Mọi người ơi,
Nhiệt độ bảo dưỡng cho các thiết bị điện tử trong ô tô hiện đại có thể cao hơn 125 độ C. Nhiệt độ cao này làm dấy lên mối lo ngại về sự phát triển liên kim đồng-thiếc trong các mối hàn.
Thông thường, chúng ta không nghĩ đến thực tế là ngay cả nhiệt độ phòng cũng chỉ là một phần đáng kể của nhiệt độ nóng chảy của thiếc, ví dụ 293K/505K = 0,5802. Xin nhắc lại rằng chúng ta phải sử dụng thang Kelvin khi thực hiện các phép tính này. Tuy nhiên, 125C bằng 0,788 độ C so với điểm nóng chảy của thiếc. Nhiệt độ này tương đương với nhiệt độ của sắt rèn của thợ rèn là 895C. Hình 1 cho thấy biểu đồ nhiệt độ lò rèn của thợ rèn . Lưu ý rằng 895C là quá nóng đỏ.
Hình 1. Biểu đồ nhiệt độ lò rèn của thợ rèn
Vậy, sự phát triển liên kim loại đồng-thiếc của chất hàn SAC ở 125 độ C theo thời gian là bao nhiêu? Định luật khuếch tán của Fick cho chúng ta biết rằng sự phát triển của liên kim loại, D, được đưa ra bởi:
D = (k(T)t)^0.5 Phương trình 1.
Trong đó k(T) là hằng số tốc độ tăng trưởng phụ thuộc vào nhiệt độ và t là thời gian. Siewert etal [i] đã thực hiện các thí nghiệm trong đó D được đo ở nhiều nhiệt độ và thời gian khác nhau cho chất hàn SAC. Theo sự dẫn dắt của Siewert, tôi sẽ sử dụng thời gian tính bằng giờ. Bằng cách sử dụng dữ liệu của họ trong Hình 2a đến 2c cho chất hàn SAC, tôi đã có thể vẽ k trong đồ thị Arrhenius , xem Hình 2.
.
Hình 2. Biểu đồ Arrhenius của dữ liệu Siebert
Từ Hình 2, chúng ta thấy rằng Ln k = -6784.7/T+ 14.81 hoặc k = exp (14.81)*exp-(6784.7/T). Vì vậy, ở 125C hoặc 398K, k = 0,1068. Sử dụng giá trị k này, chúng ta có thể vẽ D theo hàm số thời gian. Kết quả có trong Hình 3. Lưu ý rằng cả hai thang đo đều là logarit. Trong 1.000 giờ (42 ngày), các liên kim loại phát triển 10 micron. Trong 3 năm, nó đạt 53 micron. Chúng ta nên thận trọng, vì dữ liệu của Siewet có các thanh lỗi. Nhưng theo tôi, các phép chiếu này nằm trong hệ số hai.
Hình 3. Sự phát triển liên kim loại theo thời gian ở nhiệt độ 125 độ C trong hợp kim hàn SAC.
Tác dụng của những lớp kim loại liên kết dày này trong môi trường ô tô khắc nghiệt là gì? Không ai biết, nhưng tôi khuyến khích ai đó thực hiện một số thí nghiệm để tìm hiểu.
Chúc mừng,
Tiến sĩ Ron
[i] Siewert, TA etal, Sự hình thành và phát triển của kim loại liên hợp tại giao diện giữa chất hàn không chì và chất nền đồng , APEX 1994.
