Properties of lead-free tin solders for metal and mechanic sector

• Autorzy: Winiowski A. , Gawrysiuk W.

Warianty tytułu

PL

Właściwości bezołowiowych lutów cynowych dla zastosowań w branży metalowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Beside electronic industry, soft soldering is quite widely used in the machine sector as well as for assembly, installation and tinsmith work. Technological processes of these industries usually involve copper, various grades of brass and unalloyed steel as parent metals, whilst tin-lead filler metals with Sn content of 40-60% usually serve as soft solders. In addition, active soldering fluxes based on chlorides and mineral acid are also applied. The presented work investigated the possibility to substitute the aforementioned tin-lead solders with lead-free solder alloys as Sn-Ag, Sn-Ag-Cu, Sn-Ag-Bi, Sn-Ag-Zn, Sn-Zn and Sn-Zn-Ag with the lowest possible melting point and a narrow range of crystallization temperatures (nearly-eutectic alloys). The obtained results have revealed the most favourable properties of such solders as SnAg3.6Cu0.8 for unalloyed steel, brass and copper. Although the above solder alloy offered slightly poorer spreading properties, the wetting rate was sufficiently high and penetration into capillary gaps of soldered joints was comparable with conventional tin-lead solders. In return, its mechanical properties were much better than those of Sn-Pb solders as it provided higher strength parameters, in particular – the shear strength. The top value of shear strength was ascertained for the solders SnZn10Ag0.4 and SnAg3.03Zn0.95 but their applicability is limited due to relatively poor soldering properties, i.e. low wettability, poor capillary action and porosity of joints.

PL

Lutowanie miękkie poza elektroniką jest także stosowane dość szeroko w przemyśle maszynowym a także w pracach instalatorskich i blacharskich. Jako materiały lutowane w tych procesach stosuje się przeważnie miedź, mosiądze i stale niestopowe, a sposród lutów miękkich spoiwa cynowo-ołowiowe o zawartości 40-60% Sn. W procesach tych stosuje się także aktywne topniki lutownicze na osnowie chlorków i kwasów nieorganicznych. Przeprowadzone badania nad możliwością zastąpienia powyższych lutów cynowo-ołowiowych spoiwami bezołowiowymi typu Sn-Ag, Sn-Ag-Cu, Sn-Ag-Bi, Sn-Ag-Zn, Sn-Zn, Sn-Zn-Ag o najnizszej temperaturze topnienia i mozliwie waskim zakresie krystalizacji (stopy zblizone do eutektycznych) wykazały najkorzystniejsze wyniki w przypadku lutu SnAg3,6Cu0,8 dla stali niestopowych i mosiądzów oraz dla miedzi. Spoiwo to charakteryzowało się nieco niższą niż spoiwa typu Sn-Pb rozpływnością lecz wykazywało dużą szybkość zwilżenia i porównywalne wnikanie w szczeliny kapilarne połączeń. Wykazywało ono ponadto wyższe od spoiw typu Sn-Pb własności wytrzymałościowe i zapewniało znacznie wyższą wytrzymałość połączeń na ścinanie. Najwyższą wytrzymałość połączeń na ścinanie zapewniały luty SnZn10Ag0,4 i SnAg3,03Zn0,95 lecz ich przydatność praktyczną ograniczają stosunkowo słabe własności lutownicze tj. słaba zwilżalnosc niskie własności kapilarne i porowatość połączeń.

Słowa kluczowe

EN

soldering; soft solder alloys; metal – mechanic sector; properties of solder alloys; properties of soldered joints

PL

lutowanie; lut bezołowiowy; złącze lutowane; przemysł maszynowy; spoiwa cynowo-ołowiowe

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 51, iss. 3
• Strony: 399--405
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Winiowski A.

autor

Gawrysiuk W.

• Institute of Welding Technology, 44-100 Gliwice, 16/18 Bł. Czesława Str.

Bibliografia

• [1] T. Radomski, A. Ciszewski, Lutowanie. (Soldering) WNT Warsaw, 1989, 86-90. (in Polish)
• [2] P. T. Vianco, Soldering Handbook. AWS, New York, 207-217 (2004).
• [3] И. E.Петрунин, Cпpaвочнк пo найке(Soldering reference manual), Машиностроение, Mockвa, 2003стр. 84-88. (in Russian)
• [4] V. Ruża, Pajeni (Soldering) SNTL/Alfa, Praha, (1988).(in Czech)
• [5] O. M. Барабас, И. H. Kобаль,Кристаллическая структура металлов и сплабоб. Справочник (Cristalline structure of metals and alloys. Reference manual), Hayкова, Думка Киев, 1986.
• [6] S. Jin, Developing lead-free solders: A challenge and opportunity. Journal of Metals. (July 1993), 13-19.
• [7] P. T. Vianco, D. R. Frear, Issues in the replacement of lead-bearing solders. Journal of Metals, 7-11, July 1993.
• [8] P. T. Vianco, Solder alloys: A Look at the past, present and futurę. Welding Journal, No 3/1997.
• [9] B. Richards, Unleading the way. Materials World 19-21, Jan 2000.
• [10] M. Mc Cormack, S. Jin, Progress in the design of new lead-free solder alloys. Journal of Metals 36-40, July 1993.
• [11] W. L. Winterbottom, Converting to lead-free solders: An automotive industry perspective. Journal of Metals 20-24, July 1993.
• [12] C. Mellon, The effect of reflow process variables on the wettability of lead-free solders. Journal of Metals 33-35, My 1993.
• [13] M. Amagai, M. Watanabe, M. Omiya, K. Kishimoto, T. Shibuya, Mechanical chacteriza-tion of Sn-Ag based lead-free solders. Microelectronics Reliabłlity 42, 951-966 (2002).
• [14] A. Winiowski, W. Gawrysiuk, U. Lis, Badania recepturowo-technologiczne nowych materiałów dodatkowych do lutowania (Investigation on recipes and technologies of new consumable materials for soldering). Research output of the Institute of Welding Technologies No Gn-4/ST-27 (not published).