Investigation of thermal, electrical, mechanical and microstructural properties of SAC105 leadfree solder alloy by addition of trace amounts of antimony (Sb)

Sn-1 ağ. % Ag-0.5 ağ. % Cu, Sn-1 ağ. % Ag-0.5 ağ. %Cu-0.5 ağ. % Sb, Sn-1 ağ. % Ag-0.5 ağ. % Cu-1 ağ. % Sb, Sn-1 ağ. % Ag-0.5 ağ. % Cu-1.5 ağ. % Sb, kurşunsuz lehim alaşımlarının ısıl iletkenliklerinin sıcaklığa bağlı değişimi lineer ısı akış metodu, elektriksel iletkenliğin sıcaklıkla değişimi 4-nokta iletkenlik ölçüm tekniği ile ölçüldü. Her bir alaşım için elektriksel ve ısı iletkenliğin sıcaklıkla değişim grafikleri çizildi. Çizilen bu grafiklerden ısıl ve elektriksel iletkenlik katsayıları belirlendi. Isıl iletkenliğe elektron ve fonon katkıları, Wiedemann-Franz Kanunu kullanarak hesaplandı ve elde edilen sonuçlar grafiklerle gösterildi. Mekanik özelliklerin belirlenmesi için Mikrosertlik ve Çekme-Uzanım analizleri yapıldı. Bu tez çalışmasında Vickers sertlik ölçme yöntemiyle mikrosertlik ölçümü yapıldı. Tüm alaşımlar için alınan sertlik değerlerinin kompozisyonla değişim grafikleri çizildi. Çekme analizi, mekanik tahrikli çekme cihazında tek eksende ve sabit hızla koparılıncaya kadar çekilerek yapıldı. Her bir numune için gerilme-birim uzama ve gerilme-% uzama grafikleri çizildi.Linear heat flow method and four point probe method were used to measure respectively thermal and electrical conductivity variations with temperature in Sn-1 wt. % Ag-0.5 wt. % Cu, Sn-1 wt. % Ag-0.5 wt. %Cu-0.5 wt. % Sb, Sn-1 wt. % Ag-0.5 wt. % Cu-1 wt. % Sb, Sn-1 wt. % Ag-0.5 wt. % Cu-1.5 wt. % Sb lead free solder alloy systems. Temperature variation graphs of electrical and thermal conductivity were drawn for each alloy system. Electrical and thermal conductivity coefficients were determined from these graphs. Electron and phonon contributions to thermal conductivity were calculated by using Wiedemann-Franz Law and the results were plotted. Microhardness and tensile-strain tests were performed to determine the mechanical properties. In this thesis, microhardness was measured with Vickers hardness measurement method. The microhardness variation with composition were plotted for all alloy systems. Tensile analysis were performed on a mechanic traction device in a single axis and by pulling until it ruptured at constant speed. Stress-strain and stress-elongation % graphs were drawn for each sample

The determination of thermal temperature coefficients wi̇th linear heat flow apparatus of In-Bi i̇ntermetallic alloys

Bi-12 ağ.% In (Bi4In), Bi-15 ağ.% In (Bi3In), Bi-35.4 ağ.% In (BiIn), Bi-45 ağ.% In (Bi2In3), Bi-47.6 ağ.% In (Bi3In5), Bi-53 ağ.% In (BiIn2), Bi-62 ağ.% In (BiIn3) In-Bi intermetalik alaşımlar için ısı iletkenliğin sıcaklıkla değişimi lineer ısı akış metodu, elektriksel iletkenliğin sıcaklıkla değişimi d.c. dört nokta prob metoduyla ölçüldü. Isıl iletkenliğe elektron ve fonon katkıları, In-Bi intermetalik alaşımlarında Wiedemann-Franz kanunuyla hesaplanan ısıl ve elektriksel iletkenlik değerleri kullanılarak belirlendi. Isıl iletkenliğin fonon bileşeninin yüzdesi, 313-373 K sıcaklık aralığında Bi-12 ağ.% In, Bi-15 ağ.% In, Bi-35.4 ağ.% In, Bi-45 ağ.% In, Bi-47.6 ağ.% In, Bi-53 ağ.% In, Bi-62 ağ.% In intermetalik alaşımları için sırasıyla 49-54 %, 49-57 %, 37-52 %, 23-39 %, 30-40 % , 49-52 % , 35-46 % olarak bulundu. In-Bi intermetalik alaşımları için elektriksel iletkenliğin sıcaklık katsayısı sırasıyla 2.41x10-3, 1.61x10-3, 1.95x10-3, 2.28x10-3, 2.54x10-3, 0.46x10-3, 1.65x10-3 K-1 bulundu. İntermetalik alaşımlar için erime sıcaklığındaki katı fazın ısıl iletkenlikleri ve ısıl sıcaklık katsayıları sırasıyla 14.50, 16.23, 19.42, 25.63, 25.63, 31.83, 35.93 W/Km ve 1.36x10-3, 1.29x10-3, 3.27x10-3, 2.86x10-3, 2.47x10-3, 1.79x10-3 ve 4.34x10-3 K-1'dir. Aynı zamanda In-Bi intermetalik alaşımlarının mikroyapı ve yapısal karakteristikleri X-ışını kırınımı (XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile araştırıldı.The electrical and thermal conductivity variations with temperature for In-Bi intermetallic alloys, namely Bi-12 wt.% In (Bi4In), Bi-15 wt.% In (Bi3In), Bi-35.4 wt.% In (BiIn), Bi-45 wt.% In (Bi2In3), Bi-47.6 wt.% In (Bi3In5), Bi-53 wt.% In (BiIn2), Bi-62 wt.% In (BiIn3) alloys were measured by d.c. four-point probe method and linear heat flow apparatus, respectively. The contributions of electron and phonon to the thermal conductivity have been separately determined by using the measured values of thermal and electrical conductivities from Wiedemann-Franz law in the In-Bi intermetallic alloys. The percentages of phonon component of thermal conductivity were found to be in the range of 49-54 %, 49-57 %, 37-52 %, 23-39 %, , 30-40 % , 49-52 % , 35-46 % for Bi-12 wt.% In , Bi-15 wt.% In, Bi-35.4 wt.% In, Bi-45 wt.% In, Bi-47.6 wt.% In, Bi-53 wt.% In, Bi-62 wt.% In alloys at the ranges of 313-373 K temperature, respectively. The temperature coefficients () of electrical conductivity for the In-Bi intermetallic alloys were found to be 2.41x10-3, 1.61x10-3, 1.95x10-3, 2.28x10-3, 2.54x10-3, 0.46x10-3, 1.65x10-3 K-1, respectively. The thermal conductivities of the solid phases at their melting temperature and the thermal temperature coefficients for In-Bi intermetallic were also found to be 14.50, 16.23, 19.42, 25.63, 25.63, 31.83, 35.93 W/Km and 1.36x10-3, 1.29x10-3, 3.27x10-3, 2.86x10-3 , 2.47x10-3 , 1.79x10-3 and 4.34x10-3 K-1, respectively. Also, the microstructure and structural characteristics of In-Bi intermetallic alloys were investigated by X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM)

THE MEASUREMENT OF SOLID-LIQUID INTERFACIAL ENERGIES IN THE ORGANIC ALLOYS

Bu tez çalışmasında SCN-DBBP (SCN-%0,03 mol DBBP) ötektik sıvı fazıyla dengede bulunan katı SCN fazının tane arayüzey oluk şekilleri yatay doğrusal ısı akış sistemiyle doğrudan gözlendi. Gözlenen her bir oluk için sıcaklık gradyenti değerleri ölçüldü ve olukların fotoğrafları çekildi. SCN-%0,03 mol DBBP ötektik sıvı fazın termal iletkenliğinin katı SCN fazının ısı iletkenliğine oranı R; Bridgman tipi doğrusal katılaştırma sistemi kullanılarak 0,8 olarak ölçüldü. Oluk koordinatları, sıcaklık gradyentleri ve ısı iletkenlik katsayısı oranı ve erime entropisi değeri kullanılarak SCN- %0,03 mol DBBP ötektik sıvı fazıyla dengede bulunan katı SCN fazının ortalama Gibbs-Thomson katsayısı (Г), katı-sıvı arayüzey enerjisi (σks) ve tane arayüzey enerjisi (σta) mevcut bilgisayar programı ile tayin edildi.In present work of thesis, the grain boundary groove shapes for solid SCN in equilibrium with the SCN-DBBP (SCN-%0.03 mol DBBP) eutectic phase were directly observed by using a horizontal linear temperature gradient apparatus. The temperature gradients for observed grain boundary groove shapes were measured and the photographs of the grain boundary groove shapes were taken. The ratios of thermal conductivity of equilibrated SCN-0.03 mol DBBP eutectic phase to thermal conductivity of solid SCN solution, R were found to be 0.8 by using Bridgman type directional solidification apparatus. From the observed grain boundary groove shape, the Gibbs-Thomson coefficient (Г) and solid-liquid interfacial energy (σSL) and grain boundary energy of solid SCN solution were determined with present numerical compture model by using the measured values of R, coordinates of groove shape, the ratios of thermal conductivity of equilibrated eutectic phase to solid SCN solution and entropy of fusion of solid SCN phase