Д.ф.-м.н. Шепелевич В.Г.

Белорусский государственный университет, Беларусь

СТРУКТУРА СПЛАВОВ СИСТЕМЫ ОЛОВО – ЦИНК

Припои на основе системы олово – цинк применяются для пайки изделий из алюминиевых и магниевых сплавов, что определяет их использование при изготовлении в авиастроении, машиностроении и др. отраслях промышленности. Высокоскоростная кристаллизация, относящаяся к ресурсо- и энергосберегающим технологиям, позволяет изготовлять припои в виде фольг толщиной 10…200 мкм. Однако, при этом структура и свойства фольг могут существенно отличаться от структуры и свойств массивных припоев [1]. В связи с этим проведены исследования микроструктуры быстрозатвердевших фольг эвтектического и заэвтектических сплавов системы олово – цинк, содержащих 4,4, 8,8, 10, 15 и 20 масс. % Zn, соответственно.

Метод получения фольг сплавов высокоскоростной кристаллизацией (скорость охлаждения жидкой фазы 5·10⁵ К/с) и методы исследования их структуры описаны в работах [2,3]. Толщина исследуемых фольг составляла 30…80 мкм. Также исследованы массивные образцы эвтектики, полученные при скоростях охлаждения 2·10^-2 и 2·10² К/с.

Методом растровой электронной микроскопии обнаружена, что структура исследуемых сплавов зависит от скорости охлаждения жидкой фазы. При скорости охлаждения расплав 2·10^-2 К/с эвтектический сплав состоит из выделений цинка, окруженных оловом. Небольшое количество выделений цинка имеют формы пластин, толщина которых составляет 5…10 мкм, выделившиеся вначале кристаллизации. Кроме того, наблюдаются выделения цинка в виде тонких пластин толщиной не более 1,5 мкм, в виде стержней с поперечным диметром до 3 мкм и мелких выпуклых частиц. Выделения цинка в эвтектическом сплаве, полученном при скорости охлаждения 2·10² К/с, являются более дисперсными. Меньше выделений цинка в форме пластин; преимущественно наблюдаются выделения в виде стержней и выпуклых частиц. При увеличении скорости охлаждения жидкой фазы от 2·10^-2 до 2·10² К/с удельная поверхность межфазной границы увеличивается в 1,5 раза.

Изображение микроструктуры на поперечном сечении фольги эвтектического сплава приведено на рис. 1. В фольге наблюдаются только выпуклые частицы цинка и отсутствуют выделения в виде пластин и стержней. Такая же структура наблюдается и в быстрозатвердевших фольгах исследуемых заэвтектических сплавах системы олово – цинк, а также в доэвтектическом сплаве, содержащем 4,4 масс. % Zn.

Распределение максимальных хорд сечений цинка группам для фольги сплава системы Sn –Zn приведено на гистограмме (рис. 2). Наибольшая доля хорд сечений цинка приходится на минимальную размерную группу от 0,05 до 0,17 мкм.

Рис. 1. Микроструктура поперечного сечения быстрозатвердевшей фольги сплава Sn – 8,8 масс. % Zn

Рис. 2. Гистограмма распределения максимальных хорд сечений

частиц цинка для быстрозатвердевших фольг сплавов олова, содержащих 4,4, 8,8 и 15 масс. % Zn )

Быстрозатвердевшие фольги имеют микрокристаллическую структуру, в которой наблюдается преимущественная ориентация зерен. Текстура фольг исследована рентгеноструктурным анализом с использованием метода обратных полюсных фигур. Значения полюсных плотностей дифракционных линий олова и кадмия, находящихся в фольге, приведены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Полюсные плотности дифракционных линий олова

Дифракц. линии	Концентрация цинка, масс. %
	8,8	10	15	20
200	2,6	2,3	2,5	3,7
101	1,7	1,3	1,9	1,2
220	0,2	0,3	0,4	0,3
211	0,4	0,6	0,4	0,3
301	0,1	0,3	0,2	0,2
112	0,0	1,2	0,6	0,2

Таблица 2

Полюсные плотности дифракционных линий цинка

Дифракц. линии	Концентрация цинка, масс. %
	8,8	10	15	20
	2,9	3,2	3,5	4,3
	1,2	2,8	2,9	2,6
	1,0	2,0	1,3	1,1
	0,6	0,0	0,0	0,0
	0,5	0,0	0,0	0,0
	0,5	0,0	0,0	0,0
	0,7	0,0	0,0	0,0

Максимальные значения полюсной плотности имеют дифракционные линии олова 200 и цинка 0002, что указывает на формирование текстуры (100) в олове и (0001) в цинке. Образование наблюдаемых текстур в олове и цинке обусловлено преимущественным ростом кристаллитов, у которых плотноупакованные плоскости (100) олова и (0001) цинка перпендикулярны направлению теплоотвода при кристаллизации [2,3].

Таким образом, при высокоскоростной кристаллизации сплавов олова, содержащих 8,8 – 20 масс. % Zn, образуются дисперсные частицы цинка размером менее 2 мкм и формируется текстура (100) олова и (0001) цинка в фольгах.

Литература

1. Васильев В.А., Митин Б.С., Пашков И.Н., Серов М.М., Скуридин А.А., Лукин А.А., Яковлев В.Б. Высокоскоростное затвердевание расплава (теория, технология и материалы). Под ред. Б.С. Митина. М.: СП ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ, 1998, 400 с.

2. Ван Цзинцзе, Шепелевич В.Г. Быстрозатвердевшие фольги индия. – Минск: РИВШ, 2011. 172 с.

3. Шепелевич В.Г., Гутько Е.С., Ташлыкова-Бушкевич И.И. Структура и свойства быстрозатвердевших фольг сплавов алюминия, содержащих 6,0 – 15 ат. % Zn // Физика и химия обработки материалов. 2009. № 4. С.69 – 74.