مقدمه

سیستم آلیاژي Sn-Ag از جمله مواد زود ذوب هستند که با توجه به خواص مکانیکی مناسب، هدایت الکتریکی خوب و سازگاري با محیط زیست، به عنوان یکی از رایجترین سیستم هاي جایگزین براي سیستم آلیاژي مرسوم Sn-Pbتوسعه یافته و جهت استفاده در بسته بندي هاي الکترونیکی و اتصالات اجزاء، در مدارهاي چاپی کاربرد گسترده اي یافته اند .نقره خواص استحکامی بالاتري را نسبت به آلیاژ مرسوم Sn-Pb فراهم می آورد اما انعطاف پذیري پایین تري نسبت به سرب دارد و در غیاب سرب مقاومت به خستگی حرارتی این آلیاژ را افزایش می دهد .همچنین نقره هدایت حرارتی و الکتریکی را در این سیستم بهبود می بخشد. با این حال دماي ذوب بالاتر سیستم Sn-Ag و ترشوندگی کمتر آن نسبت به سیستم Sn-Pb و همچنین وجود متغیرهاي متعدد حاکم بر رفتار مکانیکی و تغییرشکلی اتصالات لحیمی محققین را به سمت بهبود خواص و کارآیی سیستم Sn-Ag به روشهاي مختلف از جمله افزودن عناصر آلیاژي از قبیل Sb،Zn،Cu و Bi و همچنین استفاده از عملیات حرارتی و مکانیکی جهت ریزکردن و جلوگیري از رشد دانه قلع زمینه و.. سوق داده است .در این سمینار سیستم آلیاژي Sn-Ag معرفی گردیده، کاربردها و خواص مکانیکی به خصوص خواص خزشی این آلیاژ ها تشریح شده و به صورت خلاصه تأثیر عناصر مختلف آلیاژي و عملیات حرارتی بر این خواص بیان می گردد .

فهرست مطالب

 چکیده                                     1
مقدمه                                          2
1-قلع                                          3
1-1) خواص فیزیکی و شیمیایی قلع                                    3
1-2) اثرات قلع بر سلامتی انسان و پیامدهاي زیست محیطی آن                       3

           2-1) بررسی ریزساختار یوتکتیک Sn-Ag                                       ا             6

     2-2) بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی آلیاژ Sn-Ag                             ا         6

       2-2-1) خواص کششی                                                                    6

1

       2-2-2) مدول یانگ                                                                        9

       2-2-3) تنش تسلیم                                                                     10

                2-2-4) اثر ریزساختار بر استحکام تسلیم                                             10

                 2-2-5) ضریب انبساط حرارتی( CTE)                         ا                       12

                2-2-6) رفتار خستگی                                                                   13

                2-2-2) خواص خزشی                                                                  15

                        2-2-7-1) خزشِ کششیِ بالک Sn-Ag                           ا                16

                        2-2-7-2) خزش با فرورونده هرمی بالک Sn-3.5Ag           ا                  91

                 2-2-8) اثر انحلال مس بر ریزساختار                                                  18

                2-2-9) دماي ذوب                                                                        91

               2-2-01) درشت دانه شدن موضعی ریز ساختار                                       19

                2-2-11) پیرسازي                                                                       20

                2-2-21) پایداري دماي بالا                                                             20

2

                  3-1-2) تأثیر بر روي دماي ذوب                                                        21

                3-1-3) خواص مکانیکی                                                                 22

                    3-1-3-1) استحکام و انعطاف پذیري                                                 22

                    3-1-3-2) خواص خزشی                                                              32

                    3-1-3-3) مقاومت خستگی                                                          23

                  3-4-1) ریزساختار                                                                       23

                 3-4-2) خواص مکانیکی                                                                25

                 3-5-1) ساختارها                                                                       26

                3-5-2) ترکیب یوتکتیک سه تایی و دماي ذوب                                      26

                3-5-3) گوشه غنی از قلع در سیستم Sn-Ag-Cu          ا                          27

                3-5-4) ریز ساختار                                                                      27

                     3-5-4-1) انجماد آلیاژهاي پایه Sn-Ag-Cu                 ا                       30

                     3-5-4-2) مورفولوژي                                                                 30

                     3-5-4-3) انجماد یوتکتیک شبه دوتایی                                            32

                    3-5-4-4) یوتکتیک سه تایی غایب                                                 32

                     3-5-4-5) اثر سرعت سرد کردن                                                   32

                    3-5-4-6) اثر میزان نقره بر تشکیل صفحه Ag3Sn             ا                   33

                    3-5-4-7) سرعت و تاثیر حلالیت مس                                              33

               3-5-5) اثر سرعت سرد کردن بر خواص آلیاژهاي Sn-Ag-Cu              ا            35

                     3-5-5-1) خواص استحکامی                                                       35

                     3-5-5-2) انعطاف پذیري                                                            35

                     3-5-5-3) اثر نرخ کرنش                                                             36

                   3-5-5-4) تغییر شکل خزشی                                                        37

                 3-7-1) ریز ساختار                                                                      39

                 3-7-2) اثر اضافه کردن ایندیوم بر روي دماي ذوب                                  39

                 3-7-3) خواص مکانیکی                                                                40

               3-8-1) سرعت رشد ترکیبات بین فلزي                                               41

                3-8-2) خواص مکانیکی                                                                 41

                     3-8-2-1) استحکام و پلاستیسیته                                                  41

                    3-8-2-2) خواص خستگی                                                           43

                 3-9-1) ریز ساختار                                                                      43

                3-9-2) نقش بور به عنوان ریز کننده ساختار                                        44

                3-01-1) ریز ساختار                                                                    44

                3-01-2) اثر آنتیموان بر دماي ذوب                                                   44

                3-01-3) خواص مکانیکی                                                              44

                3-11-1) ریز ساختار                                                                      84

                3-11-2) اثر روي بر کاهش دماي ذوب                                                 84

                3-11-3) فعال بودن روي                                                                48

3-11-4) خواص مکانیکی                                                      49

3-11-4-1) اثر اضافه کردن روي بر استحکام و انعطاف پذیري 49منابع و ماخذ         51

3

  فهرست جدول ها

  جدول 1: خواص فیزیکی و شیمیایی قلع 1

جدول 2: مقادیر مختلف مدول یانگ گزارش شده براي آلیاژ Sn-3.5Ag ا                      10

جدول 3: خواص آلیاژهاي Sn-3.5Ag حاوي بیسموت                          22

جدول 4: خواص آلیاژهاي Sn-Ag-Bi حاوي ایندیوم                         25

جدول 5: اثر سرعت سردکردن بر روي ریزساختار برخی آلیاژهاي Sn-Ag-Cu       ا           43

جدول :6پارامترحساسیت به نرخ کرنش برخی آلیاژهاي عاري از سرب                 63

جدول7: مقایسه خواص مکانیکی Sn-3.1Ag-0.5Cu-3.5Bi با یوتکتیک Sn-Pb وبعضی آلیاژهاي عاري از سرب        39

    جدول 8: اثر متقابل ایندیوم و عناصر موجود در سیستم Sn-Ag-Cu             ا           40

ج دول 9: مقای سه خ صوصیات و خ واص مک انیکی Sn-3.0Ag-0.5Cu-8.0In بایوتکتیک Sn-Pb و بعضی آلیاژهاي عاري از سرب       41

 جدول10: مقایسه خواص مکانیکی آ لیاژ Sn-Ag-Cu حـاوي Sb بـا یوتکتیـ ک Sn-Pb به عنوان معیار                   42

 جدول 11: خواص آلیاژهاي Sn-3.5Ag حاوي آنتیموان                 45

فهرست شکل ها

  • شکل 1: دیاگرام فاز دوتایی Ag-S       ا           5
  • شکل 2: ریزساختار ریختگی آلیاژ (الف)Sn-3.5Ag و (ب) Sn-37Pbا                    6
  • شکل3: نمونه اي از نمودارهاي تنش-کـرنش آلیـاژSn-3.5Ag (الـف ) در دمـاي ثابت (ب) در نرخ کرنش ثابت                7
  • شکل 4: اثر (الف) دما و (ب) نرخ کرنش بر استحکام آلیاژ Sn-3.5Ag
  • شکل 5: اثر (الف) دما و (ب) نرخ کرنش برانعطاف پذیري آلیاژ Sn-3.5Ag 8

شکل 6: تغیرات mبر حـسب دمـاي همولـوگ بـراي دو آلیـاژSn-3.5Ag وSn-37Pb   ا               9

  • شکل 7: منحنی تنش-کرنش آلیاژ Sn-3.5Ag در شرایط عملیات حرارتی مختلف
  • شکل8: تصاویر میکروسکوپ نوري آلیاژ یوتکتیکSn-3.5Ag در شرایط مختلـف عملیات حرارتی (الف) آنیل نشده (ب) آنیل شده در دمـايC ˚081 بـه مـدت 0111 دقیقه (ج) آنیل شده در دماي C˚012 به مدت 10دقیقه

شکل9: تصویرSEM از سطح شکـست آلیـاژSn-3.5Ag در دمـايC ˚52 و در نرخ کرنش 1-s3-01×83/2 که تحت آزمون کشش تک محوري قرار گرفته استشکل01: ریزساختار سطح اتصالات لحیم بعد از آزمـون برشـی در نـرخ کرنـشهاي مختلف (الف) 1s100/0در دماي C˚25، (ب) 1s1/0در دمـايC ˚25، (ج) s     411100/0در دماي C˚150و (د) 1s100/0در دماي C˚051

شکل 11: اثر دما و نرخ کرنش بر پیک تنش برش آلیاژ Sn-3.5Ag    ا       41

شکل 12: نمودار داده هاي خزِشِ کششیِ هم دما براي بالک Sn-3.5Ag ا        61

شکل 13: نمودار برازش شده خزش آلیاژ Sn-3.5Ag از مدل سینوس هیپربولیک            16

شکل 14: مقایسه نمودار هاي خزش کششی و فرورونده هرمی آلیاژ Sn-3.5Ag   ا            20

شکل15: اثر دماي پیرسازي بر ریزسـاختار آلیـاژSn-3.5Ag (الـف ) C˚40 (ب)190˚C (و(د 140˚C (ج) 90˚C       ا        20

  شکل 16: اثر افزودن بیسموت بر رفتار خستگی آلیاژ Sn-3.5Agا              32

شکل 17: تـصاویر SEM ازآلیـاژ ریختگـیSn-3.5Ag-XBi (الـف ) Sn-3.5Ag82 (ب) Sn-3.5Ag-2Bi (ج) Sn-3.5Ag-5Bi (د) Sn-3.5Ag-10B

شکل 18: مورفولوژي سطح آلیاژ Sn-3.5Ag-.5Bi-8In پس از قرار گرفتن درک        24

شکل 19: دیاگرام فازي دوتایی (الف) قلع-نقره (ب)قلع-مس (ج)نقره-مس            26

شکل20: منـاطق همـدماي محاسـبه شـده در سیـستمSn-Ag-Cu در دماهـاي مختلف         27

شکل 21: نمایش شماتیک منطقه دوتایی براي یک سیستم دوتایی با فازهاي زبر             28

شکل22: نمایش شماتیک منطقه دوتاییِ اُُریب براي یک سیستم دوتایی با فازهاي نرم و زبر                29

شکل23: نمایش شماتیک اثر نرم بودن فاز بر روي ترکیب مـورد نیـاز بـراي رشـددوتایی سیستم یوتکتیک دوتایی نرم-زبر                         29

شکل24: تصویر شماتیک رشد فازهاي نرم مانندAg3Sn و5Cu6Snدر مایع کـه به شکل هایی منجر می شود که رشد طولی آنها بسیار سریعتر از رشد عرضی است         30

شکل25: نمودار محل تلاقی سه خط واکنش یوتکتیک در ترکیـب یوتکتیـک سـهتایی سیستم Sn- Ag- Cu. آلیاژهاي مورد بررسی توسط Moon و همکـاران در  راستاي دو خط نقطه چین A و B انجام شده است        31

شکل26: مرز فازهاي بخشA در نمودار شکل52 که به صورت تجربـی بـه دسـت آمده است              31

شکل27: مرز فازهاي بخشB در نمودار شکل52 که به صورت تجربـی بـه دسـت آمده است                    31

شکل28: تصاویر میکروسکوپی الکترونی از اثر سـرعت سردکردن و میزان نقره بـرروي ریزسـاختار آلیاژهايSn-Ag-Cu : سرد کـردن آرام بـا مقـادیر: (الـ ف) 0/3 (ب) 5/3 (ج) 9/3درصد وزنـیAg ، سـرد کـردن بـا سـرعت متوسـط بـا مقـادیر: (د) 3/0 (ه) 5/3 (و) 9/3 درصد وزنی Agو سرد کـردن سـریع بـا مقـادیر: (ز3) /

0(ح) 5/3 (ت) 9/3 درصد وزنی Ag ا                    33

شکل29: اثر کسر سطحی شبکه یوتکتیک بر تنش تسلیم قـراردادي سـه آلیـاژ از Sn-Ag-Cuسیستم            35

شکل 30: اثرنرخ کرنش بر تنش آلی اژSn-3.5Ag-0.7Cu در دو حالــت سردکردن سریع و آهسته           37

شکل31: خواص خزشـی چنـد آلیـاژ عـاري از سـرب در مقایـسه بـا آلیـاژ معیـار  Sn-40Pb در دماي (الف) C˚25 (ب) C˚001ا                   38

شکل32: اثر بور بر روي ریز ساختار Sn-3.5Ag-0.5Cu. (الف) آلیـاژ بـدون بـورساختار انجمـادي درشـت دانـه و غیریکنواخـت دارد. (ب) آلیـاژ حـاوي5/0% بـور 34 ساختار ریزتر و یکنواختري از خود نشان می دهدX 37/1 (ب) X = 0 ( الـف) Sn-3.5Ag-XSbاز آلیاژ SEM             ا     40

 شکل 33: تصاویرX =(50/01ه)X = 21/(د) X= 58/3       Sn-3.5Ag-XSb(و (بSn-3.5Ag   ا          45

      شکل34: منحنی هاي تنش-کرنش مهندسی در نرخ کـرنش هـاي مختلـف بـراي   آلیاژSn-3.5Ag-1.5Sb در دماهاي الـف) K892، ب ) K023، ج ) K043، د )  .400 K (و ه 370 Kا             54

شکل 35: (الف) اتصالSn-3.5Ag قبل از آزمـون خـستگی (ب) تـرك مـاکرو دراتصالSn-3.5Ag بعد از05% افت بار (ج) ترك خستگی در نمونه حـاوي   %3/                     58

   شکل 36: نوع شکست آلیاژ Sn-3.5Ag-XSb به ازاي مقادیر مختلف Sb74 شکل 73: اثر اضافه کردن Znبر خواص کششی آلیاژ Sn-3.5Ag-XZn ا             94

شکل38: اثر اضافه کردن1% روي بر تغییـر شـکل خزشـی آلیـاژSn-3.5Ag در 125˚C ا               50

1-1- خواص فیزیکی و شیمیایی قلع

قلع عنصري فلزي به رنگ سفید ـ نقره اي است که در دماي محیط شبکه بلورین تتراگونال و در دماي بالاتر از C˚161ساختار اورترومبیک دارد. قلع معموًلاً در کانیهاي کاستریت و استانین در طبیعت یافت می شود و با احیاء زغال در کوره هاي انعکاسی تولید می شود. قلع معمولی ترکیبی از 9 ایزوتوپ پایدار است و 81 ایزوتوپ ناپایدار دیگر نیز از این عنصر شناخته شده است. این عنصر داراي خاصیت انعطاف پذیري نسبتا خوب و دو شکل آلوتروپی در طبیعتاست. قلع a داراي ساختار مکعبی و به رنگ خاکستري است که در دمايC˚31 بهسفید تغییر رنگ پیدا می کند و قلع b که معمولاً به آن فلز قلع گفته می شود و داراي ساختار بلورین تتراگونال است که در صورت سردکردن این عنصر، رنگ آن از سفید به خاکستري تغییر می یابد   .آلیاژهاي قلع کاربردهاي زیادي دارند. از این آلیاژها براي لحیم کاري، فلز چاپ، فلز زودگداز، فلز یاتاقان و غیره استفاده میشود. مقدار کمی قلع در غذا برايانسان بی خطر است. در کشور آمریکا وجود 003 میلی گرم قلع به ازاي هر کیلوگرم غذاي روزانه بدون ضرر تشخیص داده شده است. بعضی از ترکیبات قلع در آفت کشها کاربرد دارد و در موقع استفاده از آن باید دقت کرد. در طی 52 سال گذشته قیمت قلع تغییرهايزیادي کرده است و از 05 سنت به ازاء هر پوند اخیرًاً به حدود 61 دلار در هر پوند رسیده است [1].

1-2- اثرات قلع بر سلامتی انسان و پیامدهاي زیست محیطی آن

قلع عمدتاً در مواد آلی مختلفوجود دارد. پیوندهاي قلع آلی، مثل تري اتیل قلع خطرناك ترین نوع قلع براي انسان محسوب می شوند. طول پیوندهاي هیدروژن در این ماده نسبتًاً کوتاه است. وقتیپیوندهاي هیدروژن در قلع بلندتر باشد، براي سلامت انسان مضر نخواهد بود. انسان ازطریق غذا، تنفس و پوست قلع را جذب می کند. جذب قلع در طولانی مدت آثاري من جمله سوزش چشم و پوست ،سردرد، درد شکم، سرگیجه، اختلال درتنفس و اختلال در دفع ادرار را به همراه دارد. اثرات درازمدت آن شامل افسردگی، آسیب کبد، اختلال سیستم ایمنی، اختلالاتکروموزومی، کاهش تعداد گلبولهاي قرمز خون، و آسیب مغز می شود [1].. ترکیات قلع آلی، مدت زمانی طولانی در محیطباقی می مانند. این ترکیبات بسیار مقاوم هستند و به راحتی تجزیه نمی شوند. بعضی ازمیکرو ارگانیسمها، ترکیبات قلع آلی را تجزیه می کنند و این ماده سالیان متمادي درخاك می ماند. به این علت، غلظت قلع آلی زیاد می شود. وقتی قلع آلی جذب ذرات گلو لاي می شود، در سیستمهاي آبی پخش می شود. این قلع، به اکوسیستمهاي آبی آسیب زیادي می رساند زیرا براي قارچها، جلبکها و فیتوپلانکتونها بسیارسمی است. فیتوپلانکتون، در اکوسیستمهاي آبی عضو بسیار مهمی است و اکسیژن لازم براي جانداران دیگر را تامین می کند. به علاوه در زنجیره غذایی آبزیان هم نقش مهمی دارد.خواص فیزیکی وشیمیایی قلع در جدول1آورده شده است

-1- بررسی ریزساختار یوتکتیک Sn-Ag

ریز ساختار انجمادي یوتکتیک Sn-Ag تقریبًاً درشت و غیر یکنواخت است. این ریز ساختار متشکل از دو فاز است .فاز اول قلع خالص (کمتر از 40/0% نقره در محلول) به صورت گلبولهاي بزرگ دندریتی که اندازه آن بین 02 تا m002 است   .فاز دوم ترکیب بین فلزي( Ag3Sn،[1](IMC است که به عنوان فاز e کمتر از 5% کسر حجمی را شامل می شود. ساختار یوتکتیک داراي فاز e میله اي شکـل[2] در زمینه نسبت خالص قلع می باشد]..تصاویر بدست آمده از میکروسکوپ الکترونی SEM در شکل2 نشان می دهددر مناطق بین دندریتهاي Sn، ساختار لایه اي یوتکتیک دو فازي شامل زمینه Sn و فاز بین فلزي Ag3Sn با مورفولوژي کشیده وجود دارد[6 و7] وجود دندریت هاي Sn نشانه انجماد غیر تعادلی است که سبب ایجاد ساختار شبکه اي مانند[3] می شود. با این وجود، این ساختار دندریتی پایدار است زیرا بعد از گذشت ماهها و پیرسازي در دماي محیط همچنان مشاهده شده است.]4[ در سرد شدن غیر تعادلی، فاز میله اي شکلe در هنگام تشکیل تمایل دارد سطح انرژي خود را به حداقل برساند. این حالت هنگامی در استحاله رخ می دهد که کسر حجمی یک فاز تقریباً کمتر از (براي مثال کمتر از 3/0%) باشد.اندازه و مورفولوژي فاز e بستگی به سرعت سرد کردن حین انجماد دارد .


مقطع کارشناسی ارشد

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


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

 

فایل pdf همراه با فایل word

قیمت35000تومان