Ресурсосберегающая технология изготовления бессвинцового припоя экструзией

Ресурсосберегающая технология изготовления бессвинцового припоя экструзией

Автор: Фаизов С.Р., Радионова Л.В., Громов Д.В., Глебов Л.А., Ердаков И.Н.

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy

Рубрика: Обработка металлов давлением. Технологии и машины обработки давлением

Статья в выпуске: 1 т.24, 2024 года.

Бесплатный доступ

Повышение требований законодательства в области экологической безопасности и ограничение использования свинца в новом электротехническом и электронном оборудовании повышают актуальность и экономическую обоснованность поиска новых легкоплавких сплавов для использования в качестве припоя. В настоящей работе разрабатывается технология изготовления бессвинцового пруткового и проволочного припоя методом прямой экструзии. С помощью математической модели прямой экструзии и программы для ЭВМ, написанной на ее основе, определены деформационные и энергосиловые параметры изготовления прутков Ø8,0 и Ø15,0 мм и проволоки Ø2,0 мм из сплава 52In-48Sn (ПОИн-52). По результатам расчетов максимальные усилия экструзии при изготовлении указанного сортамента составляют 106 кН, что необходимо учитывать при выборе оборудования и проектировании технологической оснастки. С помощью компьютерного моделирования в пакете QForm определены температурно-скоростные условия экструзии прутков и проволоки. Установлено, что технологически процесс экструзии на анализируемых режимах для всех типоразмеров продукции реализуем. Разогрев сплава выше температур плавления не наблюдается, отсутствуют причины для потери стабильности процесса и снижения качества готовой продукции. Прочностной анализ технологической оснастки для изготовления прутков и проволоки, спроектированной по результатам расчетов, показал запас прочности более 2,1, что считается достаточным для металлургического оборудования. По разработанной технологии изготовлена опытная партия в количестве 100 кг проволочного припоя Ø2,0 мм с намоткой на катушки и 150 кг пруткового Ø8,0 мм для АО «Челябинский цинковый завод».

Еще

Экструзия, сплав 52in-48sn, поин-52, бессвинцовый припой, пруток, проволока

Короткий адрес: https://sciup.org/147243228

IDR: 147243228   |   DOI: 10.14529/met240106

Список литературы Ресурсосберегающая технология изготовления бессвинцового припоя экструзией

  • Медведев А.М. Сборка и монтаж электронных устройств: учеб. пособие. М.: Техносфера, 2007. 256 с. (Мир электроники). ISBN 978-5-94836-131-4. EDN JOXMHP.
  • Паршин С.Г. Металлургические основы сварки. Пайка материалов: учеб. пособие. СПб.: Изд-во политехнического ун-та, 2017. 90 с. ISBN 978-5-7422-5565-9. EDN RODDUK.
  • Вовлеченность металлургических компаний в реализацию ESG-повестки: экологический аспект / Н.Н. Яшалова, Е.В. Быковская, Е.В. Перфильева, И.А. Костылев // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. 2022. № 4 (86). С. 98–106. EDN ESJYDS. DOI: 10.17277/voprosy.2022.04.pp.098-106
  • Пичугин В.С. Организация системы управления отходами бытовой техники и электроники в Костанайской области // Знание. 2018. № 4-1 (56). С. 7–13. EDN LBIRZR.
  • Штенников В.Н. Перспективы использования бессвинцовых припоев в электронном машиностроении // Сварочное производство. 2018. № 7. С. 49–52. EDN YLVDAD.
  • Гуниа Г., Сванидзе З. Проблемы загрязнения природной среды микропримесями техногенного происхождения // Научный журнал Власть и общество (История, Теория, Практика). 2016. № 4-1 (40). С. 148–161. EDN BOTTLL.
  • Интегральные показатели кардиотоксичности свинца и кадмия на фоне физической нагрузки / С.В. Клинова, И.А. Минигалиева, М.П. Сутункова, Л.В. Шабардина // Гигиена и санитария. 2023. Т. 102, № 11. С. 1228–1235. EDN NUNAMK. DOI: 10.47470/0016-9900-2023-102-11-1228-1235
  • Комплексный анализ влияния тяжелых металлов на акушерскую патологию / А.Н. Чехоева, З.А. Хамицаев, А.Э. Козаева, Л.А. Кадохова // Медицина. Социология. Философия. Прикладные исследования. 2019. № 2. С. 31–37. EDN INJWUS.
  • Высоцкий С.П., Ермакова Д.И., Степаненко Т.И. Очистка сточных вод от тяжелых металлов // Научный вестник НИИГД Респиратор. 2017. № 2 (54). С. 69–77. EDN YNDFKJ.
  • Забашта Н.Н., Головко Е.Н., Лисовицкая Е.П. Токсичные элементы в почвах и сене // Сборник научных трудов Краснодарского научного центра по зоотехнии и ветеринарии. 2022. Т. 11, № 2. С. 4–8. EDN JFNVIP. DOI: 10.48612/sbornik-2022-2-1
  • Stevels A.L.N. 3 – The present recast of the WEEE Directive // Waste Electrical and Electronic Equipment (WEEE) Handbook. Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials; Vannessa Goodship, Ab Stevels (Eds). Woodhead Publishing, 2012. P. 53–65. ISBN 9780857090898. DOI: 10.1533/9780857096333.1.53
  • Label P.I., Label P., oHS Compliance Engineer R. Directive 2002/95/EC of the European Parliament and of the Council of 27 January 2003 on the restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment. Artesyn Technologies: Boca Raton, FL, USA, 2005.
  • Электроника и экология / В.В. Зенин, С.И. Рембеза, А.А. Стоянов, Б.А. Спиридонов // Комплексные проблемы техносферной безопасности, Воронеж, 12 ноября 2014 года. Ч. IV. Воронеж: Воронежский государственный технический университет, 2014. С. 212–216. EDN ZCXMRZ.
  • Булгакова Н.Ф. Влияние загрязнения почвы и воздуха кадмием и свинцом на здоровье человека и с.-х. животных в связи с поступлением металлов в организм по пищевым цепям. (Словакия) // Ветеринария. Реферативный журнал. 2007. № 1. С. 42. EDN HEIKNN.
  • Проблемы повышения надежности и качества радиоэлектронных средств и приборов при использовании бессвинцовых припоев / Н.В. Астахов, А.В. Башкиров, О.Ю. Макаров и др. // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2021. Т. 17, № 2. С. 48–53. EDN KVRIPT. DOI: 10.36622/VSTU.2021.17.2.008
  • Обенко, А. С. Экономические аспекты перехода на бессвинцовые припои при микро-пайке // Экономика и предпринимательство. 2015. № 5-2 (58). С. 870–872. EDN UAXZOR.
  • Mechanical Properties and Microstructure of Binary In-Sn Alloys for Flexible Low Temperature Electronic Joints / J. Zhou, X.F. Tan, S.D. McDonald, K. Nogita // Materials. 2022. Vol. 15. P. 8321. DOI: 10.3390/ma15238321
  • Effects of CuZnAl Particles on Properties and Microstructure of Sn-58Bi Solder / F. Yang, L. Zhang, Z.-q. Liu et al. // Materials. 2017. Vol. 10. P. 558. DOI: 10.3390/ma10050558
  • Kang H., Rajendran S.H., Jung J.P. Low Melting Temperature Sn-Bi Solder: Effect of Alloying and Nanoparticle Addition on the Microstructural, Thermal, Interfacial Bonding, and Mechanical Characteristics // Metals. 2021. Vol. 11. P. 364. DOI: 10.3390/met11020364
  • Gain A.K., Zhang L. Effect of Ag nanoparticles on microstructure, damping property and hardness of low melting point eutectic tin–bismuth solder // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2017. Vol. 28. P. 15718–15730.
  • Ductile-to-brittle transition in Sn–Zn solder joints measured by impact test / M. Date, T. Shoji, M. Fujiyoshi et al. // Scripta Materialia. 2004. Vol. 51, iss. 7. P. 641–645.
  • S J., Elias J. Experimental investigations on the effect of addition of Ag into ternary lead free solder alloy Sn-1Cu-1Ni // Letters on Materials. 2019. Vol. 9 (2). P. 239–242. DOI: 10.22226/2410-3535-2019-2-239-242
  • Дипстратен Г., Фишер П., Цинн Б. Влияние фосфора на бессвинцовый припой с содержанием Sn0,7Cu0,05Ni // Технологии в электронной промышленности. 2013. № 1 (61). С. 46–47. EDN PWYHPL.
  • Investigation of Microstructure and Mechanical Properties of SAC105 Solders with Sb, In, Ni, and Bi Additions / Y. Gao, X. Bian, X. Qiu et al. // Materials. 2023. Vol. 16. P. 4059. DOI: 10.3390/ma16114059
  • Investigation of the Microstructure, Thermal Properties, and Mechanical Properties of Sn-Bi-Ag and Sn-Bi-Ag-Si Low Temperature Lead-Free Solder Alloys / S. Chen, X. Wang, Z. Guo et al. // Coatings. 2023. Vol. 13. P. 285. DOI: 10.3390/coatings13020285
  • Evaluation of Shear Properties of Indium Solder Alloys for Cryogenic Applications / M. Deshpande, R. Chaudhari, P.R. Narayanan, H. Kale // Journal of Materials Engineering and Performance. 2021. Vol. 30 (7) . P. 7958–7966. DOI: 10.1007/s11665-021-05983-y
  • Tensile strength and ductility of indium / R.P. Reed, C.N. McCowan, R.P. Walsh et al. //Materials Science and Engineering: A. 1988. Vol. 102, iss. 2. P. 227–236. ISSN 0921-5093. DOI: 10.1016/0025-5416(88)90578-2
  • On the Direct Extrusion of Solder Wire from 52In-48Sn Alloy / S. Faizov, A. Sarafanov, I. Erdakov et al. // Machines. 2021. Vol. 9. P. 93. DOI: 10.3390/machines9050093
  • Radionova L.V., Faizov S.R., Sarafanov A.E. Mathematical Modelling of Low Temperature Solder Direct Extrusion // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020 International Russian Conference on Materials Science and Metallurgical Technology, RusMetalCon 2020. Chelyabinsk, September 22–24, 2020. IOP Publishing Ltd, 2020. P. 012107. EDN PLHQIF. DOI: 10.1088/1757-899X/969/1/012107
  • Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022613048 Российская Федерация. Расчет энергосиловых и температурно-скоростных параметров прямого прессования легкоплавких сплавов / С.Р. Фаизов, Л.В. Радионова, Д.В. Громов [и др.]; заявитель Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет». № 2022611539; заявл. 03.02.2022; опубл. 01.03.2022. EDN QXPCYX.
  • Радионова Л.В., Лисовский Р.А. Анализ деформационного и контактного разогрева проволоки в процессе высокоскоростного волочения в монолитной волоке // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2022. Т. 78, № 9. С. 784–792. EDN HLKINL. DOI: 10.32339/0135-5910-2022-9-784-792
  • Стебунов С.А. 25 лет программе моделирования процессов обработки металлов давлением QForm // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2016. № 11. C. 3–4. EDN XIMOGL.
  • Компьютерное моделирование температурных режимов при полунепрерывном прямом прессовании легкоплавких материалов / Л.В. Радионова, С.Р. Фаизов, Д.В. Громов, И.Н. Ердаков // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2020. Т. 20, № 4. С. 30–38. EDN BMAZKA. DOI: 10.14529/met200404
  • Strength Analysis and Modeling of Direct Extrusion Tooling for Fu-sible Solder / L.V. Radionova, E.V. Safonov, D.V. Gromov et al. // Proceedings of the 8th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2022. Lecture Notes in Mechanical Engineering; A.A. Radionov, V.R. Gasiyarov (Eds.). Springer, Cham; 2023. DOI: 10.1007/978-3-031-14125-6_27
  • Фаизов С.Р., Радионова Л.В. Моделирование и прочностной анализ при проектировании оснастки для прямого прессования легкоплавкого припоя // Пром-Инжиниринг: труды VII всероссийской научно-технической конференции, Москва, Челябинск, Новочеркасск, Волгоград, Сочи, 17–21 мая 2021 года. Челябинск: Издат. центр ЮУрГУ, 2021. С. 180–185. EDN IWGNDU.
  • Математическое моделирование энергосиловых параметров прямого прессования легкоплавких материалов / Л.В. Радионова, С.Р. Фаизов, В.Д. Лезин, А.Е. Сарафанов // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2020. Т. 20, № 2. С. 71–79. EDN LVYZXD. DOI: 10.14529/met200207
  • Определение показателя трения в процессе прямого прессования проволочного и пруткового припоя ПОИн-52 / Л.В. Радионова, С.Р. Фаизов, Д.В. Громов и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2021. Т. 21, № 3. С. 56–66. EDN BRJJBF. DOI: 10.14529/met210307
  • Фаизов С.Р., Радионова Л.В. Причины формирования и способы устранения воздушных пузырей на поверхности пруткового припоя, полученного прямой экструзией // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2023. Т. 23, № 1. С. 38–46. EDN RRPGOE. DOI: 10.14529/met230105
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp