Desenvolvimento microestrutural e do comportamento mecânico de ligas alternativas de soldagem Sn-Bi-Cu e Sn-Bi-Ag

Resumo

Por muitos anos, as ligas de soldagem (entenda-se brasagem) Sn-37%Pb ou Sn-40%Pb foram utilizadas em placas de circuito eletrônico e outros dispositivos eletrônicos [1]. Ao longo dos anos, essas tradicionais ligas de soldagem foram a melhor opção para fabricação de produtos eletroeletrônicos devido ao seu baixo ponto de fusão, baixo custo e bom molhamento em substratos metálicos usados na indústria eletrônica, principalmente nos substratos de Cu [2,3]. Em contrapartida, existem tendências e diretrizes que restringem o uso de Pb em processos de produção de componentes em geral, principalmente devido sua alta toxidade [4]. Portanto, o desenvolvimento de ligas de soldagem livres de Pb torna-se uma tarefa essencial e urgente nessas indústrias. Segundo Abtew e Selvaduray [1] mais de 70 sistemas metálicos estão sendo continuamente estudados, sejam eles binários, ternários ou quaternários. Dentre esses vários sistemas, ligas alternativas de soldagem Sn-Bi se mostram promissoras quanto a substituição de ligas contendo Pb. Estas ligas possuem em geral baixo ponto de fusão e baixo custo, dois importantes fatores para aplicações na indústria eletroeletrônica. Entretanto, ainda apresentam deficiências como baixas propriedades mecânicas e baixo nível de molhamento em substratos metálicos (principalmente Cu). Porém estudos na literatura relatam que a adição de Ag ou Cu promove melhorias nessas propriedades. Melhorias estão fortemente ligadas às características microestruturas formadas após a solidificação. Neste contexto, a presente proposta objetiva desenvolver uma análise teórico/experimental sobre a influência de adições de Cu ou Ag em ligas hipoeutéticas Sn-Bi solidificadas unidirecionalmente em regime transitório de fluxo de calor - simulação do processo industrial. Os sistemas e suas ligas em análise serão avaliados quanto às propriedades mecânicas (limite de resistência à tração, limite de escoamento e alongamento específico), e quanto ao desenvolvimento microestrutural presente nos mesmos. A caracterização mecânica será realizada através de ensaios de tração. A caracterização microestrutural das ligas será feita por meio do estudo detalhado das macro e microestruturas resultantes no lingote fundido, realizando-se a determinação de parâmetros térmicos de solidificação (v - velocidade de solidificação, G - gradiente de temperatura e - taxa de resfriamento). O amplo espectro de taxas de resfriamento obtidos por meio da configuração de solidificação direcional permitirá uma completa e inédita avaliação do efeito deste parâmetro térmico na microestrutural final das ligas examinadas. Por fim, serão ainda determinados os perfis de macrossegregação de soluto ao longo do comprimento dos lingotes e quantificação dos espaçamentos dendríticos e/ou celulares. (AU)