Ólommentes forraszötvözetek korróziós vizsgálata 3.5 % NaCl illetve 0.38 % MgCl2 oldatokban

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Medgyes Bálint Károly
Elektronikai Technológia Tanszék

Az elektronikai alkatrészek felhasználását tekintve a meghibásodás mind életvédelmi, mind gazdasági kockázat szempontjából kritikus. A legjellemzőbb hiba típusok, számos esetben az alkatrészek korrózióra hajlamos közeggel való érintkezésére vezethető vissza. Ebből adódóan a forraszpaszták korróziós vizsgálata kiemelkedően fontos, efelé irányuló kutatások száma növekvő tendenciát mutat.

Kísérleteim során elsődlegesen ón alapú réz, ezüst, nikkel, antimon és bizmut mikroötvözőket tartalmazó forraszötvözetek elektrokémiai korróziós vizsgálatával foglalkoztam a BME Elektronikai Technológia Tanszékén. Nevezetesen lineáris voltammetriás vizsgálatokat végeztem el, melyekkel a korrózióra jellemző számos paraméter kimutatható, úgymint a kritikus áramsűrűség, a hozzátartozó kritikus potenciál, korróziós áramsűrűség és a hozzátartozó korróziós potenciál és passzivációs áramsűrűség. Illetve elektrokémiai impedancia spektroszkópiás (EIS) vizsgálatokat is végeztem, mely lehetővé teszi a korróziós folyamat megfigyelését anélkül, hogy a korróziós reakciót felgyorsítaná. Kimutathatóvá válik, a cella ekvivalens aktív/passzív elemeket tartalmazó áramköri helyettesítő képe, mely segítségével belátást nyerhetünk a korróziós folyamatok során lezajló reakciókba, a dielektromos viselkedésbe és az anyagtranszport folyamatokba.

Méréseimet különböző összetételű ólommentes forraszötvözeteken végeztem el, Sn96,5Cu0,5Ag3 (1.minta); Sn98,95Cu0,7Ag0,3Ni0,05 (2.minta); Sn98,5Cu0,7Ag0,8Bi0,1 (3.minta); Sn98,45Cu0,7Ag0,8Ni0,05 (4.minta); Sn90,95Cu0,7Ag3,8Ni0,15Sb1,4Bi3 (5.minta) 3.5 wt.%-os nátrium-klorid illetve 0.38 wt.% magnézium-klorid vizes oldatában, melyek a tengervizekben található átlagos sótartalmat szimulálják.

A lineáris voltammetriás 3,5 wt.% nátrium-klorid elektrolit oldatban végzett kísérleteknél -1500 mV és 1500 mV közt tartomány került vizsgálat alá. Míg a 0,38 wt.% magnézium-klorid oldatban végzett méréseknél a -2000 mV és 2500 mV közötti tartomány került górcső alá. A passzivációs tartományon mért legalacsonyabb áramsűrűség alapján vontam le következtetéseket a vizsgált ólommentes forraszötvözetek korróziós tulajdonságairól.

A voltammetriás mérési eredményeim alapján a nátrium-kloridot tartalmazó elektrolitban a korróziós hajlam a 4.minta < 2.minta < 1.minta < 3.minta < 5.minta reláció szerint növekedett. Ezzel már a korábban elvégzett korróziós vizsgálatokkal közel ekvivalens eredményre jutottam.

Míg a magnézium-kloridot tartalmazó elektrolitban a korrózióra való hajlamosság 1.minta < 4.minta < 3.minta < 2.minta < 5.minta reláció szerint módosult. Ezzel az elektrolittal dolgozó korróziós vizsgálat nem lelhető fel szakirodalomban, ezért a szakirodalom ezen hiányos részének pótlása fontos volt.

Az elektrokémiai impedancia spektroszkópiás méréseket mind a két elektrolit oldat esetén 100 kHz és 100 mHz közötti frekvenciatartományon kerültek analizálásra.

Helyettesítő áramkörként, a Randles modell konstans fázisú elemmel kiegészített változata került felhasználásra. Az elektrokémiai cella tesztelésére, réz mintákon elvégzett megismételhetőségi mérések után, a voltammetriás mérések során legrosszabb korróziós tulajdonságokat mutató 5.minta illetve a referenciaként használt 1.minta elektrokémiai impedancia spektroszkópiás vizsgálatát helyeztem előtérbe.

A diplomamunkám EIS mérésekkel foglalkozó fejezetében a töltésátadási ellenállást összehasonlítás alapjául véve vontam le következtetéseket a korróziós viselkedésre. A töltésátadási ellenállás áll kapcsolatban a töltéstranszport folyamatokkal, mellyel becsülhetővé válik a minta korróziós viselkedése.

Az EIS mérések kiértékelése során felhasznált helyettesítő kép és az elektrokémiai folyamatok kapcsolatát igazolja, hogy a mért és az illesztett görbék számottevő átfedést mutattak.

A 3.5 wt.% nátrium-klorid oldatban végzett EIS mérések adatainak elemzéséből kiderült, hogy az 5.minta töltésátadási ellenállása közel egy nagyságrenddel kisebb, mint az 1.mintán mért érték.

Míg a 0.38 wt.% magnézium-klorid elektrolitban kivitelezett EIS mérések során, a töltésátadási ellenállásban nem figyelhető meg jelentős méretű eltérés. Az 5.minta átlagos töltésátadási ellenállása nagyobb értéket vett fel, mint az 1.minta, a reláció a

nátrium-klorid alapú méréseket viszonyítási alapul véve megfordult.

Méréseim eredménye alapján tenger közeli atmoszférával kapcsolatba kerülő termékekben, a korrózió okozta magas kockázati faktor miatt, az

ötödik minta (90,95% Sn – 0,7% Cu – 3,8% Ag – 3% Bi – 1,4% Sb – 0,15% Ni) alkalmazása nem javasolt.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.