Ligas Sn-Ag-Sb: análise da solidificação e do cenário mercadológico

The use of lead-containing alloys (Pb) in electronic microcomponents is a technological and environmental issue that requires urgent and attention. In this context, the development of new alloys with similar or superior properties to Pb-containing alloys is an alternative. Furthermore, the Fourth...

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Detalhes bibliográficos
Autor principal: Freitas, Pâmella Raffaela Dantas de
Outros Autores: Silva, Bismarck Luiz
Formato: Dissertação
Idioma:pt_BR
Publicado em: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Assuntos:
Solidificação
Ligas Sn-Ag-Sb
Microestrutura
Parâmetros térmicos
Cenário mercadológico
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Endereço do item:https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54679
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Ligas Sn-Ag-Sb: análise da solidificação e do cenário mercadológico
description The use of lead-containing alloys (Pb) in electronic microcomponents is a technological and environmental issue that requires urgent and attention. In this context, the development of new alloys with similar or superior properties to Pb-containing alloys is an alternative. Furthermore, the Fourth Industrial Revolution brought new production possibilities, with the creation of new materials improving properties such as lightweight, better mechanical properties, adaptability and with recyclability characteristics. The 4.0 paradigm demands eco-friendly solutions and the new lead-free alloys are the best alternatives to meet this new window of opportunity. The Sn-Ag alloys have promising properties such as good mechanical strength and creep resistance, but they have low toughness, problems with silver segregation and low wetting on metallic substrates. In this context, the present study aims to analyze the effect of antimony (Sb) additions (0.2 and 2.0% in weight) on the microstructure, thermal parameters of solidification (cooling rate-ṪL and growth rate-VL), phase transformation temperatures, macrosegregation, mechanical properties and fracture modes in the hypoeutectic Sn-2.0wt.%Ag alloy directionally solidified under transient conditions. The microstructural and mechanical characterization occurred through the use of techniques such as Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM), XRay Fluorescence (FRX), X-Ray Diffraction (XRD) and Vickers microhardness. Thermodynamic calculations were performed by Thermocalc software, in order to study the evolution of phase fractions and solidification paths. In addition, an analysis of the market scenario in which the Sn-Ag-Sb alloys are inserted was carried out, through prospects on the Espacenet platform and desk research. The microstructures of Sn-Ag-Sb alloys are completely dendritic with an Sn-rich matrix (β-Sn) surrounded by a eutectic mixture, βSn+Ag3Sn+SbSn. The Sb additions promoted a microstructural refinement and a slight increase in liquidus and solidus temperatures, when compared to the binary alloy Sn2wt.%Ag. Ag exhibited a constant and higher than nominal macrosegregation profile, while Sb changed from a constant profile to an inverse type with increasing Sb content. The Ag3Sn intermetallic displayed two morphologies, fibrous and spherical, with prevalence of the latter for ṪL>5.10 °C/s and 2.90 °C/s for the alloys with 0.2wt.%Sb and 2wt.%Sb, respectively. Sb promoted an increase in the Vickers microhardness of both Sn-Ag-Sb alloys, with a higher value for the 2wt.%Sb content. In the market context, Sn-Ag-Sb alloys have high potential for application in nanotechnology, autonomous robots and artificial intelligence.
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Furthermore, the Fourth Industrial Revolution brought new production possibilities, with the creation of new materials improving properties such as lightweight, better mechanical properties, adaptability and with recyclability characteristics. The 4.0 paradigm demands eco-friendly solutions and the new lead-free alloys are the best alternatives to meet this new window of opportunity. The Sn-Ag alloys have promising properties such as good mechanical strength and creep resistance, but they have low toughness, problems with silver segregation and low wetting on metallic substrates. In this context, the present study aims to analyze the effect of antimony (Sb) additions (0.2 and 2.0% in weight) on the microstructure, thermal parameters of solidification (cooling rate-ṪL and growth rate-VL), phase transformation temperatures, macrosegregation, mechanical properties and fracture modes in the hypoeutectic Sn-2.0wt.%Ag alloy directionally solidified under transient conditions. The microstructural and mechanical characterization occurred through the use of techniques such as Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM), XRay Fluorescence (FRX), X-Ray Diffraction (XRD) and Vickers microhardness. Thermodynamic calculations were performed by Thermocalc software, in order to study the evolution of phase fractions and solidification paths. In addition, an analysis of the market scenario in which the Sn-Ag-Sb alloys are inserted was carried out, through prospects on the Espacenet platform and desk research. The microstructures of Sn-Ag-Sb alloys are completely dendritic with an Sn-rich matrix (β-Sn) surrounded by a eutectic mixture, βSn+Ag3Sn+SbSn. The Sb additions promoted a microstructural refinement and a slight increase in liquidus and solidus temperatures, when compared to the binary alloy Sn2wt.%Ag. Ag exhibited a constant and higher than nominal macrosegregation profile, while Sb changed from a constant profile to an inverse type with increasing Sb content. The Ag3Sn intermetallic displayed two morphologies, fibrous and spherical, with prevalence of the latter for ṪL>5.10 °C/s and 2.90 °C/s for the alloys with 0.2wt.%Sb and 2wt.%Sb, respectively. Sb promoted an increase in the Vickers microhardness of both Sn-Ag-Sb alloys, with a higher value for the 2wt.%Sb content. In the market context, Sn-Ag-Sb alloys have high potential for application in nanotechnology, autonomous robots and artificial intelligence. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES O uso de ligas contendo chumbo (Pb) em microcomponentes eletrônicos é uma problemática tecnológica e ambiental que requer urgência e atenção. Neste âmbito, o desenvolvimento de novas ligas com propriedades similares ou superiores as ligas contendo Pb é uma alternativa. Somada a esta conjuntura, a Quarta Revolução Industrial trouxe novas possibilidades produtivas, com a criação de novos materiais melhorando propriedades como leveza, melhores propriedades mecânicas, adaptáveis e com características de reciclabilidade. O paradigma 4.0 demanda soluções que sejam ecoamigáves e as novas ligas sem chumbo são as melhores alternativas para suprir esta nova janela de oportunidade. As ligas Sn-Ag apresentam propriedades promissoras como boa resistência mecânica e resistência à fluência, porém possuem uma baixa tenacidade, problemas de segregação da prata e baixo grau de molhamento em substratos metálicos. Neste contexto, o presente estudo visa analisar o efeito de adições de antimônio (Sb) (0,2% e 2,0% em peso) na microestrutura, parâmetros térmicos de solidificação (Taxa de resfriamento-ṪL e velocidade de solidificação-VL), temperaturas de transformação de fases, macrossegregação, propriedades mecânicas e modos de fratura na liga hipoeutética Sn2,0%Ag solidificada direcionalmente em regime transitório de fluxo de calor. A caracterização microestrutural e mecânica ocorreu pelo uso das técnicas como Microscopia Óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Fluorescência de Raios-X (FRX), Difração de Raios-X(DRX), ensaios de microdureza Vickers. Cálculos termodinâmicos foram realizados pelo software Thermocalc, a fim de estudar a evolução das frações de fases e caminhos de solidificação. Além disso, fez-se a análise do cenário mercadológico no qual as ligas Sn-Ag-Sb estão inseridas, através de prospecções na plataforma Espacenet e pesquisas desk. As microestruturas das ligas Sn-Ag-Sb são completamente dendríticas com uma matriz rica em Sn (β-Sn) envolvida por uma mistura eutética, β-Sn+Ag3Sn+SbSn. As adições do Sb promoveram um refinamento microestrutural e um ligeiro aumento nas temperaturas liquidus e solidus, quando em comparação com a liga binária Sn-2%Ag. A Ag exibiu um perfil de macrossegregação constante e superior a nominal, enquanto o Sb saiu de um perfil constante para um tipo inverso com o aumento do teor de Sb. O intermetálico Ag3Sn apresentou duas morfologias, fibrosa e esférica, com prevalência desta última para ṪL>5,10°C/s e 2,90°C/s para as ligas com 0,2%Sb e 2%Sb, respectivamente. O Sb promoveu o aumento da microdureza Vickers de ambas as ligas Sn-Ag-Sb, com maior valor para o teor de 2%Sb. No contexto mercadológico, ligas Sn-Ag-Sb possuem alto potencial de aplicação em nanotecnologia, robôs autônomos e inteligência artificial. 2023-09-04T20:40:15Z 2023-09-04T20:40:15Z 2023-05-30 masterThesis FREITAS, Pâmella Raffaela Dantas de. Ligas Sn-Ag-Sb: análise da solidificação e do cenário mercadológico. Orientador: Bismarck Luiz Silva. 2023. 140f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023. https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54679 pt_BR Acesso Aberto application/pdf Universidade Federal do Rio Grande do Norte Brasil UFRN PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

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