Patty đang đi bộ đến văn phòng thì thấy Giáo sư Ulf Gabrielson đi ngang qua. “Thật là một quý ông lớn tuổi đầy ấn tượng,” cô nghĩ thầm. Vài thập kỷ trước, ông từng là ứng cử viên cho giải Nobel và đến nay vẫn thường xuyên đến văn phòng hầu như mỗi ngày. Dù đã 85 tuổi, hay khoảng chừng đó, ông vẫn rất minh mẫn.
Một điều khiến Patty ấn tượng khi làm việc trong môi trường học thuật là sự kính trọng gần như sùng bái dành cho các giáo sư lớn tuổi. Một số ít giáo sư trên 70 tuổi vẫn giảng dạy và nghiên cứu toàn thời gian, và sinh viên đại học cũng như sau đại học đều háo hức tìm kiếm lời khuyên từ họ về các vấn đề chuyên môn, nghề nghiệp, và thậm chí, thường xuyên là cả những vấn đề cá nhân.
Toàn bộ quãng thời gian tại Đại học Ivy diễn ra rất suôn sẻ với cô và Rob. Cả hai đều sắp nhận bằng tiến sĩ. Giờ đây, Patty sẽ không còn cảm thấy quá bối rối khi làm giáo sư mà chưa có bằng tiến sĩ nữa. Rob sẽ nhận công việc nhà khoa học nghiên cứu tại Đại học Ivy sau khi tốt nghiệp. Mặc dù mức lương của vị trí này thấp hơn so với mức anh có thể kiếm được trong ngành công nghiệp, nhưng anh cũng rất thích bầu không khí học thuật và lịch làm việc linh hoạt ở đây.
Sau khi bước vào văn phòng, Patty ngồi xuống để trả lời các email và thấy một email từ Mike Madigan.
Nội dung như sau: “Thưa Giáo sư Coleman, liệu ngài và nhóm nghiên cứu có thể soạn thảo một danh sách các khuyến nghị về việc lắp ráp các loại hàn hỗn hợp không chì và thiếc-chì không? Mike, học trò khiêm tốn của ngài.”
Đó là khoảng thời gian nghỉ giữa các học kỳ và Patty có chút thời gian rảnh; hơn nữa, bài tập này nghe có vẻ thú vị. Cô lập tức gửi một tin nhắn cho Rob và Pete, đề nghị cả nhóm cùng nhau tìm hiểu thông tin rồi hẹn gặp nhau sau vài ngày.
Như mọi khi, những ngày tháng trôi qua thật nhanh. Chẳng mấy chốc, “cả nhóm” đã có mặt tại văn phòng của Patty.
“Này, Rob! Giờ cậu đã là nhà khoa học nghiên cứu rồi, không biết văn phòng của cậu có tốt hơn của Patty không nhỉ?” Pete trêu chọc.
“Ồ, đúng rồi! Giờ tớ còn nổi tiếng hơn cả Giáo sư Coleman, người nổi tiếng khắp thế giới,” Rob đáp lại.
“Được rồi! Được rồi! Bắt tay vào việc thôi,” Patty nói, vừa cười khúc khích cùng với Rob và Pete.
“Điều khiến tôi ấn tượng nhất khi thu thập thông tin cho bài tập nhỏ này là, dù có rất nhiều lo ngại về độ tin cậy của chất hàn không chì, nhưng vẫn có rất nhiều người lắp ráp các sản phẩm kết hợp nhiều công nghệ khác nhau và dường như lại tỏ ra rất thờ ơ với điều đó,” Pete nói với giọng nghiêm túc.
“Tôi đồng ý,” Rob nói.
“Hãy nghĩ xem đây là một hệ thống hợp kim hàn hỗn hợp như thế nào. Bốn kim loại (thiếc, chì, đồng và bạc) với hàm lượng không được kiểm soát trong toàn bộ mối hàn,” Pete tiếp lời.
“Vì vậy, thực ra không thể xác định chính xác nhiệt độ nóng chảy hay các tính chất cơ học là bao nhiêu. Những thông số này sẽ thay đổi tùy theo từng vị trí trên mối hàn,” Patty nói thêm.
“Điều đó đều đúng, nhưng chúng ta cần thực tế một chút. Đã có rất nhiều người lắp ráp thành công các hệ thống hợp kim hỗn hợp như vậy – và điều này đã diễn ra từ lâu rồi,” Pete đề xuất.
“Hãy xem công trình nghiên cứu này của Bradley và các cộng sự về chu kỳ nhiệt, được thực hiện bằng NEMI,” Pete tiếp lời.
Ba người cùng nhìn vào một bản đồ mà Pete đã in ra.
Hình 1. Dữ liệu của Bradley cho thấy độ tin cậy của chu trình nhiệt đối với hỗn hợp thiếc-chì và hợp kim không chì gần như tương đương với độ tin cậy của chất hàn thiếc-chì.
“Chà, đúng như dự đoán, hàn thiếc-chì có hiệu suất kém hơn so với hàn không chì. Tuy nhiên, điều thú vị là kết quả của phương pháp hàn hỗn hợp và hàn thiếc-chì lại gần như tương đương nhau,” Patty chỉ ra.
“Dữ liệu cho thấy tình huống điển hình. Chất hàn SAC có hiệu suất tốt hơn trong chu trình nhiệt. Nếu chúng ta có dữ liệu về va đập do rơi, chất hàn thiếc-chì và chất hàn hỗn hợp có thể cho kết quả tốt hơn,” Rob nói.
Ba người đã xem xét một số dữ liệu khác trong một thời gian ngắn…
“Tôi nghĩ chúng ta đều đồng ý rằng, đối với các thiết bị điện tử không liên quan đến nhiệm vụ quan trọng, hệ thống hợp kim hỗn hợp có thể hoạt động được. Tuy nhiên, tôi cho rằng chúng ta cũng đồng ý rằng, đối với những thứ như máy bay chiến đấu hay thiết bị y tế, phương án này thậm chí không nên được xem xét,” Patty khẳng định.
Rob và Pete lẩm bẩm tỏ ý đồng ý.
“Được rồi. Vậy thì, có vẻ như những dữ liệu này ủng hộ việc trộn hợp kim hàn thiếc-chì với hợp kim hàn không chì. Nhưng còn quy trình thì sao?” Patty hỏi.
“Chúng ta không thể áp dụng nhiệt độ hàn thiếc-chì khi sử dụng thêm chất hàn SAC, vì như vậy có thể chất hàn SAC sẽ không tan chảy hoàn toàn. Hãy xem những hình ảnh này mà tôi đã tìm thấy (xem hình 2),” Rob nói.
Hình 2. Khi sử dụng hỗn hợp chất hàn thiếc-chì và chất hàn không chì, cần đảm bảo rằng nhiệt độ nung lại đủ cao để làm tan chảy chất hàn không chì.
“Ôi trời!” Pete nói. “Nhìn cấu trúc hạt tồi tệ thế này kìa! Không cần phải là một thiên tài về luyện kim cũng đủ thấy mối hàn này yếu rồi.”
“Tôi đồng ý. Nhưng nếu nhiệt độ ở mức thấp, việc sử dụng loại bột hàn có chất trợ hàn tốt sẽ thực sự hữu ích. Bạn còn nhớ công trình nghiên cứu của Mario Scalzo liên quan đến vấn đề này không? Tôi có bức ảnh về thí nghiệm của ông ấy (xem hình 3),” Patty nói.
Hình 3. Mặc dù nên đặt nhiệt độ đỉnh của quá trình hàn lại cao hơn điểm nóng chảy của chất hàn không chì (thường khoảng 219°C), nhưng một chất trợ hàn tốt có thể giúp chất hàn không chì nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn. Kết quả ở bên phải được thực hiện ở 208°C.
“Tôi còn nhớ công trình đó. Anh ấy đã trình bày nó tại một hội thảo mà tôi từng tham dự. Anh ấy đã làm cho một hạt hàn SAC305 tan chảy trong hỗn hợp hàn thiếc-chì ở nhiệt độ chỉ 208°C. Anh ấy đã sử dụng một loại chất trợ hàn tuyệt vời giúp hỗ trợ quá trình này,” Rob nói thêm.
“Như chúng ta đã thấy trước đây, một loại bột hàn chất lượng tốt là điểm khởi đầu,” Pete nói thêm.
Patty bước đến bảng trắng để tóm tắt. Cô viết:
- Các cụm linh kiện điện tử kết hợp giữa linh kiện không chứa chì và linh kiện thiếc-chì có thể được sử dụng cho các ứng dụng không quan trọng đối với nhiệm vụ.
- Khi tạo ra một hệ thống hợp kim bốn kim loại có thành phần thay đổi, luôn sẽ có một chút khó chịu.
- Mối hàn thu được sẽ có các tính chất cơ học và nhiệt độ nóng chảy khác nhau
- Kết quả thử nghiệm chu trình nhiệt dự kiến sẽ kém hơn so với các loại hàn SAC
- Chất chống sốc khi rơi có thể tốt hơn chất hàn SAC
- Đường cong nhiệt độ hàn lại phải được thiết lập sao cho nhiệt độ đỉnh cao hơn điểm nóng chảy của chất hàn SAC.
- Như thường lệ, hãy phối hợp với nhà cung cấp bột hàn của bạn để chọn được loại bột hàn phù hợp nhất cho ứng dụng đầy thách thức này.
Sau khi tất cả cùng xem xét danh sách và nhất trí rằng nó hợp lý, Pete đề nghị mọi người cùng chơi chín lỗ golf.
Chúc mừng,
Tiến sĩ Ron
