دهد که حدود 5000 سال پیش، بشر برای اولین بار از فلز قلع به عنوان لحیم استفاده کرده است. در دوره مزوپوتامیا (تمدن مربوط به استقرار انسان¬ها در اطراف رود دجله و فرات) از قلع خالص برای اتصال دست¬گیره¬های نقره¬ای به کاسه¬های مسی استفاده شده است. انسان¬های پیشین نیز، از فلز سرب به ندرت استفاده کرده¬اند چرا که در آن زمان سرب از فلزات گران¬بها محسوب می¬شد. اشتراک نظر با پیشینیان بعد از 5000 سال جهت برآورده¬سازی نیاز صنایع و توسعه و اصلاح آلیاژ مناسب، امری جالب توجه و شگفت انگیز است [1].

2-2- مشکلات زیست محیطی سرب
1-2-2- مفهوم بدون سرب
تاکنون مفهوم مشخصی برای آلیاژ بدون سرب تعیین نشده است. حتی اتحادیه اروپا هم با وجود تاکید بر ممنوعیت استفاده از سرب، تعریف دقیقی برای محدوده مجاز استفاده از سرب در صنایع مختلف اعلام نکرده است. سازمان¬های صنعتی به¬طور قراردادی %1/0 سرب در محصولات را مجاز دانسته¬اند که در اصل این مقدار بر پایه اصول علمی تعیین نشده است [2].

2-2-2- علت محدود کردن مصرف سرب
تحقیقات علمی نشان داده است که سرب باعث ایجاد اختلال در سیستم عصبی و تولید مثل انسان می¬شود. به علت افزایش آگاهی از امکان به خطر افتادن سلامتی انسان¬ها با توجه به سمی بودن سرب،
تلاش¬های زیادی در جهت حذف و یا به حداقل رساندن سرب در محصولات مختلف صورت گرفته است. پیشنهاد قانونی شدن ممنوعیت و یا محدودیت استفاده از سرب برای اولین بار در سال 1990 در آمریکا شکل گرفت. در مقابل مخالفت شدید سازمان محیط زیست، از سوی صنعت الکترونیک به مسایل زیست محیطی به خصوص سمی بودن سرب توجهی نمی¬شد. در این برهه از زمان بود که در نهایت جامعه جهانی این ممنوعیت را برای محصولاتی که به صورت مستقیم با انسان¬ها تماس دارند، خواستار شد. در نتیجه این تلاش¬ها قانون ممنوعیت استفاده از سرب در صنعت الکترونیک (به جز چند مورد خاص) به اتحادیه اروپا ابلاغ شد که اجرای این قانون از جولای سال 2006 میلادی آغاز شده است [2].

1-2- تاریخچه لحیم………………………………………………………….. 5
2-2- مشکلات زیست محیطی سرب…………………………………….. 5
1-2-2- مفهوم بدون سرب…………………………………………………. 5
2-2-2- علت محدود کردن مصرف سرب…………………………………. 5
3-2- معیارها و اصول کلی برای انتخاب لحیم¬های بدون سرب……… 6
4-2- سیستم¬های لحیم بدون سرب پیشنهادی و خواص آن¬ها…….7
5-2- لحیم¬های دما بالا…………………………………………………… 7
1-5-2- لحیم¬های دما بالای Zn-3Cu-xAl ا………………………………8
6-2- مروری بر خزش آلیاژهای لحیم……………………………………. 10
1-6-2- تعریف خزش………………………………………………………. 10
2 -6 -2- منحنی خزش…………………………………………………… 11
3-6-2- فرآیندهای تغیر شکل در خزش…………………………………. 15
1-3-6-2- لغزش نابجایی………………………………………………… 16
2-3-6-2- خزش نابجایی………………………………………………… 16
3-3-6-2- خزش نفوذی ………………………………………………….19
4-3-6-2- لغزش مرزدانه¬ای…………………………………………… 21
4-6-2- روش¬های انجام آزمون خزش…………………………………. 22
1-4-6-2- خزش فروروندگی با فرورونده استوانه¬ای …………………..23
1-1-4-6-2- تحلیل آزمون خزش فروروندگی……………………………. 24
5-6-2-خواص خزشی روی و آلیاژهای آن…………………………….. 27
1-5-6-2- رفتار خزش فروروندگی با فرورونده استوانه¬ای آلیاژهای لحیم دما بالای Zn-Snا 27
7-2 آزمون سنبه برشی…………………………………………………. 29
1-7-2- استحکام برشی آلیاژهای لحیم بدون سرب دما بالای Zn-Snا 31
8-2 اندازه¬گیری سختی گرم …………………………………………33

فصل سوم مواد اولیه و روش انجام آزمایش¬ها

برای ذوب مواد اولیه از کوره مقاومتی و بوته گرافیتی استفاده شد. دمای کوره،℃ 550 تنظیم شد. در ℃ 70 بوته خالی وارد کوره شد تا دچار شوک حرارتی نشود. پس از توزین مواد، ورق مسی دور آمیژان پیچیده و در بوته گذاشته شد. روی دهانه بوته یک درپوش گرافیتی قرار داده شد تا با جلوگیری از رسیدن اکسیژن، از اکسید شدن مذاب جلوگیری نماید و همچنین با سوختن کربن موجود در گرافیت و تولید CO2 یک محیط محافظ برای مذاب ایجاد نماید. بوته در کوره با دمای ℃ 550 به مدت 40 دقیقه نگه داشته شد. سپس روی داخل کوره شارژ شد. پس از گذشت 20 دقیقه بوته از کوره خارج، عملیات اختلاط و سرباره¬گیری به وسیله هم زدن مکانیکی با یک میله فولاد زنگ نزن L316 به مدت 3 دقیقه انجام شد. ریخته¬گری به روش ثقلی انجام شد. وجود سوراخی به قطر mm 1 در قسمت زیرین قالب مانع حبس احتمالی هوا داخل قالب می-شود. ابعاد و تصویر قالب در شکل¬های 1-3 و 2-3 نشان داده شده است.

شمش¬های ریخته شده جهت یکسان¬سازی ساختار به مدت 30 دقیقه در دمای ℃ 480 ذوب مجدد شده و پس از هم زدن مکانیکی با یک میله فولاد زنگ نزنL 316 به مدت 3، دقیقه سرباره¬گیری شدند. سپس در قالب استوانه¬ای ریخته شده و در دمای محیط سرد شدند.

4-3- متالوگرافی
شمش¬ها توسط وایرکات به قطعات موازی با ضخامت های 1 و mm 3 برش داده شدند. نمونه¬ها بعد از سنباده¬زنی تا سنباده 3000 و پولیش¬کاری با دوغاب آلومینای μm 3/0، حکاکی شدند تا ساختار آلیاژ آشکار شود. از محلول با ترکیب 20 گرم CrO3، 5/1 گرم Na2SO4 و 100 میلی¬لیتر H2O در دمای محیط جهت حکاکی نمونه¬ها استفاده شد. با استفاده از میکروسکوپ نوری Leitz تصاویر نوری از ساختار آلیاژها تهیه گردید. از میکروسکوپ الکترونی روبشی‌ ، SEM، مدل CamScan-MV2300 به منظور تهیه تصاویر الکترون¬های برگشتی از ساختار آلیاژ و فازهای تشکیل دهنده آن استفاده گردید. به منظور تشخیص فازهای تشکیل دهنده ساختار، نمونه‌ها به¬وسیله دستگاه پراش سنجی اشعه X ، XRD، ساخت شرکت Philips مورد بررسی قرار گرفتند.

تصویر قالب سنبه برشی مورد استفاده و ب) تصویر نمایی از قالب که نحوه قرار گیری نمونه در قالب را نشان  می¬دهد

تصویر قالب سنبه برشی مورد استفاده و ب) تصویر نمایی از قالب که نحوه قرار گیری نمونه در قالب را نشان
می¬دهد

1-3- تهیه مواد اولیه………………………………………………. 35
2-3- ذوب و ریخته¬گری………………………………………….. 35
3-3- ذوب ریزی مجدد…………………………………………….. 37
4-3- متالوگرافی…………………………………………………. 37
5-3- سختی سنجی…………………………………………….. 37
1-5-3- سختی¬سنجی در دمای محیط ………………………37
2-5-3- آزمون سختی گرم……………………………………….. 38
6-3- آزمون خزش فرورندگی…………………………………….. 39
7-3- آزمون سنبه برشی……………………………………….. 39

فصل چهارم نتایج

همان¬طور که در شکل نمایش داده شده است، رفتار خزشی در هر ماده را می توان به دو رژیم مستقل و مجزا تقسیم نمود. در رژیم اول که در منطقه دماهای پایین¬تر حاکم است، توان تنشی مقادیری بین 3/7 تا 7/7 دارد. در رژیم دوم (در محدوده دما¬های بالا) توان تنشی کاهش می¬یابد و در محدوده 0/5 تا 6/5 قرار می گیرد. تغییرات توان تنشی، بیان¬گر تغییر در مکانیزم¬های کنترل کننده خزش در رژیم¬های مختلفمی¬باشد. در شکل 7-4 نرخ خزش حالت پایا همسان شده با دما و نرماله شده به مدول برشی بر حسب معکوس دمای آزمون در مقیاس نیمه لگاریتمی برای دو رژیم مشاهده شده در شکل 6-4 رسم شده است.

با توجه به اینکه آزمون سنبه برشی ماهیت موضعی دارد، لازم است اثر اندازه دانه، قطر سنبه، عیوب و سایر اجزای ریزساختاری مدنظر قرار گیرد. بسته به مکان سنبه، احتمال ایجاد پراکندگی در داده¬ها وجود دارد. به عنوان مثال اگر تعداد محدودی دانه در زیر سنبه قرار گیرد، نتایج به جهت کریستالوگرافیک بستگی پیدا می¬کند. همچنین قرارگیری ناهمگنی ساختاری و عیوب زیر سنبه بر مقاومت ماده در برابر تغییر شکل برشی تاثیر گذار است. به همین دلیل است که بیشتر تحقیقات SPT بر مواد کارپذیر با ساختارهای همگن و بدون عیب متمرکز است [33]. در پژوهش حاضر، برای هر حالت کمینه سه آزمون مجزا بر نواحی مختلف سطوح نمونه¬ها انجام گرفت. نتایج نشان دادند که منحنی¬های SPT تقریبا بر هم منطبق می¬باشند. علت آن است که عملیات ذوب¬ریزی مجدد انجام شد و هنگام ریخته-گری، مذاب با همزن هم زده شد، تا ساختاری یکنواخت حاصل شود. شکل 12-4 تکرارپذیری آزمون سنبه برشی برای آلیاژ Zn-3Cu-4Al را نشان
می¬دهد.

1-4- نتایج مربوط به آلیاژ Zn-3Cu-4Al ا……………………..43
1-1-4- ریزساختار……………………………………………. 43
2-1-4- نتایج آزمون خزش……………………………………. 45
3-1-4- نتایج آزمون سنبه برشی…………………………… 50
4-1-4- نتایج آزمون سختی گرم……………………………. 53
2-4- نتایج مربوط به آلیاژ Zn-3Cu-5Al ا………………………54
1-2-4- ریزساختار…………………………………………….. 54
2-2-4- نتایج آزمون خزش…………………………………… 56
3-2-4- نتایج آزمون سنبه برشی…………………………. 60
4-2-4- نتایج آزمون سختی گرم………………………….. 62
3-4- نتایج مربوط به آلیاژ Zn-3Cu-6Al ا……………………62
1-3-4- ریزساختار …………………………………………..62
2-3-4- نتایج آزمون خزش………………………………….. 64
3-3-4- نتایج آزمون سنبه برشی………………………….. 68
4-3-4- نتایج آزمون سختی گرم…………………………….. 70
4-4- اثر افزایش درصد وزنی Al بر خواص مکانیکی آلیاژهای Zn-3Cu-xAl ا70
1-4-4-اثر افزایش درصد وزنی Al بر ریزساختار آلیاژهای Zn-3Cu-xAl ا70
2-4-4-اثر افزایش درصد وزنی Al بر خواص خزش فروروندگی آلیاژهای Zn-3Cu-xAl ا73
3-4-4-اثر افزایش درصد وزنی Al بر استحکام آلیاژهای Zn-3C-xAl ا76
4-4-4-اثر افزایش درصد وزنی Al بر سختی گرم آلیاژهای Zn-3Cu-xAlا 78

فصل پنجم بحث

1-5-بررسی نتایج ریزساختار ……………………………81
2-5-بررسی نتایج آزمون خزشی………………………… 83
3-5- بررسی نتایج آزمون سنبه برشی………………. 88
4-5- بررسی نتایج آزمون سختی گرم………………… 89

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل ششم نتیجه¬گیری و پیشنهاد

نتیجه¬گیری……………………………………………… 92
پیشنهادها…………………………………………………. 93
منابع …………………………………………………………94
Abstractا……………………………………………………97



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان