Navegando por Autor "Cruz, Clarissa Barros da"
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Artigo Directional solidification of a Sn-0.2Ni solder alloy in water-cooled copper and steel molds: related effects on the matrix micromorphology, nature of intermetallics and tensile properties(Elsevier, 2017-11-05) Xavier, Marcella Gautê Cavalcante; Cruz, Clarissa Barros da; Kakitani, Rafael; Silva, Bismarck Luiz; Garcia, Amauri; Cheung, Noé; Spinelli, José EduardoThe present investigation is focused on, firstly, performing transient directional solidification experiments with a Sn-0.2 wt.% Ni solder alloy using two different substrates as mold sheets separating the alloy casting from the cooling fluid: copper and low carbon steel. Secondly, the examination of the obtained microstructures is carried out highlighting not only the micromorphology aspects of the formed β-Sn phase but also the nature and the shape of the intermetallic compounds (IMCs) developed. The purpose of this research work is to verify the influences that different substrate materials may have on the alloy solidification kinetics, resultant microstructures and tensile properties of the Sn-0.2 wt.%Ni solder. The microstructure characteristics may be correlated with thermal solidification parameters such as the eutectic cooling rate and eutectic growth rate along with a qualitative evaluation of Fe and Cu dissolutions into the alloy. The results display that the dissolution of Cu into the Sn-Ni alloy provided the prevalent growth of the (Cu,Ni)6Sn5 fiber-like eutectic phase along the length of the casting. Other than, the Cu-containing Sn-Ni alloy allowed the growth of high-velocity β-Sn cells only for very high cooling rates, associated with positions closer to the bottom of the alloy casting. Farther positions are characterized by a complex growth of β-Sn dendrites. On the other hand, for the alloy solidified against the steel mold, a predominance of the non-equilibrium NiSn4 eutectic phase with plate-like shape has been identified by SEM/EDS and XRD. In this case, the predominant growth of β-Sn cells associated with the presence of the plates of the NiSn4 IMC allowed lower tensile strength and higher ductility to be attainedTese Efeito de microadições de Zn na microestrutura, citotoxicidade e propriedades mecânicas de ligas eutéticas Sn-Cu e Sn-Ni(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-07-28) Paixão, Jeverton Laureano; Silva, Bismarck Luiz; http://lattes.cnpq.br/4377238190630005; https://orcid.org/0000-0003-3482-2638; http://lattes.cnpq.br/0728595377181388; Cruz, Clarissa Barros da; Siqueira Filho, Claudio Alves de; Castro, Nicolau Apoena; http://lattes.cnpq.br/3740711945494961; Dantas, Suylan Lourdes de AraújoO desenvolvimento de ligas de brasagem livres de Pb é uma demanda urgente para a indústria eletrônica, a fim de se adequar às leis e diretrizes ambientais vigentes e entregar produtos com propriedades mecânicas e físicas otimizadas. Dentre as ligas alternativas livres de Pb, podem-se destacar as ligas dos sistemas Sn-Cu e Sn-Ni, com propriedades superiores às ligas do sistema Sn-Pb, como resistências mecânica e à corrosão, além do baixo custo. Contudo, tais ligas ainda exibem ponto de fusão relativamente alto e resistência à oxidação insuficiente. Uma forma de otimizar suas propriedades e microestrutura é através da adição de elementos de liga, como por exemplo, o zinco (Zn). O Zn, que também é um elemento de baixo custo, é usado em ligas de brasagem livres de Pb para minimizar o crescimento de compostos intermetálicos em juntas brasadas, refinar a microestrutura e aumentar resistência mecânica. Diante disso, este estudo tem como objetivo entender os efeitos das adições de Zn (0,2 e 0,5% em peso) nos parâmetros térmicos (velocidade de solidificação-V e taxa de resfriamento-Ṫ), microestrutura, transformação de fases, macrossegregação, propriedades mecânicas (limite de resistência à tração-σu e alongamento específico-δ) e citotoxicidade nas ligas eutéticas Sn-0,7%Cu e Sn-0,2%Ni solidificadas direcionalmente em regime transitório de fluxo de calor em chapa-molde de cobre eletrolítico. As adições de Zn provocaram pequenas alterações nas temperaturas de transformações de fase das ligas Sn-Cu-Zn, porém significativas para as ligas Sn-Ni-Zn. Macroestruturas com transição colunar-equiaxial (TCE) e integralmente colunares foram observadas para as ligas Sn-Cu-Zn e Sn-Ni-Zn, respectivamente. As microestruturas das ligas Sn-Cu-Zn são predominantemente dendríticas com uma matriz rica em estanho (fase β-Sn) circundada por uma mistura eutética composta pelas fases β-Sn+Cu6Sn5+CuZn. Para as posições finais dos lingotes Sn-Cu-Zn têm sido observadas células eutéticas de baixa velocidade de solidificação. Para as ligas Sn-Ni-Zn, a microestrutura é completamente dendrítica, composta por uma matriz rica em Sn (fase β-Sn) circundada por uma mistura eutética Ni3Sn4+NiSn+β-Sn, além de uma provável formação do intermetálico (Cu,Ni)6Sn5 devido a dissolução do substrato de Cu. As adições de Zn refinaram o arranjo dendrítico das ligas Sn-Cu-Zn, quando em comparação com a liga Sn-0,7%Cu. Contudo, o aumento do teor de Zn não afetou a escala microestrutural. Por outro lado, ambas as adições de Zn não provocaram alterações na escala do arranjo dendrítico, comparando-se com a liga Sn0,2%Ni. O Zn não influenciou nos valores de σu e δ nas ligas Sn-Cu-Zn, com crescimento colunar. Com a redução do espaçamento dendrítico primário (λ1), σu aumentou para ambos os sistemas Sn-Cu-Zn e Sn-Ni-Zn, contudo, o comportamento do δ foi oposto. A liga Sn0,2%Ni-0,5%Zn exibiu maiores valores de σu, que estão associados ao mecanismo de endurecimento por solução sólida. Um modo de fratura dúctil tem sido observado para todas as ligas examinadas. As análises de citotoxicidade mostraram que a escala microestrutural não influencia a toxicidade das ligas examinadas, mas sim, os fatores como tempo de incubação e composição química. De modo geral, o Zn melhorou a viabilidade celular das ligas eutéticas Sn-Cu e Sn-Ni, porém ainda com níveis citotóxicos moderados.Artigo Interplay of wettability, interfacial reaction and interfacial thermal conductance in Sn-0.7Cu solder alloy/substrate couples(Springer, 2020) Lima, Thiago Soares; Cruz, Clarissa Barros da; Silva, Bismarck Luiz; Brito, Crystopher; Garcia, Amauri; Spinelli, José Eduardo; Cheung, NoéDirectional solidification experiments coupled with mathematical modelling, drop shape analyses and evaluation of the reaction layers were performed for three different types of joints produced with the Sn-0.7 wt.%Cu solder alloy. The association of such findings allowed understanding the mechanisms affecting the heat transfer efficiency between this alloy and substrates of interest. Nickel (Ni) and copper (Cu) were tested since they are considered work piece materials of importance in electronic soldering. Moreover, low carbon steel was tested as a matter of comparison. For each tested case, wetting angles, integrity and nature of the interfaces and transient heat transfer coefficients, ‘h’, were determined. Even though the copper has a thermal conductivity greater than nickel, it is demonstrated that the occurrence of voids at the copper interface during alloy soldering may decrease the heat transfer efficiency, i.e., ‘h’. Oppositely, a more stable and less defective reaction layer was formed for the alloy/nickel couple. This is due to the suppression of the undesirable thermal contraction since the hexagonal Cu6Sn5 intermetallics is stable at temperatures below 186°C in the presence of nickelArtigo Sn-0.5Cu(-x)Al solder alloys: microstructure-related aspects and tensile properties responses(MDPI, 2019) Lima, Thiago Soares; Gouveia, Guilherme Lisboa de; Septimio, Rudimylla da Silva; Cruz, Clarissa Barros da; Silva, Bismarck Luiz; Brito, Crystopher; Spinelli, José Eduardo; Cheung, NoéIn this study, experiments were conducted to analyze the effect of 0.05 and 0.1 wt.% Al additions during the unsteady-state growth of the Sn-0.5wt.%Cu solder alloy. Various as-solidified specimens of each alloy were selected so that tensile tests could also be performed. Microstructural aspects such as the dimensions of primary, λ1, and secondary, λ2, dendritic arrays, and intermetallic compounds (IMCs) morphologies were comparatively assessed for the three tested compositions, that is, Sn-0.5wt.%Cu, Sn-0.5wt.%Cu-0.05wt.%Al, and Sn-0.5wt.%Cu-0.1wt.%Al alloys. Al addition affected neither the primary dendritic spacing nor the types of morphologies identified for the Cu6Sn5 IMC, which was found to be either globular or fibrous regardless of the alloy considered. Secondary dendrite arm spacing was found to be enlarged and the eutectic fraction was reduced with an increase in the Al-content. Tensile properties remained unaffected with the addition of Al, except for the improvement in ductility of up to 40% when compared to the Sn-0.5wt.%Cu alloy without Al trace. A smaller λ2 in size was demonstrated to be the prime microstructure parameter associated with the beneficial effect on the strength of the Sn-0.5wt.%Cu(-x)Al alloys. View Full-TextDissertação Solidificação direcional, microestrutura e microdureza da liga eutética Sn-3,5%Ag modificada por Zn(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-09-27) Sobral, Bruno Silva; Silva, Bismarck Luiz; http://lattes.cnpq.br/4377238190630005; https://orcid.org/0000-0001-5722-5081; http://lattes.cnpq.br/7242459308278872; Cruz, Clarissa Barros da; Peres, Maurício Mhirdaui; http://lattes.cnpq.br/3068024292581677Ligas do sistema Sn-Ag são de interesse da indústria de microcomponentes eletrônicos, uma vez que apresentam propriedades mecânicas superiores às ligas do sistema Sn-Pb, além de bom nível de molhamento em substratos metálicos e ótimas propriedades de resistência à fluência e fadiga térmica. Devido a toxicidade do chumbo, restrições foram impostas, tornando banido o uso das tradicionais ligas Sn-Pb. A microestrutura da liga eutética Sn-3,5%Ag solidificada fora do equilíbrio é constituída de dendritas ricas em estanho (β-Sn) circundadas por uma mistura eutética Sn+Ag3Sn, onde a morfologia do intermetálico Ag3Sn é controlada pela taxa de resfriamento. É conhecido que a adição de elementos de liga como o zinco (Zn) causa mudanças microestruturais e de propriedades em ligas Sn-Ag. Neste sentido, este trabalho objetiva estudar a influência das adições de Zn (0,5 e 1% em peso) nos parâmetros térmicos como velocidade de deslocamento da frente eutética (VE) e da isoterma liquidus (VL) e taxa de resfriamento (ṪE/ṪL), na microestrutura e na dureza da liga eutética Sn-3,5%Ag solidificada direcionalmente em regime transiente de fluxo de calor. As amostras foram caracterizadas por Microscopia Óptica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Fluorescência de Raios-X (FRX), Difração de Raios-X (DRX) e Microdureza Vickers. A microestrutura da liga Sn-3,5%Ag é completamente dendrítica sendo composta de uma matriz rica em Sn (β-Sn) circundada por uma mistura eutética das fases Sn e Ag3Sn. Por outro lado, a liga modificada com 1%Zn exibiu uma microestrutura completamente formada pelo crescimento celular, onde seu interior é composto por uma mistura das fases β-Sn, ε-Ag3Sn e ζ-AgZn. A liga Sn-3,5%Ag-1%Zn apresentou uma transição celular/dendrítica para VL= 1,15 mm/s e ṪL= 8,55 °C/s. A diminuição nos valores de Ṫ e de V causou um engrossamento dos arranjos dendríticos e celular. As adições de 0,5 e 1%Zn promoveram aumentos de dureza de % e % na liga Sn-3,5%Ag, respectivamente.Artigo Transient unidirectional solidification, microstructure and intermetallics in Sn-Ni Alloys(ABM, ABC, ABPol, 2018-04-12) Cruz, Clarissa Barros da; Kakitani, Rafael; Xavier, Marcella Gautê Cavalcante; Silva, Bismarck Luiz; Garcia, Amauri; Cheung, Noé; Spinelli, José EduardoThe present research work examines the microstructural arrangements formed during the transient solidification of eutectic Sn-0.2wt.%Ni and hypereutectic Sn-0.5wt.%Ni alloys. Also, it examines their respective correlations with solidification thermal parameters: eutectic growth rate (VE) and eutectic cooling rate (ṪE); length scales of matrix and eutectic phases: microstructural spacings and the corresponding tensile properties: ductility and strength. Both alloys were directionally solidified upwards under unsteady-state regime, and characterized by optical and scanning electron microscopy. Concerning the hypereutectic Sn-0.5wt.%Ni, the increase in Ni content is shown to influence both thermal behavior and cellular spacing (λC). The NiSn4 intermetallics is present in the eutectic mixture of both alloys, whilst in the Sn-0.5wt.%Ni alloy the primary phase has been identified by SEM-EDS as the Ni3Sn4 intermetallics. A β-Sn morphological cellular/dendritic transition occurs in the 0.2wt.%Ni eutectic alloy for ṪE> 1.2K/s. Despite that, regular cells in the hypereutectic alloy (0.5wt.%Ni) turns into plate-like cells for ṪE> 1.4K/s. If considered a reference cellular spacing about 20μm (i.e.,λ(c-1/2=0.22), the samples associated with the Sn-0.5wt.%Ni alloy are shown to be associated with higher tensile strengths, but much lower ductility as compared with the corresponding results of the eutectic alloy