¿Cómo afecta el tamaño de las partículas de aleación de AgSn al rendimiento?

¿Y cómo afecta el tamaño de las partículas del polvo a la organización y las propiedades del material durante su preparación? Los investigadores de Fudar Alloy han estudiado y revelado el efecto de diferentes tamaños de partículas de polvo de aleación de AgSn en la microestructura de preoxidación, lo que proporciona una base científica para el desarrollo de nuevos materiales de contacto eléctrico.

¿Por qué es tan importante el tamaño de las partículas?

Los materiales AgSnO₂ se preparan generalmente mediante preoxidación en polvo, que es un método eficaz para mejorar la resistencia a la soldadura por fusión y al desgaste. Sin embargo, el tamaño de las partículas del polvo puede afectar significativamente la reacción de oxidación:
1. Tamaño de partícula pequeño: la reacción de oxidación se concentra alrededor de las partículas y la capa de óxido es delgada y homogénea.
2. Tamaño de partícula grande: el espesor de la capa de óxido aumenta, pero tienden a formarse aglomerados de óxido, lo que da como resultado propiedades desiguales.
Para estudiar este fenómeno en profundidad, se seleccionaron para el experimento tres tipos de polvos de aleación AgSn con tamaños de partícula de 15 μm, 116 μm y 264 μm, y se analizaron sistemáticamente sus microestructuras y propiedades después de la preoxidación.

Metodología de la investigación y diseño experimental

Preparación del material

Se prepararon polvos de aleación de AgSn de tres tamaños de partícula mediante un proceso de atomización con la misma composición química (91 % Ag, 8 % Sn).

lPreoxidación: los polvos se mantuvieron a diferentes temperaturas (400-900 °C) para formar una capa de óxido.

lPrueba de rendimiento: después de la preoxidación, los polvos se probaron para determinar propiedades como dureza, elongación y resistividad eléctrica mediante moldeo por presión isostática, sinterización y extrusión.

Material	Tamaño medio de partícula (μm)	Contenido de ingredientes (% en peso)
		En	Sn	Aditivos
Polvo atomizado	15	91	8	Balance
	116
	264

Hallazgo central: el tamaño de partícula afecta la microestructura y las propiedades

Efecto de diferentes tamaños de partículas en la microestructura de la preoxidación

Tamaño de partícula pequeño (15 μm): la oxidación ocurre principalmente en los bordes de las partículas, la capa de óxido es delgada y uniforme.

Tamaño de partícula medio (116 μm): el espesor de la capa de óxido aumenta significativamente, alrededor de 20 μm, y se forma una capa de óxido densa en el borde de las partículas.

Tamaño de partícula grande (264 μm): el fenómeno de agregación de óxido es obvio, el espesor de la capa de óxido no aumenta más, los óxidos locales se difunden a lo largo de los límites de grano de forma selectiva, formando áreas aglomeradas.



Cuando el tamaño de partícula del polvo es de 15 μm, la oxidación del polvo ocurre principalmente en el borde de las partículas, a medida que el tamaño de partícula aumenta, el óxido forma una capa de óxido alrededor de las partículas y continúa aumentando el tamaño de partícula, el espesor de la capa de óxido no aumenta o incluso conduce a la aglomeración de las partículas de óxido.
Mientras tanto, se observó la morfología de partículas de óxido en polvo atomizado de 15 y 264 μm, como se muestra en la Fig. 2. Donde la Figura 2 (a) muestra la organización del polvo de 15 μm después de la oxidación, se ve que el tamaño del óxido es de alrededor de 0,2 μm. La Fig. 2(b) muestra la ampliación de la región A de la Fig. 1(c), y se ve que después de la oxidación del polvo atomizado de 264 μm, el tamaño de partícula del óxido en la región enriquecida con óxido en el borde (alrededor de 1 μm, en forma de tiras alargadas) es significativamente mayor que el del interior de las partículas (alrededor de 0,3 μm). Comparando la Fig. 2(a)(b), las partículas de óxido en polvo de 15 μm son significativamente más pequeñas que el tamaño de partícula de óxido después de la oxidación del polvo de 264 μm.

(Fotografías obtenidas mediante microscopio electrónico de barrido con retrodispersión)

(a) 15 μm, (b) 264 μm

Efecto de diferentes tamaños de partículas en las propiedades posteriores a la extrusión

Para investigar el efecto de diferentes tamaños de partículas en las propiedades y la organización del material, y al mismo tiempo, la organización de los polvos de 116 μm y 264 μm después de la oxidación fue similar, por lo que se seleccionaron polvos atomizados de 15 μm y 264 μm con un tamaño de partícula de 15 μm y 264 μm, se preoxidaron y luego se prensaron isostáticamente para formar el material, seguido de sinterización y extrusión, con una relación de extrusión de 190, y las propiedades del material de los polvos de 15 μm y 264 μm después de la extrusión se comparan en la Tabla 2:
- Dureza: La dureza del material en polvo de 15 μm fue de 102,1 HV, que fue ligeramente superior a la del polvo de 264 μm a 100,8 HV.
- Elongación: La elongación del material de 15 μm (6 %) fue significativamente mayor que la de 264 μm (3 %).
- Resistividad eléctrica: Ambas son cercanas entre sí, 2,23 μΩ·cm y 2,26 μΩ·cm, respectivamente.

Tamaño de partícula del polvo atomizado	Dureza (HV)	Resistencia a la tracción (MPa)	Alargamiento (%)	Resistividad eléctrica (μΩ·cm)
15 μm	102.1	309,5	6	2.23
264 μm	100.8	309.7	3	2.26

Para analizar profundamente las razones por las cuales la dureza y el alargamiento después de la extrusión de polvo atomizado con un tamaño de partícula de 15 μm son ligeramente más altas que las propiedades correspondientes después de la extrusión de polvo atomizado de 264 μm, las microestructuras de los dos grupos de muestras anteriores después de la extrusión se compararon como se muestra en la Fig. 3.

Como se puede ver en las fotografías horizontales, la distribución de partículas de óxido después de la extrusión de polvo atomizado de 15 μm es más uniforme, mientras que las partículas de óxido después de la extrusión de polvo atomizado de 264 μm muestran las características de reticulación, y hay áreas ricas en óxido y áreas empobrecidas en óxido; como se puede ver en las fotografías longitudinales, la distribución de óxidos después de la extrusión de polvo atomizado de 15 μm a lo largo de la dirección de extrusión es lineal y más uniforme, y está acompañada por la presencia de una pequeña cantidad de áreas empobrecidas en óxido. Mientras que el óxido extruido en polvo atomizado de 264 μm se distribuye a lo largo de la dirección de extrusión con una aglomeración más grave, acompañada de una gran área de área con agotamiento de óxido.

Al comparar las microestructuras después de la extrusión de polvos atomizados de 15 y 264 μm, se encontró que las partículas de óxido eran más uniformes después de la extrusión de polvos atomizados de 15 μm, mientras que había regiones obvias ricas en óxido y regiones con agotamiento de óxido después de la extrusión de polvos atomizados de 264 μm y, por lo tanto, la dureza y el alargamiento del primero después de la extrusión fueron ligeramente superiores a las propiedades correspondientes del último después de la extrusión.

(Fotografías obtenidas mediante microscopio electrónico de barrido con retrodispersión)

(a)15 μm, sección transversal, (b)15 μm, sección longitudinal, (c)264 μm, sección transversal, (d)264 μm, sección longitudinal

¿Por qué hay tal discrepancia?

La reacción de oxidación se divide generalmente en tres fases:
1. Fase de reacción rápida: la capa de óxido se forma rápidamente y su espesor aumenta con el tiempo de reacción.
2. Fase de estabilización: la capa de óxido impide la difusión de oxígeno y la reacción de oxidación se ralentiza.
3. Reinicio rápido de la reacción: la capa de óxido se agrieta o se cae y la reacción se acelera.

En este experimento, en la fase de oxidación de temperatura baja y media, la oxidación ocurre principalmente en la interfaz de partículas. En la fase de oxidación de alta temperatura, el espacio entre las interfaces de partículas de polvo de AgSn de tamaño de partícula pequeño es muy pequeño y el óxido denso en la superficie obstaculiza la difusión de oxígeno, lo que hace que la oxidación sea una fase estable, por lo que la oxidación ocurre principalmente en la interfaz de partículas; y el polvo de AgSn de mayor tamaño de partícula, el espacio entre las interfaces de los polvos es más grande y hay una gran expansión de volumen después de la oxidación interna, y la capa de película de óxido formada originalmente parece aflojarse o agrietarse, y hay composición de aleación en la capa de óxido, y la reacción entra en una fase de reacción rápida, formando una capa de óxido obvio, mientras que parte del óxido a lo largo del límite del grano parecía tener una orientación preferencial y aglomeración.

Perspectivas de aplicación y direcciones de optimización

1. Tamaño de partícula recomendado
Las investigaciones muestran que el polvo con un tamaño de partícula pequeño de 15 μm tiene el mejor rendimiento en términos de microestructura y propiedades mecánicas, lo que es adecuado para la demanda de materiales de contacto de alto rendimiento.

2. Mejora del proceso
Para polvos de tamaño de partícula grande, la distribución de óxido se puede mejorar optimizando los parámetros de oxidación o agregando dispersantes homogéneos para mejorar las propiedades del material.

Conclusión

Al estudiar el efecto de diferentes tamaños de partículas de polvos de aleación de AgSn en la microestructura de preoxidación, descubrimos que una elección razonable del tamaño de partícula no solo mejora la microestructura del material, sino que también mejora significativamente sus propiedades mecánicas y eléctricas. Este hallazgo proporciona una referencia importante para el desarrollo de nuevos materiales de contacto eléctrico respetuosos con el medio ambiente y señala la dirección para el diseño de futuros materiales de contacto. Si tiene alguna pregunta sobre el polvo de aleación de AgSn, no dude en contactarnos.