Elemen Sb Kesan Prestasi pada Bar Pateri

Elemen Sb memberikan pengaruh yang ketara pada prestasi bar pateri kerana antimoni membentuk fasa antara logam yang stabil dengan timah, mengubah suai kohesi sempadan butiran dan menyekat penebalan lapisan antara logam yang berlebihan pada antara muka logam semasa pematerian dan penuaan terma seterusnya; apabila kandungan Sb meningkat daripada 3.5 wt% kepada 6.0 wt% dalam sistem binari Sn–Sb, suhu pepejal meningkat sebanyak 2.7°C manakala cecair kekal hampir tidak berubah, menghasilkan julat tampal yang lebih sempit yang memperbaik definisi cetakan tetapi juga meningkatkan risiko pemejalan halus pramatang dalam cetakan.

Penambahan Sb meningkatkan kekuatan tegangan dan rintangan rayapan disebabkan oleh pengukuhan larutan dan pengerasan serakan daripada mendakan SnSb, namun Sb yang berlebihan melebihi 7.0 wt% menyebabkan kerapuhan kerana dendrit SnSb primer yang kasar menukleus secara keutamaan semasa penyejukan perlahan, mewujudkan tapak kepekatan tekanan yang memulakan renjatan terma atau mikrokra; kesan ini menjadi lebih teruk apabila bar pateri dibuang menggunakan masa tinggal relau yang tidak terkawal melebihi 30 minit, di mana pengasingan setempat membawa kepada zon kaya Sb melebihi 9.2% berat berhampiran permukaan jongkong.

Konsistensi bar pateri amat bergantung pada keseragaman pengedaran Sb merentas keratan rentas, dan variasi kelompok-ke-kelompok yang lebih besar daripada ±0.15 wt% mencetuskan hanyut yang boleh diukur dalam kebolehbasahan pematerian gelombang, dibuktikan dengan peningkatan sudut sentuhan daripada 28° kepada 39° pada kupon ujian kuprum bersalut OSP pada rendaman 3 saat 2 saat; ketidakkonsistenan tersebut bukan sahaja berpunca daripada ketulenan bahan mentah tetapi juga daripada pengumpulan sisa pijar semasa pencairan semula berterusan, di mana SbO₂ teroksida terkumpul di permukaan cair dan menghabiskan aktif Sb yang tersedia untuk pengaloian.

Semasa pengaliran semula, Sb melambatkan kinetik pertumbuhan Cu₆Sn₅ pada antara muka pateri-kuprum dengan menggantikan ke dalam kekisi kristal dan merendahkan tenaga antara muka, namun ia pada masa yang sama menggalakkan pembentukan lompang Kirkendall di hadapan tindak balas apabila Cu resapan melebihi masa resapan Sn di atas [PROT0 dan 2°C] secara serentak 90 saat; tingkah laku dwi ini menerangkan mengapa sambungan pateri dengan 4.8 wt% Sb menunjukkan tenaga patah antara muka 22% lebih rendah selepas 1000 kitaran haba antara -40°C dan 125°C berbanding dengan yang mempunyai 5.2 berat% Sb, walaupun nilai kekuatan ricih yang sama diukur pada suhu bilik.

Keadaan penyimpanan menjejaskan kestabilan prestasi berkaitan Sb kerana kelembapan ambien melebihi 60% RH mempercepatkan pengoksidaan permukaan bar pateri Sb rendah (<4>6.5 wt%) menghasilkan kulit oksida yang lebih tebal yang mengandungi fasa campuran SnO₂–Sb₂O₄ yang menentang pengaktifan berasaskan fluks konvensional kecuali kandungan asid rosin a yang digunakan.

Kebolehkesanan pembuatan memerlukan kawalan ketat terhadap penyumberan Sb kerana antimoni yang diekstrak daripada sekerap sekunder selalunya mengandungi tahap pembolehubah As, Pb dan Bi kekotoran yang diasingkan bersama dengan Sb semasa pemejalan, yang membawa kepada kemurungan eutektik yang tidak dapat diramalkan dan anomali lebur setempat; primer yang diperakui Sb dengan ketulenan ≥99.99% mengekalkan suhu eutektik yang konsisten pada 231.9°C dalam aloi Sn–10Sb, manakala kelompok yang tidak diperakui mengalihkan titik eutektik ke bawah sebanyak 3.4°C disebabkan oleh pencemaran Bi melebihi 120 PPM.

Jurutera proses mesti mengesahkan kandungan Sb melalui XRF atau ICP-OES sebelum pelepasan lot bar kerana unit XRF pegang tangan ditentukur untuk matriks pukal Sn–Pb meremehkan kepekatan Sb dalam sistem Sn–Sb sehingga 0.42 wt% disebabkan oleh penyerapan matriks dan penentukuran 1 NISTRMa terhadap 1. Sn–Sb bahan rujukan adalah wajib untuk ketidakpastian pengukuran di bawah ±0.07 wt%.

Apabila memilih bar pateri untuk aplikasi automotif kebolehpercayaan tinggi, kandungan Sb mesti dipegang dalam lingkungan 4.95–5.05 wt% untuk memenuhi keperluan kejutan haba AEC-Q200, kerana sisihan di luar tingkap ini berkait dengan 17% kadar kegagalan sendi yang lebih tinggi semasa ujian hayat dipercepatkan pada 1500 kitaran hingga 8 melebihi ± 0.1 tarikh, dan sebarang penyimpangan ±0.1% IPC-J-STD-006C klausa 3.4.2 untuk had toleransi unsur.