Особенности структуры и свойства сплавов системы Sn-Zn-Si-Al, полученных методом сверхбыстрой кристаллизации из расплава
Д.А. Зерница1, В.Г. Шепелевич2
1 УО «Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина»
2 Белорусский государственный университет
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.110
Оригинальная статья
Аннотация: Представлены результаты исследований микроструктуры быстрозатвердевшей фольги сплава Sn55,18Zn44,50Si0,23Al0,09. Проведено исследование фазового состава быстрозатвердевшей фольги. Установлено однородное распределение легирующего кремния и алюминия в олове в виде твёрдого раствора. Выявлено формирование текстуры (100) олова и (1010) цинка, связанное с преимущественным ростом кристаллитов, у которых плотноупакованные плоскости олова и цинка перпендикулярны направлению теплоотвода при кристаллизации. Выполнен анализ структуры и свойств фольги при изотермическом отжиге и естественном старении, с описанием протекающих процессов. Установлено формирование дисперсной структуры вследствие высокой степени переохлаждения жидкой фазы с увеличением степени дисперсности цинка при изотермическом отжиге (средняя хорда d на сечениях фаз цинка составляет 1,24 мкм до термообработки и 0,42 мкм после изотермического отжига в течение 170 мин при 150°С) наряду с неизменностью текстуры при термической обработке. Объяснено изменение микротвёрдости фольги в процессе естественного старения, выраженного образованием большого количества скоплений выделений фаз олова и цинка вследствие их пересыщения, а также армирующим действием легирующих элементов (Si, Al). При термической обработке цинк растворяется в матричной фазе, с уменьшением его объёма, тогда как доля разупрочняющей фазы олова увеличивается, что приводит к снижению микротвёрдости.
Ключевые слова: быстрозатвердевшие структуры, многокомпонентный сплав, цинк, олово, пересыщенный раствор, структура, изотермический отжиг, кремний, алюминий
- Зерница Денис Александрович – к.ф.-м.н., старший преподаватель кафедры инженерно-педагогического образования, УО «Мозырский государственный педагогический университет им. И.П. Шамякина»
- Шепелевич Василий Григорьевич – д.ф.-м.н., профессор кафедры физики твёрдого тела и нанотехнологий физического факультета, Белорусский государственный университет
Ссылка на статью:
Зерница, Д.А. Особенности структуры и свойства сплавов системы Sn-Zn-Si-Al, полученных методом сверхбыстрой кристаллизации из расплава / Д.А. Зерница, В.Г. Шепелевич // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 110-118. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.110.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Chen, K.I. Effects of small additions of Ag, Al, and Ga on the structure and properties of the Sn-9Zn eutectic alloy / K.I. Chen, S.-C. Cheng, S. Wu, K-L. Lin // Journal of Alloys and Compounds. – 2006. – V. 416. – I. 1-2. – P. 98-105. DOI: 10.1016/j.jallcom.2005.08.034.
2. Мирошниченко, И.С. Закалка из жидкого состояния / И.С. Мирошниченко. – М.: Металлургия, 1982. – 168 с.
3. Васильев, В.А. Высокоскоростное затвердевание расплава (теория, технология и материалы) / В.А. Васильев, Б.С. Митин, И.Н. Пашков и др.; под ред. Б.С. Митина. – М.: Интермет инжиниринг, 1998. – 400 с.
4. Kamal, M. Effect of rapid solidification on structure and properties of some lead-free solder alloys / M. Kamal, E.-S. Gouda // Materials and Manufacturing Processes. – 2006. – V. 21. – I. 8. – P. 736-740. DOI:10.1080/10426910600727890.
5. Shepelevich, V.G. The formation of the structure of the alloys of the Tin-Zinc system upon high-speed solidification / V.G. Shepelevich, D. A. Zernitsa // Inorganic Materials: Applied Research. – 2021. – V. 12. – I. 4. – P. 1094-1099. DOI: 10.1134/S2075113321040407.
6. Сверхбыстрая закалка жидких сплавов / под ред. Г. Германа; пер. с англ. Е.А. Жураковского, В.В. Федорова, под ред. В.Т. Борисова. – М.: Металлургия, 1986. – 375 с.
7. Santos, W.L.R. Microstructural development of hypoeutectic Zn-(10-40) wt.% Sn solder alloys and impacts of interphase spacing and macrosegregation pattern on hardness / W.L.R. Santos, C. Brito, F. Bertelli et al. // Journal of Alloys and compounds. – 2015. – V. 647. – P. 989-996. DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.05.195.
8. Салтыков, С.А. Стереометрическая металлография (стереология металлических материалов) / С.А. Салтыков. – М.: Металлургия, 1976. – 270 с.
9. Мальцев, В. М. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов / В.М. Мальцев. – М.: Книга по Требованию, 2012. – 366 с.
10. Suganuma, K. High-temperature lead-free solders: properties and possibilities / K. Suganuma, S.-J. Kim, K.-S. Kim // JOM. The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society (TMS). – 2009. – V. 61. – I. 1. – P. 64-71. DOI: 10.1007/s11837-009-0013-y.
11. Новиков, И.И. Теория термической обработки металлов / И.И. Новиков. – 4-е изд., испр. и доп. – М.: Металлургия, 1986. – 480 с.
12. Lan, G.-A. The role of eutectic phase and acicular primary crystallized Zn phase on electrification-fusion induced fracture of Sn-xZn solder alloys / G.-A. Lan, T.-S. Lui, L.-H. Chen // Materials Transactions. – 2011. – V. 52. – I. 11. – P. 2111-2118. DOI: 10.2320/matertrans.M2011194.
13. Пат. 2138378 Российская Федерация, МПК B23K 35/26 (1995.01). Припой для пайки цинка и его сплавов гидроксиапатита / Вайнерман А.Е., Чумакова И.В., Карпов В.В., Архипова Л.Т., Сорин В.Г., Асеев М.Ю.; заявитель и патентообладатель ООО «АРТ-ЭКСПЕРТ». – № 96118389/02; заявл. 30.08.1996; опубл. 27.09.1999. – 1 с.
14. Wang, X.J. Effect of doping Al on the liquid oxidation of Sn-Bi-Zn solder / X. J. Wang, Q. S. Zhu, B. Liu et al. // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. – 2014. – V. 25. – I. 5. – P. 2297-2304. DOI: 10.1007/s10854-014-1875-5.