Galvanische Korrosion unterschiedlicher Metalle

Nicht alle Metalle vertragen sich miteinander. Und dies überträgt sich auf die Welt der Elektroniken und die dabei verwendeten Materialien. Ein relativ neues und wichtiges Beispiel ist mit der Einführung der RoHS und dem Wunsch, ein Ersatz für SnPb(Ag) Lote zu finden, aufgekommen. Eine eutektische Mischung aus Sn (Zinn) und Zn (Zink) war als möglicher Ersatz äußerst attraktiv. 91Sn 9Zn ist eutektisch, enthält keine RoHS-Materialien und schmilzt bei 199 °C, lediglich 16 Grad höher als eutektisches SnPb-Lot und ~20 Grad unter den herkömmlichen SAC Mischungen. Außerdem enthält es keine teuren Edelmetalle..

Die Legierung enthält jedoch Zn. Und das ist aus zwei Gründen der eigentliche Clou. Zn ist ziemlich reaktiv, weshalb es ziemlich schwierig ist, ein Flussmitteltransportmittel zu erstellen, dass eine stabile Lötpaste ermöglichen würde (d.h. die eine akzeptable Haltbarkeit besitzt). Der zweite Grund, auf den wir uns in diesem Beitrag konzentrieren werden, ist das Elektrodenpotenzial von Zn.

Je höher der Unterschied des Elektrodenpotenzials zwischen Metallen ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zur galvanischen Korrosion kommt. Das Elektrodenpotenzial von Cu (Kupfer) ist +0,334V. Das Elektrodenpotenzial von Sn (Zinn) und Pb (Blei) ist entsprechend -0,140V und -0,126V. Wohingegen das Elektrodenpotenzial von Zn -0,761V entspricht. Deshalb kann der zufällige Kontakt von Zn und Cu einen potentiellen Unterschied von 1,095V verursachen. Wenn dann noch ein wenig Luftfeuchtigkeit (Nässe) hinzu kommt, erhält man ein typisches Szenario, in dem galvanische Korrosion auftritt. Die Anwesenheit von Halogenidionen (Salzspray) kann dies noch weiter verschärfen.  

Wenn man nun all dies betrachtet, wäre eine Lötlegierung aus 91 % Sn und 9 % Zn ein Problem?

Ich habe ein einfaches Experiment durchgeführt, um dies herauszufinden.

Ich habe ein wenig SnZn-Lötband und Kupferabschnitte genommen, sie einfach aufeinander gelegt und sie bei 85 °Ceiner relativen Luftfeuchte von 85 % über das lange Labor Day Wochenendes (> 72 Stunden) ausgesetzt.

Unten ist ein Bild vom SnZn-Lötband, bevor es den oben genannten Bedingungen ausgesetzt wurde.

Das nächste Bild zeigt das SnZn-Lötband, nachdem es > 72 Stunden 85 °C/85 % RH ausgesetzt war. Diese Bandprobe hatte keinen Kontakt mit anderen Metallen. Ich habe versucht zu bestimmen, wie die "normale" Oxidation dieser Legierung unter diesen Bedingungen ist. Das Gleiche habe ich mit den Kupferabschnitten getan. (Nächstes Bild)

Das letzt Bild zeigt den Effekt eines unbeabsichtigten Kontakts von Kupfer mit dem SnZn-Lötband. Beachten Sie, wie viel schlimmer die Oxidation/Korrosion des Kupferabschnitts ist.

In diesem einfachen Experiment können wir die Effekte galvanischer Korrosion sehen, welche durch den unbeabsichtigten Kontakt einer SnZn-Lötlegierung mit Kupfer auftritt. Ich sage deshalb "unbeabsichtigter Kontakt", da die Materialien kaum einander berühren. Sie wurden nicht zusammengelötet. Es wäre interessant zu sehen, ob der Effekt genau so stark wäre, wenn die Materialien ohne Lücken, in die Wasser eindringen kann, miteinander verbunden wären.  

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