بررسی ریزساختار و خواص مکانیکی آلیاژ لحیم نرم بدون سرب کامپوزیتی حاوی میکرو ذرات کبالت تولید شده به روش اتصال نورد انباشتی

روند کوچک سازی و فشرده سازی تجهیزات الکترونیکی و حذف عنصر سرب از آلیاژهای لحیم کاری به دلیل ملاحظات زیست محیطی، چالش بزرگی را در زمینه طراحی و توسعه لحیم های جدید ایجاد کرده است. لذا اخیراً کامپوزیت سازی با بهره گیری از ذرات تقویت کننده به منظور بهبود کارآیی لحیم های بدون سرب مدنظر پژوهشگران قرارگرفته است. در این پژوهش آلیاژ لحیم sac0307 (99 درصد وزنی قلع، 0.3 درصد وزنی نقره و 0.7 درصد وزنی مس) با درصد های مختلف میکرو ذرات کبالت، به روش اتصال نورد انباشتی ساخته شد؛ سپس به بررسی تاثیر کامپورزیت سازی بر مشخصه های ترشوندگی، ریزساختاری و مکانیکی آلیاژ لحیم پرداخته شد. کمترین زاویه تماس در نمونه 0.2 درصد کبالت به مقدار 23 درجه به دست آمد. با اضافه کردن کبالت، اندازه ترکیبات بین فلزی cu6sn5 و ag3sn کاهش پیداکرد و درصد فازهای یوتکتیکی افزایش یافت. همچنین شکل ترکیبات بین فلزی فصل مشترکی با اضافه کردن کبالت از حالت حلزونی به لایه ای تغییر کرده و متوسط ضخامت آن ها حدود 13 تا 71 درصد افزایش یافته است. استحکام برشی لحیم ها با افزایش میکرو ذرات کبالت تا %38 در آلیاژ حاوی 0.4 درصد کبالت افزایش یافت؛ درحالی که در لحیم کامپوزیتی حاوی 1 درصد کبالت، کاهش استحکام برشی به دلیل آگلومره شدن میکروذرات کبالت، مشاهده شد. سطوح شکست برشی نشان داد، ماهیت شکست با افزایش درصد میکرو ذرات کبالت در لحیم کامپوزیتی از شکست نرم به صورت حفرات کشیده شده به شکست ترد به صورت تورقی تبدیل شده است. نتایج نشان داد آلیاژ کامپوزیتی حاوی 0.2 تا 0.4 درصد کبالت بهترین خواص ترشوندگی و استحکام کشش برشی را دارند.

investigation of microstructure and mechanical properties of lead free composite solder containing cobalt microparticles produced by accumulative roll bonding

the miniaturization and compaction trends in electronic equipment and the removal of lead (pb) element from solder alloys due to environmental considerations have created a great challenge in the field of designing and developing of new solder alloys. therefore, researchers have recently focused on composite solder alloys using reinforcing particles to improve the reliability of lead-free solders. in this research, sac0307 solder alloys (99 wt.% sn, 0.3 wt.% ag, and 0.7 wt.% cu) with different percentages of cobalt microparticles were made by the accumulative roll bonding (arb) method. then, the effect of the particles on wettability, microstructures and mechanical characteristics of solder alloys was investigated. the lowest contact angle was 23◦in 0.2 wt.% cobalt sample. by adding cobalt to the solder matrix, the size of intermetallic compounds (imcs), cu6sn5 and ag3sn, decreased and the percentage of eutectic phases increased. the shape of the interfacial intermetallic compounds changed from scallop to layer shape by adding cobalt, and their average thickness increased about 13-71% in composite samples. the shear strength of solders increased up to 38% by enhancement of cobalt microparticles in the solder alloy containing 0.4 wt.% cobalt; however, shear strength was decreased in the composite solder containing 1 wt.% cobalt due to the agglomeration of microparticles. the shear fracture surfaces showed that the nature of the fracture changed from ductile fracture in the form of elongated dimples to brittle fracture in the form of cleavage with the increase in the percentage of cobalt microparticles. the composite solder alloys containing 0.2-0.4 wt.% co have the best wettability behavior and tensile shear strength.