Comment la taille des particules de poudre d'alliage AgSn affecte-t-elle les performances ?

Et comment la granulométrie de la poudre affecte-t-elle l’organisation et les propriétés du matériau lors de sa préparation ? Les chercheurs de Fudar Alloy ont étudié et révélé l'effet de différentes tailles de particules de poudre d'alliage AgSn sur la microstructure de pré-oxydation, ce qui fournit une base scientifique pour le développement de nouveaux matériaux de contact électrique.

Pourquoi la taille des particules est-elle si importante ?

Les matériaux AgSnO₂ sont généralement préparés par pré-oxydation de poudre, ce qui constitue une méthode efficace pour améliorer la résistance au soudage par fusion et à l'usure. Cependant, la taille des particules de poudre peut affecter de manière significative la réaction d'oxydation :
1. Petite taille des particules : La réaction d'oxydation est concentrée autour des particules et la couche d'oxyde est fine et homogène.
2. Grande taille de particules : L'épaisseur de la couche d'oxyde augmente, mais des agglomérats d'oxyde ont tendance à se former, ce qui entraîne des propriétés inégales.
Afin d'étudier ce phénomène en profondeur, trois types de poudres d'alliage AgSn de granulométries de 15 μm, 116 μm et 264 μm ont été sélectionnés pour l'expérience, et leurs microstructures et propriétés après pré-oxydation ont été systématiquement analysées.

Méthodologie de recherche et conception expérimentale

Préparation du matériau

Trois poudres d'alliage AgSn de granulométrie ont été préparées par processus d'atomisation avec la même composition chimique (91 % Ag, 8 % Sn).

lPré-oxydation : Les poudres ont été maintenues à différentes températures (400-900°C) pour former une couche d'oxyde.

lTests de performances : après pré-oxydation, les poudres ont été testées pour leurs propriétés telles que la dureté, l'allongement et la résistivité électrique par moulage sous pression isostatique, frittage et extrusion.

Matériel	Taille moyenne des particules (μm)	Contenu des ingrédients (% en poids)
		Ag	Oui	Additifs
Poudre atomisée	15	91	8	Équilibre
	116
	264

Constatation principale : la taille des particules affecte la microstructure et les propriétés.

Effet des différentes tailles de particules sur la microstructure de la pré-oxydation.

Petite taille de particule (15 μm) : l'oxydation se produit principalement aux bords des particules, la couche d'oxyde est fine et uniforme.

Taille de particule moyenne (116 μm) : L'épaisseur de la couche d'oxyde augmente considérablement, environ 20 μm, et une couche d'oxyde dense se forme au bord des particules.

Grande taille de particules (264 μm) : le phénomène d'agrégation des oxydes est évident, l'épaisseur de la couche d'oxyde n'est pas davantage augmentée, les oxydes locaux diffusent sélectivement le long des joints de grains, formant des zones agglomérées.



Lorsque la taille des particules de poudre est de 15 μm, l'oxydation de la poudre se produit principalement au bord des particules, à mesure que la taille des particules augmente, l'oxyde forme une couche d'oxyde autour des particules et continue d'augmenter la taille des particules, l'épaisseur de la couche d'oxyde. n'augmente pas voire conduit à l'agglomération des particules d'oxyde.
Pendant ce temps, la morphologie des particules d'oxyde de poudre atomisées de 15 et 264 µm a été observée, comme le montre la figure 2. Alors que la figure 2 (a) montre l'organisation d'une poudre de 15 µm après oxydation, la taille de l'oxyde est d'environ 0,2 µm. . La figure 2 (b) montre l'agrandissement de la région A sur la figure 1 (c), et on voit qu'après oxydation de la poudre atomisée de 264 µm, la taille des particules de l'oxyde dans la région enrichie en oxyde au bord ( environ 1 μm, sous forme de bandes allongées) est nettement plus grande que celle à l'intérieur des particules (environ 0,3 μm). En comparant la figure 2 (a) (b), les particules d'oxyde de poudre de 15 µm sont nettement plus petites que la taille des particules d'oxyde après une oxydation de poudre de 264 µm.

(Photos au microscope électronique à balayage rétrodiffusé)

(a) 15 μm, (b) 264 μm

Effet de différentes tailles de particules sur les propriétés post-extrusion

Afin d'étudier l'effet de différentes tailles de particules sur les propriétés et l'organisation du matériau, et en même temps, l'organisation des poudres de 116 μm et 264 μm après oxydation était similaire, donc des poudres atomisées de 15 μm et 264 μm avec la granulométrie de 15 μm et 264 μm ont été sélectionnés, pré-oxydés puis pressés isostatiquement pour former le matériau, suivi d'un frittage et d'une extrusion, avec un taux d'extrusion de 190, et les propriétés matérielles des poudres de 15 μm et 264 μm après extrusion sont comparées dans le tableau 2 :
- Dureté : La dureté du matériau en poudre de 15 μm était de 102,1 HV, ce qui était légèrement supérieur à celle de la poudre de 264 μm à 100,8. HT.
- Allongement : L'allongement du matériau de 15μm (6%) était significativement supérieur à celui de 264μm (3%).
- Résistivité électrique : Les deux sont proches l'une de l'autre, respectivement 2,23 μΩ·cm et 2,26 μΩ·cm.

Taille des particules de poudre atomisée	Dureté (HV)	Résistance à la traction (MPa)	Allongement (%)	Résistivité électrique (μΩ·cm)
15μm	102.1	309,5	6	2.23
264 μm	100,8	309,7	3	2.26

Afin d'analyser en profondeur les raisons pour lesquelles la dureté et l'allongement après extrusion d'une poudre atomisée d'une granulométrie de 15 μm sont légèrement supérieurs aux propriétés correspondantes après extrusion d'une poudre atomisée de 264 μm, les microstructures des deux groupes d'échantillons ci-dessus après extrusion ont été comparés comme le montre la figure 3.

Comme le montrent les photographies horizontales, la répartition des particules d'oxyde après l'extrusion d'une poudre atomisée de 15 µm est plus uniforme, tandis que la Les particules d'oxyde après extrusion de poudre atomisée de 264 µm présentent les caractéristiques de réticulation, et il existe des zones riches et appauvries en oxyde ; Comme le montrent les photographies longitudinales, la répartition des oxydes après extrusion de poudre atomisée de 15 µm dans le sens de l'extrusion est linéaire et plus uniforme, et s'accompagne de la présence d'un petit nombre de zones appauvries en oxydes. Tandis que l'oxyde extrudé de poudre atomisée de 264 µm est distribué dans la direction d'extrusion avec une agglomération plus importante, accompagnée d'une grande zone appauvrie en oxyde.

En comparant les microstructures après extrusion de poudres atomisées de 15 et 264 μm, il a été constaté que les particules d'oxyde étaient plus uniformes après l'extrusion de poudres atomisées de 15 μm, alors qu'il y avait des régions évidentes riches en oxydes et appauvries en oxyde après l'extrusion de poudres atomisées de 264 μm. , et donc la dureté et l'allongement du premier après extrusion étaient légèrement supérieurs aux propriétés correspondantes du second après extrusion.

(Photos au microscope électronique à balayage rétrodiffusé)

(a) 15 μm, section transversale, (b) 15 μm, section longitudinale, (c) 264 μm, section transversale, (d) 264 μm, section longitudinale

Pourquoi y a-t-il un tel écart ?

La réaction d'oxydation est généralement divisée en trois phases :
1. Phase de réaction rapide : La couche d'oxyde se forme rapidement et son épaisseur augmente avec le temps de réaction.
2. Phase de stabilisation : La couche d’oxyde empêche la diffusion de l’oxygène et la réaction d’oxydation ralentit.
3. Redémarrage rapide de la réaction : la couche d’oxyde se fissure ou tombe et la réaction s’accélère.

Dans cette expérience, dans la phase d’oxydation à basse et moyenne température, l’oxydation se produit principalement à l’interface des particules. Dans la phase d'oxydation à haute température, l'écart entre les interfaces des particules de poudre AgSn de petite taille est très petit, et l'oxyde dense à la surface entrave la diffusion de l'oxygène, rendant l'oxydation dans une phase stable, donc l'oxydation principalement se produit à l’interface des particules ; et la poudre AgSn de plus grande taille de particules, l'espace entre les interfaces des poudres est plus grand et il y a une expansion de volume importante après l'oxydation interne, et la couche de film d'oxyde formée à l'origine semble se détacher ou se fissurer, et il y a une composition d'alliage dans la couche d'oxyde, et la réaction entre dans une phase de réaction rapide, formant une couche d'oxyde évidente, tandis qu'une partie de l'oxyde le long de la limite des grains semblait être une orientation et une agglomération préférentielles.

Perspectives d’application et orientations d’optimisation

1.
La recherche sur la taille des particules recommandées montre que la poudre de petite taille de particules de 15 μm a les meilleures performances en termes de microstructure et de propriétés mécaniques, ce qui convient à la demande de matériaux de contact haute performance.

2. Amélioration du procédé
Pour les poudres de grande taille de particules, la répartition des oxydes peut être améliorée en optimisant les paramètres d'oxydation ou en ajoutant des dispersants homogènes pour améliorer les propriétés du matériau.

Conclusion

En étudiant l'effet de différentes tailles de particules de poudres d'alliage AgSn sur la microstructure de pré-oxydation, nous avons constaté qu'un choix raisonnable de taille de particule améliore non seulement la microstructure du matériau, mais améliore également considérablement ses propriétés mécaniques et électriques. Cette découverte constitue une référence importante pour le développement de nouveaux matériaux de contact électriques respectueux de l'environnement et indique l'orientation de la conception des futurs matériaux de contact. Si vous avez des questions sur la poudre d'alliage AgSn, n'hésitez pas à nous contacter.