Влияние распада пересыщенных жидких растворов на структуру и микротвердость быстрозатвердевающих сплавов системы Pb–Sn

Представлены результаты исследования структуры и микротвердости фольги сплавов системы свинец–олово, полученной высокоскоростным охлаждением из жидкой фазы. Образец фольги имел следующие размеры: длина – до 10 см, ширина – до 1 см и толщина – 30–80 мкм. Скорость охлаждения расплава составила не менее 105 К/с. Для быстроохлажденной фольги характерна дисперсная структура. Размер выделений олова и свинца не превышает 5 мкм. Удельная поверхность межфазных границ достигает значения 1,7 мкм–1. Из-за переохлаждения в фольге образуется микрокристаллическая структура. Средние длины хорд случайных секущих на сечениях зерен свинца и олова в фольге сплава Pb–73 ат.% Sn равны 0,8 и 1,8 мкм соответственно. В фольге сплавов системы свинец–олово формируется текстура (111) свинца и (100) олова при определенных условиях. Формирование структуры сплавов свинца, содержащих от 20 до 95 ат.% олова, обусловлено протеканием спинодального распада пересыщенного жидкого раствора, а в остальных сплавах – распадом по механизму образования и роста зародышей кристаллических фаз. Расслоение жидкого раствора приводит к формированию областей, обогащенных свинцом и оловом, которые способствуют образованию центров кристаллизации, одинаково распределенных в объеме фольги. Микротвердость фольги сплавов, составы которых близки к эвтектическому, меньше микротвердости массивных сплавов того же состава, что связано с разупрочняющим действием границ зерен и межфазных границ. Выдержка этих сплавов при комнатной температуре вызывает увеличение микротвердости из-за уменьшения проскальзывания на границах. Распад пересыщенных твердых растворов сплавов Pb–5 ат.% Sn и Sn–1 ат.% Pb приводит к уменьшению микротвердости из-за ослабления влияния твердорастворного механизма упрочнения. Результаты исследования могут применяться для создания легкоплавких припоев, подшипниковых сплавов, сплавов для кабельных оболочек с улучшенными физико-химическими свойствами.

высокоскоростное затвердевание, свинец, олово, микрокристаллическая структура, мелкодисперсная структура, текстура, микротвердость, механизмы упрочнения

1. Мальцев, М. В. Металлография цветных промышленных металлов и сплавов / М. В. Мальцев. – М.: Металлургия, 1970. – 364 с.

2. Андрющенко, М. Бессвинцовая пайка. Альтернативные сплавы / М. Андрющенко // Электроника: наука, техника, бизнес. – 2004. – № 5. – С. 47–49.

3. Ochoa, F. The effects of cooling rate on microstructure and mechanical behavior of Sn-3.5 Ag solder / F. Ochoa, J. J. Williams, N. Chawla // JOM. – 2003. – Vol. 55, iss. 6. – P. 56–60. https://doi.org/10.1007/s11837-003-0142-7

4. Hui-Wei, Miao. Thermal cycling test in Sn-Bi and Sn-Bi-Cu solder joints / Miao Hui-Wei, Duh Jenq-Gong // J. Mater. Sci. – Mater. Electron. – 2000. – Vol. 11, iss.8. – P. 609–618. https://doi.org/10.1023/A:1008928729212.

5. Высокоскоростное затвердевание расплавов: теория, технология и материалы / В. А. Васильев [и др.]. – М.: СП Интермет Инжиниринг, 1998. – 400 с.

6. Мирошниченко, И. С. Закалка из жидкого состояния / И. С. Мирошниченко. – М.: Металлургия, 1982. – 168 с.

7. Шепелевич, В. Г. Быстрозатвердевшие легкоплавкие сплавы / В. Г. Шепелевич. – Минск: БГУ, 2015. – 192 с.

8. Русаков, А. А. Металлография металлов / А. А. Русаков. – М.: Атомиздат, 1977. – 400 с.

9. Салтыков, С. А. Стереометрическая металлография / С. А. Салтыков. – М.: Металлургия, 1976. – 272 с.

10. Шепелевич, В. Г. Микроструктура и механические свойства эвтектического сплава системы олово–свинец, полученного высокоскоростным затвердеванием / В. Г. Шепелевич, О. Н. Белая, М. В. Гольцев // Приборостроение-2018: материалы Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 14–16 нояб. 2018 г. / БНТУ; редкол.: О. К. Гусев [и др.]. – Минск, 2018. – С. 262–264.

11. Шепелевич, В. Г. Микроструктура быстроохлажденных из расплава сплавов системы олово–свинец / В. Г. Шепелевич, О. Н. Белая, Е. Ю. Неумержицкая // Прикладные проблемы оптики, информатики, радиофизики и физики конденсированного состояния: материалы Междунар. науч.-практ. конф., Минск, 11–12 мая 2017 г. / НИУ «Ин-т приклад. физ. проблем им. А. Н. Севченко» Белорус. гос. ун-та; редкол.: В. И. Попечиц [и др.]. – Минск, 2017. – С. 293–295.

12. Разработка процессов получения и применения сплавов припоев в дисперсном состоянии с микрокристаллической или аморфной структурой / И. Н. Пашков [и др.] // Металлургия. – 2010. – № 6. – С. 43–45.

13. Циглер, Г. Экстремальные принципы термодинамически необратимых процессов и механики сплошной среды / Г. Циглер. – М.: Мир, 1966. – 136 с.

14. Глазов, В. М. Химическая термодинамика и фазовые равновесия / В. М. Глазов, Л. М. Павлова. – М.: Металлургия, 1988. – 560 с.