상이한 금속의 갈바닉 부식

모든 금속이 서로 잘 어울리지는 않습니다. 이는 전자제품의 세계뿐만 아니라 여기에서 사용되는 재료의 경우에서도 예외는 아닙니다. 비교적 새롭고 관련있는 사례가 RoHS 대두 및 SnPb(Ag) 땜납에 대한 "드롭인" 대체 재료를 식별하려는 열망과 더불어 생겨났습니다. Sn(주석) 및 Zn (아연) 블렌드 공정합금은 가능한 대체 재료로서 매우 매력적입니다. 91Sn 9Zn은 공정합금이며 RoHS 재료를 전혀 포함하지 않고 공정 SnPb 땜납에 비해 단지 16도 더 높으며 일반 SAC 블렌드에 비해 ~20도 더 낮은 199C에서 녹으며 고가의 귀금속을 전혀 포함하지 않습니다.

그러나 이 합금은 Zn을 포함합니다. 그리고 이 점이 두 가지 이유로 주목할 만합니다. Zn은 반응성이 강하여 안정적인 땜납 페이스트(장기 유통기한)를 허용하는 플럭스 전달물질을 생성하기 어렵습니다. 두 번째 이유는 이 게시에서 자세히 소개되는 Zn의 전극 전위입니다.

금속 간 전극 전위 차이가 클수록 갈바닉 부식이 발생할 가능성이 더욱 높아집니다. Cu(동)의 전극 전위는 +0.334V입니다. Sn(주석) 및 Pb(납)의 전극 전위는 각기 -0.140V 및 -0.126V입니다. 반면에 Zn의 전극 전위는 -0.761V입니다. 따라서 Zn과 Cu의 우발적 접촉은 1.095V의 전위차를 생성할 수 있습니다. 약간의 습도(습기) 하에서 갈바닉 부식이 발생할 수 있습니다. 이는 할론겐화물 이온(염수 분무)의 존재에 의해 더욱 악화될 수 있습니다.  

따라서 이 모든 것을 감안할 때 91%Sn 및 9%Zn의 땜납 합금은 문제가 있을까요?

이를 알아보기 위해 간단한 실험을 했습니다.

저는 SnZn 땜납 리본과 동 쿠폰을 취하여 이들을 간단히 서로 포갠 후 노동절 연휴 기간 중(>72 시간) 85C/85%RH에 노출했습니다.

위에서 언급한 조건에 노출되기 전의 SnZn 땜납 리본 이미지를 아래에 게시했습니다.

다음 이미지는 >72시간 동안 85C/85%RH에 노출된 후의 SnZn 땜납 리본을 보여줍니다. 이 리본 샘플은 그 외 다른 금속과는 접촉하지 않았습니다. 저는 이러한 조건 하에서 합금의 "정상적인" 산화를 결정하고자 했습니다. 저는 동 쿠폰으로 동일한 실험을 했습니다. (다음 이미지)

마지막 이미지는 동과 SnZn 땜납 리본의 우발적인 접촉을 보여줍니다. 동 쿠폰의 산화/부식이 악화되는 정도에 주목하세요.

이 간단한 실험에서 우리는 SnZn 땜납 합금과 동의 우발적 접촉을 통해 발생하는 갈바닉 부식의 효과를 볼 수 있습니다. 제가 "우발적 접촉"이라고 말한 이유는 이 물질들이 서로 단순히 접촉할 뿐이며 납땜으로 접합되지 않았기 때문입니다. 그 효과가 뛰어나서 이 물질들이 물이 침투할 틈이 없을 정도로 서로 접합되었는지 여부를 확인하는 것은 흥미로운 일입니다.  

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