Физичко-хемијске, механичке и структурне карактеристике ливених безоловних лемних легура у систему Sn-Zn-Me (Me=Bi, Sb)

Abstract

Испитиване су физичко-хемијске, механичке и структурне карактеристике ливених безоловних лемних легура у систему Sn-Zn-Me (Me = Bi, Sb). Легуре испитиваног система су добијене у индукционој пећи са заштитном атмосфером. Обављено је троструко претапање одмерених количина чистих метала Sn, Zn, Bi и Sb (чистоће 99,5%). Додатна хомогенизација извршена је изливањем легура у кокиле, цилиндричног попречног пресека чиме су добијени узорци пречника 18mm. Узорци легура су хлађени на ваздуху. За испитивање микроструктуре на оптичком микроскопу, на машини за сечење, припремљени су узорци цилиндричног облика, који су затим на стругу обрађени до завршних димензија. Исти узорци коришћени су и за SEM-EDS анализу. Друга серија узорака легура коришћена је за испитивања електропроводљивости, тврдоће и микротврдоће. За испитивање крајње затезне чврстоће узорци су припремљени вакум ливењем. Тим поступком добијени су узорци у облику жице. DTA анализа легура обављена је на комадима легура масе 2-3gr, док је квашљивост ливених лемних легура испитивана на цилиндричним узорцима масе 4gr. Још једна серија узорака је припремљена за испитивање корозионог понашања легура система Sn-Zn-Me (Me = Bi, Sb). Структурним испитивањима утврђена је морфологија микроконституената легура хлађених на ваздуху. Идентификоване су присутне фазе и њихов облик. EDS анализом одређен је хемијски састав присутних фаза и упоређен са саставом фаза код прорачунатих дијаграма стања за тројне системе на собној температури. Одређена је тврдоћа, микротврдоћа и затезна чврстоћа легура и успостављена је њихова корелација са микроструктуром легура испитиваних система. Корозионо понашање легура зависи од њиховог састава и карактера средине у којој се врше испитивања. Применом Calphad методе на основу термодинамичких параметара садржаних у COST 531 бази података, прорачунати су тројни дијаграми стања на собној температури и криве очвршћавања за све испитиване легуре. Такође, упоређени су резултати добијени DTA анализом (температура топљења, температура очвршћавања, температуре фазних трансформација) са вредностима добијеним из аналитички одређених кривих хлађења за испитиване легуре. Вредности за електропроводљивост су на задовољавајућем, потребном нивоу за лемне легуре, док је квашљивост легура и бакарног субстрата веома слаба.

Mechanical, structural and physico-chemical characterics of as cast Pb free alloys from Sn-Zn-Me(Me=Bi, Sb) system have been investigated. Alloys were prepared from high purity metals (99,9mas%), melted in graphit crucible in electrical furnace under protective atmosphere. Alloys were melted and then, two times remelted for better homogenization. Additional homogenization was performed by casting the alloys in 18-mm diameter bars. The specimens of alloys were air cooled. The cast bars were cut into 5-mm thick slices using cutting machine. The slices were used for microstructure analysis on optical microscopy and for SEM-EDS analysis. Other series of samples were used for the assessment of mechanical (hardness and microhardness) and electrical properties. Tensile testing was performed on vacuum casting gated samples. With vacuum casting procedure the 1,9mm wires samples of alloys were gated. DTA analysis was performed on 2 to 3 grams peaces until wetting behavior was tested on 2 gram samples. Other series of samples were prepared for testing the oxidation properties of investigated alloys. With structural testing the microconstituens morphology of investigated alloys were determined. The present phases and their shape were identified. With EDS analyses the chemical constitution of present phases was determined and those results were compared with calculate phase diagrams at room temperature. The hardness, micro hardness and tensile value of alloys were determined and the correlations with micro structural composition of investigated alloys were established. Corrosion behavior of investigated alloys depends on the chemical composition off alloys and the environment conditions of experiment. Phase diagram of the Sn-Zn-Bi and Sn-Zn-Sb ternary system, at room temperature, was calculated by the calculation of phase diagrams (CALPHAD) method, using COST 531 lead-free solder thermodynamic database. With the same method the solidified curves of investigated alloys were calculated. Liquidus and solidus temperatures were measured using DTA and those results were compared with the calculated. The values for electrical conductivity are on proper level for soldering alloys until wetability of copper substrate by the alloys are very poor.