Title

SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL TRANSITÓRIA, MICROESTRUTURA E INTERMETÁLICOS DE LIGAS SN-NI

TRANSIENT UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION, MICROSTRUCTURE AND INTERMETALLICS OF SN-NI ALLOYS

Authorship

Xavier, Marcella Gautê Cavalcante; Cruz, Clarissa Barros da; Kakitani, Rafael; Silva, Bismarck Luiz; Cheung, Noé; Spinelli, José Eduardo

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Silva, Bismarck Luiz

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Cheung, Noé

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Spinelli, José Eduardo

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DOI

10.5151/1516-392X-30377

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Abstract

As ligas livres de chumbo (Lead-free solder alloys) potencialmente utilizáveis em processos de soldagem branda, tais como as ligas à base de Sn, vêm sendo estudadas como alternativas para substituir as ligas do sistema Sn-Pb. Em vista disto, o presente trabalho, aborda tanto a análise das características microestruturais formadas durante a solidificação transitória das ligas eutética Sn-0,2%Ni e hipereutética Sn-0,5%Ni, quanto a determinação das suas respectivas correlações com os parâmetros térmicos de solidificação: velocidade da isoterma eutética (VE) e taxa de resfriamento (ṪE). Para tanto, as ligas foram solidificadas unidirecionalmente no sentido vertical ascendente e em regime transiente, e caracterizadas por técnicas de microscopias ótica e eletrônica de varredura. Na liga hipereutética Sn-0,5%Ni, o aumento da quantidade de Ni na liga influenciou tanto o comportamento térmico quanto o espaçamento celular (λC), proporcionando maiores valores de ṪE, porém, λC mais grosseiros.O intermetálico NiSn4 formou-se na região eutética de ambas as ligas, enquanto que na liga Sn-0,5%Ni, as fases primárias identificadas por EDS-MEV foram NiSn4 e Ni3Sn4. A transição morfológica celular/dendrítica(ṪE> 1,2ºC/s) ocorreu apenas para a liga eutética, enquanto que as células regulares da liga hipereutética deram origem as células do tipo placas(ṪE> 1,4ºC/s).

Lead-free solder alloys potentially used in soft solder processes, such as Sn-based alloys, have been studied as alternative to Sn-Pb alloys. Therefore, this work aims not only analyze the microstructural features formed during the transient solidification of eutectic Sn-0.2wt.%Ni and hypereutectic Sn-0.5wt.%Ni alloys, but also the determination of their respective correlations with the thermal parameters: growth (VE) and cooling rates (ṪE). The alloys were directionally solidified in upward direction and unsteady-state regime, and characterized by optic and scanning electronic microscopes techniques. Concerning the hypereutectic Sn-0.5wt.%Ni, the increase of Ni content influenced both thermal behavior and cellular spacing (λC), providing higher values of ṪE although λC become more coarse. The NiSn4 intermetallic formed in the eutectic region of both alloys, whilst in the Sn-0.5wt.%Ni, the primary phases identified by EDS-SEM were NiSn4and Ni3Sn4. The morphologic transition cellular/dendritic (ṪE> 1,2ºC/s) occurred only in the eutectic alloy, although regular cells in the hypereutectic alloy turned into plate-like cells (ṪE> 1,4ºC/s).

Keywords

Ligas livres de chumbo, Solidificação transitória, Microestrutura.

Lead-free alloys, Transient solidification, Microstructure.