[發明專利]一種測定錫及錫合金樣品中白錫轉變為灰錫比例的方法

有效

• 申請號: 201810059761.2
• 申請日: 2018-01-22
• 公開（公告）號: CN108303441B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 王春青;趙廂汐;籍曉亮;安琪
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N25/02
• 分類號: G01N25/02
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種測定錫及錫合金樣品中白錫轉變為灰錫比例的方法，屬于釬料低溫可靠性研究技術領域。所述方法為將樣品放置于恒溫液體介質中測量初始體積、將樣品放置于“相變低溫環境”下、改變環境溫度或放置時間、取出樣品待升溫至初始溫度、將樣品在此放回于恒溫液體介質中、測量樣品在不同溫度或不同放置時間后的體積、繪制體積變化曲線、依據變化曲線監測Sn低溫相變過程，如轉變起始點、轉變比例。本發明的優點是：通過利用Sn相變過程中灰錫與白錫的密度變化，能夠有效檢測樣品中錫瘟的發生及灰錫轉變的比例，其區別于現有的相變檢測方法，具有更高的靈敏度。

技術領域

本發明屬于釬料低溫可靠性研究技術領域，具體涉及一種測定錫及錫合金樣品中白錫轉變為灰錫比例的方法。

背景技術

近年來，隨著在電子工業領域中鉛被禁止使用，人們紛紛研究可取代Sn-Pb焊料的無鉛焊料。在此之前，Sn-Pb焊料的廣泛使用并未見灰錫問題的發生，而由于被廣泛使用的Sn基無鉛焊料中所含合金元素的量相對較少，其含Sn量可達95%~99%以上，其成分更接近于純錫，錫瘟的問題逐漸被重視起來，并且也有一些新的數據可以證實長期處于低溫條件下，在無鉛焊料中形成灰錫的風險將更大，因此錫瘟問題一直是錫及錫合金低溫應用時的嚴重問題。

純Sn在13℃時會發生從白色的β-Sn到灰色的α-Sn的同素異形轉變。白錫具有體心四方結構，密度為7.28 g/cm³，灰錫具有金剛石結構，其密度為5.75 g/cm³。β-Sn向α-Sn轉變過程中伴隨有26%~27%的體積膨脹，雖然這種轉換很緩慢，但轉變可在較低溫度下增強。當這種情況發生時，采用錫制作的工件、連接器上會觀察到表面裂紋，最終發生損壞、失效。

如何檢測錫及其合金中灰錫轉變的發生以及轉變量，對于科學研究、實際工件安全檢測至關重要。基于Sn不同的理化性質，目前已經研究出了很多有用的檢測Sn相變的方法：電阻法、微結構法、電氣測量法、X射線衍射、SEM/EBS分析法等，但是這些方法普遍存在靈敏度較低的問題，因此一種能夠顯著檢測Sn相變的方法亟待開發。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有Sn低溫相變檢測方法靈敏度低的問題，提供一種測定錫及錫合金樣品中白錫轉變為灰錫比例的方法，該種方法操作簡單，能夠顯著檢測早期Sn相變，從β-Sn到α-Sn的轉變是相當緩慢的，過程中Sn需要成核和生長，潛伏期需要數月甚至數年完成，但是基于白錫與灰錫理化性質的不同，尤其是27%體積的變化，能夠準確的檢測到樣品中錫瘟的發生及灰錫轉變比例，這不僅有利于Sn低溫相變的研究，而且對于科學研究、實際工件安全檢測有重要的作用。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種測定錫及錫合金樣品中白錫轉變為灰錫比例的方法，所述方法具體步驟如下：

步驟一：制備邊長為1cm的正方體錫或者錫合金樣品；

步驟二：在恒溫10℃的自來水中測量樣品的體積；

步驟三：將樣品放入高低溫試驗箱中，在高低溫試驗箱中放置10min；

步驟四：取出樣品，待升溫到9℃時再次放入步驟二所述的恒溫10℃的自來水中測量其體積；

步驟五：再次放入高低溫試驗箱中，降低高低溫試驗箱一個溫度階梯或增加在高低溫試驗箱中的放置時間，一個溫度梯度為10℃~30℃，放置時間每次增加10分鐘；

步驟六：重復步驟三到步驟五，直到需要的最低溫或最長時間，最低溫為-120℃，最長時間為200小時；

步驟七：繪制不同相變低溫環境的溫度或處理時間與相應的樣品體積曲線關系圖；

步驟八：根據曲線的拐點和拐點以后曲線的斜率獲知相變發生和相變比例。