بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش ساخت لحیم بدون سرب Sn-0.7Cu به روش آلیاژ سازي مکانیکی انجام شد و تأثیر شرایط مختلف آلیاژ سازي مورد بررسی قرار گرفت. بررسی هاي ریز ساختاري و آزمون آنالیز حرارتی به منظور ارزیابی میزان پیشرفت آلیاژ سازي مکانیکی آلیاژ انجام و بر این اساس شرایط بهینه ساخت این آلیاژ تعیین گردید. آلیاژ سازي مکانیکی این ماده در زمان شصت ساعت، سرعت 250 دور بر دقیقه، بدون افزودن عامل کنترلی، با نسبت گلوله به پودر 10 به یک و تحت اتمسفر محافظت شده آرگون به طور کامل انجام شد. میزان پیشرفت آلیاژ سازي مکانیکی به کمک تصاویر میکروسکوپی بررسی شد و سپس و به کمک آنالیز حرارتی صحت آن مورد تأیید قرار گرفت.
.1 مقدمه
لحیم کاري به معناي اتصال دو قطعه به یکدیگر از طریق ذوب و انجماد یک آلیاژ زود ذوب است. تا امروز موفق ترین لحیم ها بر مبناي Sn-Pb بوده اند و با ترکیب شیمیایی، خواص فیزیکی، حرارتی و مکانیکی یکسانی که در اتصالات ایجاد می کردند، براي دهه هاي متوالی مورد استفاده قرارگرفتهاند. بااینوجود بهدلیل وجودسرب، ملاحظات زیست محیطی و سلامتی استفاده از آن را محدود کرده است. دراینمیان مس أله مهم یافتن آلیاژ جدیدي است که عملکرد مشابه یا بهتر از Sn-Pb داشته باشد. سیستمهاي Sn-Cu و Sn-Ag و Sn-Ag-Cu سه سیستم پیشرو در جایگزینی Sn-Pb بوده اند. لحیم Sn-Ag-Cu در این جایگزینی از سایرآلیاژ ها پیشی گرفته است .[1]
آلیاژ یوتکتیک Sn-0.7Cu می تواند به عنوان یک جایگزین براي لحیم سرب دار به کار برده شود. این لحیم خواص فیزیکی و مکانیکی عالی از خود نشان داده و خیلی ارزان تر از لحیمهاي بدون سرب دیگر است. مهم ترین کاربرد آن در لحیم کاري موجی و در بسته هاي الکترونیکی است و براي نزدیک به یک دهه است که استفاده می شود اما مثل لحیم هاي SAC1 نقطه ذوب بالایی دارد که آن را براي کار در دماي بالا مثل صنایع خودرو مناسب کرده است.
این لحیم قابلیت ترکنندگی بالایی داشته، خواص خزش و خستگی بهتري نسبت به Sn-Pb دارد و خیلی ارزان تر از لحیم هاي بدون سرب دیگر است، اما استحکام کششی پایین تري نسبت به-Sn Pb و SAC ها از خود نشان می دهد1] تا .[3 ﺗﺮﮐﯿﺐ یوتکتیک تعادلی این آلیاژ Sn-0.7Cu و دماي یوتکتیک آن 227 درجه سانتیگراد است 1] و .[4 استحاله یوتکتیک بین فاز مسطح و فاز غنی از قلع غیر مسطح است. شکل 1 منحنی گرما سنجی افتراقی فاز Cu6Sn5 را نشان می دهد . همانطور که مشاهده می شود فاز Cu6Sn5 حداقل دو ساختار کریستالی در حالت جامد دارد و استحاله آلوتروپی در دماي 186 درجه سانتیگراد از η-Cu6Sn5 مونوکیلینیک در دماي پایین به η-Cu6Sn5 هگزاگونال در دماي بالا رخ میدهد .[5]
لاریلا2 و همکارانش گزارش کردند در حین لحیم کاري و در پی آن سریع سرد شدن لحیم زمان لازم براي این استحاله و تبدیلشدن به ساختار دماي پایین وجود ندارد و بنابراین ساختار دماي بالاي Cu6Sn5 هگزاگونال به عنوان یک فاز شبهپایدار در دماي اتاق باقی میماند. این استحاله بهدلیل محدودیتهاي سینتیکی بهراحتی رخ نمی دهد اما زمانی که ساختار تقریبا در دماي بالا قرار میگیرد، زمان لازم براي استحاله بهطور قابلتوجهیکوتاه می شود 6] و .[7 در این پژوهش از این استحاله براي تعیین میزان پیشرفت آلیاژ سازي مکانیکی اﺳﺘﻔﺎده شده است.
شکلهاي فیزیکی مختلفی ازجمله شمش، سیم، پودر و خمیر لحیم براي لحیمها وجود دارد. در میان آنها در دو روش متالورژي پودر و فناوري خمیر لحیم، نیاز به پودر لحیم است که میتواند از طریق فرایند آلیاژسازي مکانیکی تولید شود. آلیاژسازي مکانیکی فرایند حالت جامدي است که در آن پودرهایی با ترکیب یکنواخت و اغلب اندازه کریستال زیر میکرون، با تکرار جوش خوردن و شکست در آسیاکاري با انرژي بالا حاصل میشوند. در حین عملیات آسیاکاري، پودر مخلوط شده تغییرشکل داده، جوش سرد خورده، میشکند و حاوي کرنشهاي زیاد و نقصهاي کریستالی میشود. این نقص ها سرعت نفوذ را افزایش و فاصله نفوذ را کاهش میدهد و در پی آن فازهاي آلیاژي جدید میتوانند در دماي پایین تشکیل شوند.
همچنین آلیاژ سازي مکانیکی یک روش آسان براي تولید پودر و خمیر لحیم است8] تا .[10 براي مثال در پژوهش هایی پودر لحیمهاي Sn-Ag، Sn-Ag-Bi [10]، Sn-Zn،[9] Sn-Sb، [11] Sn-Bi-Ag-Cu با استفاده از آلیاژسازي مکانیکی ساخته ﺷﺪه است. اغلب پژوهشها در مورد لحیم بدون سرب Sn-0.7Cu روي پودر آلیاژ لحیم Sn-0.7Cu که به طور مستقیم از مذاب این آلیاژ تهیه شده انجام گرفته و بنابراین روند آلیاژسازي مکانیکی آن در این پژوهشها بررسی نشدهاست. براي مثال ژانگ و گوپتا[3] 1 در سال 2008 از پودر این ﻟﺤﯿﻢ استفاده کرده و لحیم نانو کامپوزیت Sn-0.7Cu /Al2O3 را ساخته و بررسی کردند.
