vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2018-63-3-290-296vestift-388Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYФазовый состав, микроструктура и микротвердость сплава In–Sn, полученного высокоскоростной кристаллизациейPhase composition, microstructure and microhardness of alloy In–Sn, obtained by rapid crystallizationШепелевичВ. Г.ShepelevichV. G.

Шепелевич Василий Григорьевич – доктор физико- математических наук, профессор.

Пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Vasiliy G. Shepelevich – D. Sc. (Physics and Mathe matics), Professor.

Shepelevich@bsu.byГусаковаО. В.GusakovaO. V.

Гусакова Ольга Вадимовна – кандидат физико-математических наук, доцент.

Ул. Долгоброд ская, 23, 220070, Минск

Olga V. Gusakova – Ph. D. (Physics and Mathematics), Associate Professor.

Ol.gusakova@gmail.comГусаковаС. В.HusakovaS. V.

Гусакова София Викторовна – кандидат физико-математических наук, ведущий инженер.

Пр. Независимости, 4, 220030, Минск

Sofia V. Husakova – Ph. D. (Physics and Mathematics), Lead Engineer.

4, Nezavisimosti Ave., 220030, Minsk

husakova@bsu.byБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityМеждународный государственный экологический институт имени А.Д. Сахарова Белорусского государственного университетаInternational Sakharov Environmental Institute of the Belarusian State University201801112018633290296Copyright © Шепелевич В.Г., Гусакова О.В., Гусакова С.В., 20182018Шепелевич В.Г., Гусакова О.В., Гусакова С.В.Shepelevich V.G., Gusakova O.V., Husakova S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/388

Исследования направлены на получение перспективных для бессвинцовой пайки легкоплавких сплавов в виде фольги с однородным распределением дисперсных составляющих. Представлены результаты изучения структуры и свойств сплава In – 42 ат.% Sn, полученного методом сверхбыстрой закалки из расплава при скорости охлаждения расплава порядка 105 К/с. Рентгеноструктурные исследования показали, что быстрозатвердевшая фольга состоит из соединения InSn4 (γ-фаза) и соединения In3Sn (β-фаза), что соответствует равновесной диаграмме состояния. По экспериментальным данным, полученным методом дифракции отраженных электронов (ДОЭ), определены параметры фаз с использованием метода случайных секущих: объемная доля фаз, средняя длина хорд случайных секущих на выделениях каждой из фаз, удельная поверхность межфазной границы. Микроструктура и распределение компонент изучались с помощью растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа. Вид микроструктуры существенно различается для стороны, прилегающей к кристаллизатору, и свободно затвердевающей. Методом ДОЭ установлено, что сплав In – 42 ат.% Sn, полученный высокоскоростной кристаллизацией, состоит из основной β-фазы и дисперсной γ-фазы, имеющих микрокристаллическую структуру с размером зерен, не превышающим 2 мкм. Методом обратных полюсных фигур изучена текстура обеих фаз, составляющих полученные поликристаллические сплавы. Проведены исследования механических свойств как сразу после изготовления фольги, так и после старения и отжига. Показано, что увеличение микротвердости сплава при старении и отжиге обусловлено изменением параметров зеренной структуры.

The results of studying of the structure and properties of the In – 42 at.% Sn alloy in the form of foil obtained by the method of rapid solidification with a cooling rate of the melt of at least 105 K/s are presented. X-ray diffraction analysis showed that the phase composition of the alloy corresponds to the equilibrium state diagram. Foils consist of an InSn4 compound (γ-phase) and an In3Sn compound (β-phase). The grain structure of foil was studied by electron backscatter diffraction technique. It is established that the foil have a microcrystalline structure. The parameters of the microstructure are determined by the method of random linear secants: the volume fraction of the phases, average chord length of the random linear secant on the inclusions of each phase, the specific surface of the interface. Microstructure and distribution of components was also studied for both foil surfaces. The texture of both phases of the polycrystalline foils was studied by the method of inverse pole figures. It is established that the initial foils of the investigated alloy are in an unstable state. It is shown that an increase in the microhardness of the alloy during aging and annealing caused by change in the parameters of the grain structure.

высокоскоростное затвердеваниеиндийоловофольгафазазернотекстурамежфазная границамикротвердостьrapid solidificationindiumtinfoilphasegraintextureinterphase boundarymicrohardnessReferencesYeh, C. H. The Grain Boundary Wetting in the Sn – 25 at% In Alloys / C. H. Yeh, L. S. Chang, B. Straumal // Defect and Diffusion Forum. – 2006. – Vol. 258–260. – P. 491–496. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.258-260.491Yeh C.-H., Chang L.-S., Straumal B. The Grain Boundary Wetting in the Sn – 25 at% In Alloys. Defect and Diffusion Forum, 2006, vol. 258–260, pp. 491–496. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/DDF.258-260.491Андрющенко, М. Бессвинцовая пайка. Альтернативные сплавы / М. Андрющенко // Электроника: Наука, технология, бизнес. – 2004. – № 5. – С. 47–49.Andryushchenko M. Lead-free soldering. Alternative alloys. Elektronika: Nauka, tekhnologia, biznes = Electronics: Science, Technology, Business, 2004, no. 5, pp. 47–49 (in Russian).Yeh, C.-H. Wetting Transition of Grain Boundaries in Tin-Rich Indium-Based Alloys and Its Influence on Electrical Properties / Chien-Hsuan Yeh, Li-Shin Chang, B. Straumal // Materials Transactions. – 2010. – Vol. 51, № 9. – P. 1677–1682. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2010159Yeh Chien-Hsuan, Chang Li-Shin, Straumal B. Wetting Transition of Grain Boundaries in Tin-Rich Indium-Based Alloys and Its Influence on Electrical Properties. Materials Transactions, 2010, vol. 51, no. 9, pp. 1677–1682. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2010159Phase structure and texture of electrodeposited InSn alloys on copper Substrate / P. Ozga [et al.] // Archives of Me tallurgy and Materials. – 2008. – Vol. 53, iss. 1. – P. 307–315.Ozga P., Świątec Z., Michalec M., Onderka B., Bonarski J. Phase structure and texture of electrodeposited InSn alloys on copper Substrate. Archives of Metallurgy and Materials, 2008, vol. 53, iss. 1, pp. 307–315.Высокоскоростное затвердевание расплавов: (Теория, технология и материалы) / В. А. Васильев [и др.]; под общ. ред. Б. С. Митина. – М.: СП Интермет инжиниринг, 1998. – 400 с.Vasil’yev V. A., Mitin B. S., Pashkov I. N., Serov M. M., Skuridin A. A., Lukin A. A., Yakovlev V. B. Rapid solidification of melts: theory, technology and materials. Moskow, SP Intermet Inzhiniring Publ., 1998. 400 p. (in Russian).Шепелевич, В. Г. Быстрозатвердевшие легкоплавкие сплавы / В. Г. Шепелевич. – Минск: БГУ, 2015. – 192 с.Shepelevich V. G. Rapidly-solidified low-melting alloys. Minsk, Belarusian State University, 2015. 192 p. (in Russian).Разработка процессов получения и применения сплавов припоев в дисперсионном состоянии с микрокристаллической или аморфной структурой / И. Н. Пашков [и др.] // Металлург. – 2010. – № 6. – С. 43–45.Pashkov I. N., Pikunov M. V., Tavolzhanskiy S. A., Pashkov A. I. Development of the processes of obtaining and using alloy solders in the dispersion state with a microcrystalline or amorphous structure. Metallurg = Metallurgist, 2010, no. 6, pp. 43–45 (in Russian).Салтыков, С. А. Стереометрическая металлография / С. А. Салтыков. – М.: Металлургия, 1976. – 272 с.Saltykov S. A. Stereometric metallography. Moskow, Metallurgiya Publ., 1976. 272 p. (in Russian).Русаков, А. А. Рентгенография металлов / А. А. Русаков. – М.: Атомиздат, 1977. – 488 с.Rusakov A. A. Radiography of metals. Moskow, Atomizdat Publ., 1977. 488 p. (in Russian).Миркин, Л. И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов / Л. И. Миркин; под ред. Я. С. Уманского. – М.: ГИФМЛ, 1961. – 863 с.Mirkin L. I. Umanskii Ya. S. (ed.). Handbook of X-ray diffraction analysis of polycrystals. Moskow, State Publishing House of Physical and Mathematical Literature, 1961. 863 p. (in Russian).Шепелевич, В. Г. Структура, свойства и стабильность быстрозатвердевшей эвтектики Bi – 40 мас.% Cd / В. Г. Шепелевич // Материаловедение. – 2013. – № 10. – С. 26–30.Shepelevich V. G. Structure, properties and stability of the rapidly solidified eutectic Bi – 40 wt.% Cd. Materialovedeniye, 2013, no. 10, pp. 26–30 (in Russian).Шепелевич, В. Г. Фазовый состав и зеренная структура быстрозатвердевшего эвтектического сплава Sn – 32 мас.% Cd / В. Г. Шепелевич // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов: межвуз. сб. научн. тр. / под общ. ред. В. М. Самсона, Н. Ю. Сдобнякова. – Тверь: Твер. гос. ун-т, 2013. – Вып. 5. – С. 370–375.Shepelevich V. G. Phase composition and grain structure of the rapidly solidified eutectic alloy Sn – 32 wt.% Cd. Fiziko-khimicheskiye aspekty izucheniya klasterov, nanostruktur i nanomaterialov: mezhvuz. sb. nauch. tr. [Physico-chemical aspects of the study of clusters, nanostructures and nanomaterials: interuniversity collection of scientific papers]. Tver, Tver State University, 2013, issue 5, pp. 370–375 (in Russian).Shepelevich, V. G. The microstructure and microhardness of rapidly solidified foils of eutectic alloy In – 47 at.% Sn / V. G. Shepelevich, L. P. Scherbachenko // British Journal of Science. Education and Culture. – 2015. – Vol. 111, № 1(7). – P. 863–869.Shepelevich V. G., Scherbachenko L. P. The microstructure and microhardness of rapidly solidified foils of eutectic alloy In – 47 at.% Sn. British Journal of Science. Education and Culture, 2015, vol. 111, no. 1(7), pp. 863–869.Ван Цзинцзе. Структура и микротвердость быстрозатвердевшей фольги γ-фазы системы In–Sn / Ван Цзинцзе, В. Г. Шепелевич // Вестн. Белорус. гос. ун-та. Сер. 1. Физика. Математика. Информатика. – 2011. – № 1. – С. 22–24.Van Tszintsze, Shepelevich V.G. Structure and microhardness of the fast-solidified foil of the γ-phase of the In–Sn system. Vestnik Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser 1. Fizika. Matematika. Informatika = Vestnik BSU. Series 1. Physics. Mathematics. Informatics, 2011, no. 1, pp. 22–24 (in Russian).Ван Цзинцзе. Структура быстрозатвердевшей b-фазы системы In–Sn / Ван Цзинцзе, В. Г. Шепелевич // Вестн. Белорус. гос. ун-та. Сер. 1. Физика. Математика. Информатика. – 2010. – № 3. – С. 27–29.Van Tszintsze, Shepelevich V. G. Structure of the fast-solidified β-phase of the In–Sn system. Vestnik Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser 1. Fizika. Matematika. Informatika = Vestnik BSU. Series 1. Physics. Mathematics. Informa tics, 2010, no. 3, pp. 27–29 (in Russian).Хоникомб, Р. Пластическая деформация металлов / Р. Хоникомб. – М.: Металлургия, 1975. – 408 с.Khonikomb R. Plastic deformation of metals. Moskow, Metallurgiya Publ., 1975. 408 p. (in Russian).Бокштейн, Б. С. Термодинамика и кинетика границ зерен в металлах / Б. С. Бокштейн, Ч. В. Капецкий, Л. С. Швиндерман. – М.: Металлургия, 1986. –224 сBokshteyn B. S., Kapetskiy C. V., Shvinderman L. S. Thermodynamics and kinetics of grain boundaries in metals. Moskow, Metallurgiya Publ., 1986. 224 p. (in Russian).Грабский, М. В. Структурная сверхпластичность металлов / М. В. Грабский. – М.: Металлургия, 1975. – 272 с.Grabskiy M. V. Structural superplasticity of metals. Moskow, Metallurgiya Publ., 1975. 272 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.