Оценка энтальпии смешения расплавов системы Sn-Ag-Cu при 1423 К по данным о свойствах бинарных подсистем с использованием геометрических моделей растворов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье рассматривается оценка энтальпии смешения ΔНmix расплавов тройной системы Sn-Ag-Cu при температуре 1423 К по полученным нами ранее калориметрическим данным о тепловых эффектах смешения бинарных подсистем Ag-Cu, Ag-Sn и Cu-Sn. Для выполнения оценки ΔНmix были привлечены геометрические модели Toop’а, Kohler’а и Muggianu, в каждой из которых бинарные данные совместно обрабатываются по определенной математической процедуре. Результаты расчетов по указанным моделям представлены концентрационными зависимостями ΔНmix тройной системы в форме 3D поверхностей, проекций этих поверхностей на плоскость концентрационного треугольника, а также изотерм, построенных для отдельных квазибинарных сечений. Обнаружено, что моделирование по Kohler’у и Muggianu дает незначительно различающиеся результаты, тогда как в модели Toop’а величины теплоты смешения тройных составов заметно сдвинуты в отрицательную (экзотермическую) область. Из научной литературы известно, что правильный выбор геометрической модели зависит от принадлежности изучаемой тройной системы к «симметричному» или «асимметричному» типу. Форма имеющихся изотерм ΔНmix бинарных подсистем указывает на то, что система Sn-Ag-Cu является «асимметричной». Результаты, полученные с помощью модели Toop’а, признаны наиболее корректными, как как именно эта модель рекомендуется в литературе для описания «асимметричных» систем. Отмечены общая ограниченность всех геометрических моделей, учитывающих только двойные межчастичные взаимодействия, и целесообразность дополнительных экспериментальных исследований образования трехкомпонентных расплавов для выявления возможного вклада тройных взаимодействий в энтальпию смешения.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. С. Быков

Институт металлургии УрО РАН

Email: 1007o1007@gmail.com
Россия, Екатеринбург

К. И. Олейник

Институт металлургии УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: 1007o1007@gmail.com
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Рогачев А.С. Структура, стабильность и свойства высокоэнтропийных сплавов // Физика металлов и металловедение. 2020. 121. № 8. С. 807–841.
  2. Decterov S.A. Thermodynamic database for multicomponent oxide systems // Chim. Techno Acta. 2018. 5. P. 16–48.
  3. Toop G.W. Predicting ternary activities using binary data // Trans. Metall. Soc. AIME. 1965. 233. P. 850–855.
  4. Kohler F. Zur berechnung der thermodynamischen daten eines ternären systems aus den zugehörigen binären systemin // Monatsh. Chem. Verw. Anderer Wiss. 1960. 91. P. 738–740.
  5. Muggianu Y.M., Gambino M., Bros J. Enthalpies de formation des alliages liquides bismuth-étain-gallium à 723 K. Choix d’une représentation analytique des grandeurs d’excès intégrales et partielles de mélange // J. Chim. Phys. Phys.-Chim. Biol. 1975. 72. P. 83–88.
  6. Олейник К.И., Быков А.С. Калориметрическое исследование образования жидких сплавов Ag–Cu–Sn. Энтальпия смешения в граничных бинарных системах Cu–Ag, Cu–Sn и Ag–Sn при 1150°C // Расплавы. 2019. № 5. С. 12–17.
  7. Oleinik K.I., Bykov A.S. Calorimetric study of the formation of liquid Ag–Cu–Sn alloys. Enthalpy of mixing for the boundary binary Cu–Ag, Cu–Sn, and Ag–Sn systems at 1150° C // Russian Metallurgy (Metally). 2019. 2019. P. 131–134.
  8. Sharkey R.L., Pool M.J., Hoch M. Thermodynamic modeling of binary and ternary metallic solutions // Metall. Trans. 1971. 2. P. 3039–3046.
  9. Pool M.J., Predel B., Schultheiss E. Application of the Setaram high temperature calorimeter for the determination of mixing enthalpies of liquid alloys // Thermochim. Acta. 1979. 28. P. 349–358.
  10. Luef C., Flandorfer H., Ipser H. Lead-free solder materials: experimental enthalpies of mixing in the Ag-Cu-Sn and Cu-Ni-Sn ternary systems // Z. Metallkd. 2004. 95. P. 151–163.
  11. Nazeri M.F.M., Ismail A.B., Mohamad A.A. Effect of polarizations on Sn-Zn solders alloys in alkaline electrolyte // J. Alloys Compd. 2014. 606. P. 278–287.
  12. Ho C.-Y., Tsai M.-T., Duh J.-G., Lee J.-W. Bump height confinement governed solder alloy hardening in Cu/SnAg/Ni and Cu/SnAgCu/Ni joint assemblies // J. Alloys Compd. 2014. 600. P. 199–203.
  13. Huang M., Zhao N, Liu S., He Y. Drop failure modes of Sn–3.0Ag–0.5Cu solder joints in wafer level chip scale package // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2016. 26. P. 1663–1669.
  14. Shnawah. D.A., Said S.B.M., Sabri M.F.M., Badruddin I.A., Che F.X. High-reliability low-Ag-content Sn–Ag–Cu solder joints for electronics applications // J. Electron. Mater. 2012. 41. P. 2631–2658.
  15. Amin N.A.A.M., Shnawah D.A., Said S.M., Sabri M.F.M., Arof H. Effect of Ag content and the minor alloying element Fe on the electrical resistivity of Sn–Ag–Cu solder alloy // J. Alloys Compd. 2014. 599. P. 114–120.
  16. Elhosiny Ali H., El-Taher A.M., Algarni H. Influence of bismuth addition on the physical and mechanical properties of low silver/lead-free Sn-Ag-Cu solder // Mater. Today Commun. 2024. 39. 109113.
  17. Zhao X., Zhao M., Cui X., Xu T., Tong M. Effect of cerium on microstructure and mechanical properties of Sn-Ag-Cu system lead-free solder alloys // Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 2007. 17. P. 805-810.
  18. Zhang R.F., Zhang S.H., He Z.J., Jing J., Sheng S.H. Miedema Calculator: A thermodynamic platform for predicting formation enthalpies of alloys within framework of Miedema’s Theory // Comput. Phys. Commun. 2016. 209. P. 58–69.
  19. Hillert M. Empirical methods of predicting and representing thermodynamic properties of ternary solution phases // Calphad. 1980. 4. P. 1–12.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Экспериментальные величины ΔHmix при 1423 К (точки) и их описания квазихимическим приближением модели субрегулярных растворов (сплошные линии) для двойных систем Cu-Ag (а), Cu-Sn (б) и Ag-Sn (в) [6, 7].

Скачать (124KB)
3. Рис. 2. Поверхность энтальпии смешения тройных расплавов Sn-Ag-Cu при 1423 К, построенная на основании экспериментальных данных о бинарных подсистемах [6, 7] при помощи модели Toop’а.

Скачать (160KB)
4. Рис. 3. Поверхность энтальпии смешения тройных расплавов Sn-Ag-Cu при 1423 К, построенная на основании экспериментальных данных о бинарных подсистемах [6, 7] при помощи модели Kohler’а.

Скачать (160KB)
5. Рис. 4. Поверхность энтальпии смешения тройных расплавов Sn-Ag-Cu при 1423 К, построенная на основании экспериментальных данных о бинарных подсистемах [6, 7] при помощи модели Muggianu.

Скачать (164KB)
6. Рис. 5. Распределение величин ΔHmix расплавов Sn-Ag-Cu при 1423 К по концентрационному полю тройной системы, оцененное при помощи моделей Toop’а (а), Kohler’а (б) и Muggianu (в).

Скачать (153KB)
7. Рис. 6. Изотермы теплоты смешения тройных расплавов с NAg/NCu = 1 (а), NSn/NAg = 1 (б) и NSn/NCu = 1 (в) при 1423 К, построенные с помощью разных моделей.

Скачать (118KB)

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».