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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Solidificação transitória e permanente de ligas monofásicas e peritética Sn-Sb e Sn-Sb-(Ag;Cu) : evolução microestrutural, molhabilidade e propriedades mecânicas
Title Alternative: Unsteady and steady solidification of monophasic and peritectic Sn-Sb and Sn-Sb-(Ag,Cu) alloys : microstructural evolution, wettability and mechanical properties
Author: Dias Filho, José Marcelino da Silva, 1988-
Advisor: Garcia, Amauri, 1949-
Abstract: Resumo: Devido à toxidade inerente do chumbo, tem havido esforço considerável no desenvolvimento de ligas livres de chumbo utilizadas para montagem de produtos eletrônicos ambientalmente conscientes. A busca por ligas que substituam as do sistema Pb-Sn tem aumentado para satisfazer as diferentes necessidades na soldagem. A liga de soldagem não deve atender apenas aos níveis esperados de desempenho elétrico, mas também deve apresentar resistência mecânica adequada, com a ausência de trincas na junta soldada. O sistema Sn-Sb apresenta um intervalo de composições com potencial de aplicação como ligas para soldagem de alta temperatura. Este estudo tem como objetivo estabelecer correlações entre parâmetros térmicos de solidificação, microestrutura e propriedades mecânicas para as ligas Sn- Sb (2%Sb, 5,5%Sb e 10%Sb) e Sn-5,5%Sb-1%(Cu,Ag), solidificadas unidirecionalmente, com taxas de resfriamento similares às utilizadas no processo de soldagem industrial. Mostra-se que células de altas taxas de resfriamento são representativas das microestruturas das ligas Sn-2%Sb e Sn-10%Sb. Para as ligas Sn-5,5%Sb a Sn-5,5%Sb-1%Ag ocorre transição reversa celular/dendrítica e os lingotes são caracterizados pela presença de ambas as morfologias: dendritas e células de altas taxas de resfriamento. Já o lingote unidirecional da liga Sn-5,5%Sb-1%Cu apresentou crescimento dendrítico ao longo de todo o comprimento. A evolução de concentrações de solutos ao longo do comprimento dos lingotes foi examinadas pela técnica de fluorescência por Raios-X e nenhuma tendência de macrossegregação foi detectada. As fases primária e secundária (entre as regiões intercelulares e interdendríticas) foram identificadas por análise da difração por Raios-X. A resistência mecânica e a ductilidade para as ligas Sn-2%Sb e Sn-10%Sb não foram afetadas pela escala do espaçamento celular. Entretanto, uma variação considerável dessas propriedades são associadas à região celular das ligas Sn-5,5%Sb e Sn-5,5%Sb-1%Ag. Já para a liga Sn-5,5%Sb-1%Cu, quanto menores os valores de espaçamento dendrítico primário, maiores foram os valores do limite de resistência à tração e limite de escoamento, enquanto que o alongamento específico manteve-se constante. Por outro lado, os espaçamentos celulares e dendríticos não influenciaram a dureza. A molhabilidade foi analisada para todas as ligas em substrato de aço utilizando-se um goniômetro. Ensaios de mergulho foram realizados em diferentes temperaturas para quantificar as áreas recobertas do substrato de cobre. Todas as ligas, apresentaram um recobrimento muito bom em torno de 95% da área do substrato

Abstract: Considerable effort is being made to develop lead-free solders for assembling in environmental-conscious electronics, due to the inherent toxicity of Pb. The search for substitute alloys of Pb¿Sn solders has increased in order to comply with different soldering purposes. The solder must not only meet the expected levels of electrical performance but may also have appropriate mechanical strength, with the absence of cracks in the solder joints. The Sn¿Sb alloy system has a range of compositions that can be potentially included in the class of high temperature solders. This study aims to establish interrelations of solidification thermal parameters, microstructure and mechanical properties of Sn¿Sb (2.0 wt.%Sb, 5.5 wt.%Sb and 10 wt.%Sb) and Sn-5.5 wt.%Sb-1 wt.%(Cu,Ag) alloys samples, which were directionally solidified (DS) under cooling rates similar to those used in industrial practice. A complete high-cooling rate cellular growth is shown to be associated with the Sn¿2.0 wt.%Sb and Sn-10 wt.%Sb alloys. A reverse dendrite-to-cell transition is observed for the Sn¿5.5 wt.%Sb and Sn¿5.5 wt.%Sb-1 wt.%Ag alloys, while a complete dendrite growth is shown to be associated with the Sn¿5.5 wt.%Sb-1 wt.%Cu alloy. The solute concentrations along the length of the DS castings were determined by X-ray fluorescence and macrosegregation trends have not been detected. The primary and secondary phases (within the intercellular and interdendritic regions), were identified by X-ray diffraction analysis. Strength and ductility of the Sn¿2.0 wt.%Sb and Sn-10 wt.%Sb alloys are shown not to be affected by the scale of the cellular spacing. On the other hand, a considerable variation in these properties is associated with the cellular region of the Sn¿5.5 wt.%Sb and Sn¿5.5 wt.%Sb-1 wt.%Ag alloys casting. For the Sn¿5.5 wt.%Sb-1 wt.%Cu alloy, the ultimate tensile strength and the yield tensile strength increase with the decrease in the primary dendrite arm spacing, however, the elongation remained constant. On the other hand, the cellular and dendrite spacings are shown not to affect significantly the hardness along the length of the DS castings. The wettability was analyzed for all the alloys against a steel substrate by using a goniometer. The spreading areas of these alloys on a copper substrate were evaluated after hot dipping procedures at different temperatures. About 95% of the surface area of the substrate is shown to be covered for any alloy examined
Subject: Solidificação
Microestrutura
Propriedades mecânicas
Molhabilidade
Editor: [s.n.]
Citation: DIAS FILHO, José Marcelino da Silva. Solidificação transitória e permanente de ligas monofásicas e peritética Sn-Sb e Sn-Sb-(Ag;Cu): evolução microestrutural, molhabilidade e propriedades mecânicas. 2016. 1 recurso online (149 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/321228>. Acesso em: 31 ago. 2018.
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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