مقدمه

سیستم آلیاژی Sn-Ag از جمله مواد زود ذوب هستند که با توجه به خواص مکانیکی مناسب، هدایت الکتریکی خوب و سازگاری با محیط زیست، به عنوان یکی از رایجترین سیستم های جایگزین برای سیستم آلیاژی مرسوم Sn-Pbتوسعه یافته و جهت استفاده در بسته بندی های الکترونیکی و اتصالات اجزاء، در مدارهای چاپی کاربرد گسترده ای یافته اند .نقره خواص استحکامی بالاتری را نسبت به آلیاژ مرسوم Sn-Pb فراهم می آورد اما انعطاف پذیری پایین تری 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 دمای ذوب بالاتر سیستم Sn-Ag و ترشوندگی کمتر آن نسبت به سیستم Sn-Pb و همچنین وجود متغیرهای متعدد حاکم بر رفتار مکانیکی و تغییرشکلی اتصالات لحیمی محققین را به سمت بهبود خواص و کارآیی سیستم Sn-Ag به روشهای مختلف از جمله افزودن عناصر آلیاژی از قبیل Sb،Zn،Cu و Bi و همچنین استفاده از عملیات حرارتی و مکانیکی جهت ریزکردن و جلوگیری از رشد دانه قلع زمینه و.. سوق داده است .در این سمینار سیستم آلیاژی Sn-Ag معرفی گردیده، کاربردها و خواص مکانیکی به خصوص خواص خزشی این آلیاژ ها تشریح شده و به صورت خلاصه تأثیر عناصر مختلف آلیاژی 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 پیامدهای 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) دمای ذوب                                                                        91

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

                2-2-11) پیرسازی                                                                       20

                2-2-21) پایداری دمای بالا                                                             20

2

                  3-1-2) تأثیر بر روی دمای ذوب                                                        21

                3-1-3) خواص مکانیکی                                                                 22

                    3-1-3-1) استحکام و انعطاف پذیری                                                 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 دمای 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 آلیاژهای پایه Sn-Ag-Cu                 ا                       30

                     3-5-4-2) مورفولوژی                                                                 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 آلیاژهای Sn-Ag-Cu              ا            35

                     3-5-5-1) خواص استحکامی                                                       35

                     3-5-5-2) انعطاف پذیری                                                            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 روی دمای ذوب                                  39

                 3-7-3) خواص مکانیکی                                                                40

               3-8-1) سرعت رشد ترکیبات بین فلزی                                               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 دمای ذوب                                                   44

                3-01-3) خواص مکانیکی                                                              44

                3-11-1) ریز ساختار                                                                      84

                3-11-2) اثر روی بر کاهش دمای ذوب                                                 84

                3-11-3) فعال بودن روی                                                                48

3-11-4) خواص مکانیکی                                                      49

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

3

  فهرست جدول ها

  جدول 1: خواص فیزیکی و شیمیایی قلع 1

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

جدول 3: خواص آلیاژهای Sn-3.5Ag حاوی بیسموت                          22

جدول 4: خواص آلیاژهای Sn-Ag-Bi حاوی ایندیوم                         25

جدول 5: اثر سرعت سردکردن بر روی ریزساختار برخی آلیاژهای Sn-Ag-Cu       ا           43

جدول :6پارامترحساسیت به نرخ کرنش برخی آلیاژهای عاری از سرب                 63

جدول7: مقایسه خواص مکانیکی Sn-3.1Ag-0.5Cu-3.5Bi با یوتکتیک Sn-Pb وبعضی آلیاژهای عاری 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 آلیاژهای عاری از سرب       41

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

 جدول 11: خواص آلیاژهای Sn-3.5Ag حاوی 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 ای از نمودارهای تنش-کـرنش آلیـاژSn-3.5Ag (الـف ) در دمـای 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 پذیری آلیاژ Sn-3.5Ag 8

شکل 6: تغیرات mبر حـسب دمـای همولـوگ بـرای 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 نوری آلیاژ یوتکتیکSn-3.5Ag در شرایط مختلـف عملیات حرارتی (الف) آنیل نشده (ب) آنیل شده در دمـایC ˚081 بـه مـدت 0111 دقیقه (ج) آنیل شده در دمای C˚012 به مدت 10دقیقه

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

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

شکل 12: نمودار داده های خزِشِ کششیِ هم دما برای 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 های خزش کششی و فرورونده هرمی آلیاژ Sn-3.5Ag   ا            20

شکل15: اثر دمای پیرسازی 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: مورفولوژی سطح آلیاژ Sn-3.5Ag-.5Bi-8In پس از قرار گرفتن درک        24

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

شکل20: منـاطق همـدمای محاسـبه شـده در سیـستمSn-Ag-Cu در دماهـای مختلف         27

شکل 21: نمایش شماتیک منطقه دوتایی برای یک سیستم دوتایی با فازهای زبر             28

شکل22: نمایش شماتیک منطقه دوتاییِ اُُریب برای یک سیستم دوتایی با فازهای نرم و زبر                29

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

شکل24: تصویر شماتیک رشد فازهای 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. آلیاژهای مورد بررسی توسط Moon و همکـاران در  راستای دو خط نقطه چین A و B انجام شده است        31

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

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

شکل28: تصاویر میکروسکوپی الکترونی از اثر سـرعت سردکردن و میزان نقره بـرروی ریزسـاختار آلیاژهایSn-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 قـراردادی 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 عـاری از سـرب در مقایـسه بـا آلیـاژ معیـار  Sn-40Pb در دمای (الف) C˚25 (ب) C˚001ا                   38

شکل32: اثر بور بر روی ریز ساختار Sn-3.5Ag-0.5Cu. (الف) آلیـاژ بـدون بـورساختار انجمـادی درشـت دانـه و غیریکنواخـت دارد. (ب) آلیـاژ حـاوی5/0% بـور 34 ساختار ریزتر و یکنواختری 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 های تنش-کرنش مهندسی در نرخ کـرنش هـای مختلـف بـرای   آلیاژSn-3.5Ag-1.5Sb در دماهای 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) تـرک مـاکرو دراتصالSn-3.5Ag بعد از05% افت بار (ج) ترک خستگی در نمونه حـاوی   %3/                     58

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

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

1-1- خواص فیزیکی و شیمیایی قلع

قلع عنصری فلزی به رنگ سفید ـ نقره ای است که در دمای محیط شبکه بلورین تتراگونال و در دمای بالاتر از C˚161ساختار اورترومبیک دارد. قلع معموًلاً در کانیهای کاستریت و استانین در طبیعت یافت می شود و با احیاء زغال در کوره های 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 دارای خاصیت انعطاف پذیری نسبتا خوب و دو شکل آلوتروپی در طبیعتاست. قلع a دارای ساختار مکعبی و به رنگ خاکستری است که در دمایC˚31 بهسفید تغییر رنگ پیدا می کند و قلع b که معمولاً به آن فلز قلع گفته می شود و دارای ساختار بلورین تتراگونال است که در صورت سردکردن این عنصر، رنگ آن از سفید به خاکستری تغییر می یابد   .آلیاژهای قلع کاربردهای زیادی دارند. از این آلیاژها برای لحیم کاری، فلز چاپ، فلز زودگداز، فلز یاتاقان و غیره استفاده میشود. مقدار کمی قلع در غذا برایانسان بی خطر است. در کشور آمریکا وجود 003 میلی گرم قلع به ازای هر کیلوگرم غذای 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 تغییرهایزیادی 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 پیامدهای زیست محیطی آن

قلع عمدتاً در مواد آلی مختلفوجود دارد. پیوندهای قلع آلی، مثل تری اتیل قلع خطرناک ترین نوع قلع برای انسان محسوب می شوند. طول پیوندهای هیدروژن در این ماده نسبتًاً کوتاه است. وقتیپیوندهای هیدروژن در قلع بلندتر باشد، برای سلامت انسان مضر نخواهد بود. انسان ازطریق غذا، تنفس و پوست قلع را جذب می کند. جذب قلع در طولانی مدت آثاری 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 گلبولهای 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 متمادی درخاک می ماند. به این علت، غلظت قلع آلی زیاد می شود. وقتی قلع آلی جذب ذرات گلو لای می شود، در سیستمهای آبی پخش می شود. این قلع، به اکوسیستمهای آبی آسیب زیادی می رساند زیرا برای قارچها، جلبکها و فیتوپلانکتونها بسیارسمی است. فیتوپلانکتون، در اکوسیستمهای آبی عضو بسیار مهمی است و اکسیژن لازم برای 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 انجمادی 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 گلبولهای بزرگ دندریتی که اندازه آن بین 02 تا m002 است   .فاز دوم ترکیب بین فلزی( Ag3Sn،[1](IMC است که به عنوان فاز e کمتر از 5% کسر حجمی را شامل می شود. ساختار یوتکتیک دارای فاز e میله ای شکـل[2] در زمینه نسبت خالص قلع می باشد]..تصاویر بدست آمده از میکروسکوپ الکترونی SEM در شکل2 نشان می دهددر مناطق بین دندریتهای Sn، ساختار لایه ای یوتکتیک دو فازی شامل زمینه Sn و فاز بین فلزی Ag3Sn با مورفولوژی کشیده وجود دارد[6 و7] وجود دندریت های Sn نشانه انجماد غیر تعادلی است که سبب ایجاد ساختار شبکه ای مانند[3] می شود. با این وجود، این ساختار دندریتی پایدار است زیرا بعد از گذشت ماهها و پیرسازی در دمای محیط همچنان مشاهده شده است.]4[ در سرد شدن غیر تعادلی، فاز میله ای شکلe در هنگام تشکیل تمایل دارد سطح انرژی خود را به حداقل برساند. این حالت هنگامی در استحاله رخ می دهد که کسر حجمی یک فاز تقریباً کمتر از (برای مثال کمتر از 3/0%) باشد.اندازه و مورفولوژی 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