Không phải tất cả các kim loại đều có thể kết hợp tốt với nhau. Và điều này lan sang thế giới điện tử và các vật liệu được sử dụng trong đó. Một ví dụ tương đối mới và có liên quan đã xuất hiện với sự ra đời của RoHS và mong muốn xác định một sự thay thế "ngay lập tức" cho chất hàn SnPb(Ag). Một hỗn hợp eutectic của Sn (thiếc) và Zn (kẽm) rất hấp dẫn như một sự thay thế khả thi. 91Sn 9Zn là eutectic, không chứa bất kỳ vật liệu RoHS nào và nóng chảy ở 199C, chỉ cao hơn 16 độ so với chất hàn SnPb eutectic và thấp hơn ~20 độ so với hỗn hợp SAC thông thường và không chứa bất kỳ kim loại quý đắt tiền nào.
Nhưng hợp kim có chứa Zn. Và đó là một trở ngại vì hai lý do. Zn khá phản ứng, khiến việc tạo ra một chất trợ dung cho phép tạo ra một loại kem hàn ổn định (có thời hạn sử dụng đáng kể) trở nên rất khó khăn. Thứ hai, lý do mà chúng ta sẽ đi sâu vào chi tiết trong bài đăng này, là điện thế điện cực của Zn.
Sự chênh lệch điện thế giữa các kim loại càng lớn thì khả năng xảy ra ăn mòn điện hóa càng cao. Điện thế của Cu (đồng) là +0,334V. Điện thế của Sn (thiếc) và Pb (chì) lần lượt là -0,140V và -0,126V. Trong khi đó, điện thế của Zn là -0,761V. Vì vậy, tiếp xúc ngẫu nhiên của Zn với Cu có thể tạo ra sự chênh lệch điện thế là 1,095V. Thêm vào một chút độ ẩm (hơi ẩm), và người ta có một kịch bản chính để xảy ra ăn mòn điện hóa. Nó có thể trở nên trầm trọng hơn nữa do sự hiện diện của các ion halide (phun muối).
Vậy, với tất cả những điều này, liệu hợp kim hàn có 91% Sn và 9% Zn có phải là vấn đề không?
Tôi đã làm một thí nghiệm đơn giản để tìm hiểu.
Tôi lấy một số dải hàn SnZn và các miếng đồng, chỉ cần đặt chúng lên nhau và để ở nhiệt độ 85 độ C/85%RH trong suốt kỳ nghỉ lễ Lao động dài (>72 giờ).
Bên dưới là hình ảnh của dải hàn SnZn trước khi đưa vào các điều kiện nêu trên.
Hình ảnh tiếp theo cho thấy dải hàn SnZn sau khi tiếp xúc với 85C/85%RH trong >72 giờ. Mẫu dải hàn này không tiếp xúc với bất kỳ kim loại nào khác. Tôi đang cố gắng xác định quá trình oxy hóa “bình thường” của hợp kim này, trong những điều kiện này, sẽ như thế nào. Tôi cũng đã làm như vậy với các phiếu đồng. (Hình ảnh tiếp theo)
Hình ảnh cuối cùng này cho thấy tác động của tiếp xúc ngẫu nhiên của đồng với dải hàn SnZn. Lưu ý mức độ oxy hóa/ăn mòn của các phiếu đồng tệ hơn nhiều.
Trong thí nghiệm đơn giản này, chúng ta có thể thấy tác động của ăn mòn điện hóa xảy ra thông qua tiếp xúc ngẫu nhiên của hợp kim hàn SnZn với đồng. Tôi nói "tiếp xúc ngẫu nhiên" vì các vật liệu chỉ chạm vào nhau, chúng chưa được hàn lại với nhau. Sẽ rất thú vị khi xem liệu hiệu ứng có lớn như vậy không nếu các vật liệu được liên kết với nhau mà không có khe hở để nước thấm qua.
