Le taux de croissance des intermétalliques dépend fortement de la température

Les amis

Dans notre dernier article,j'ai parlé du fait que, contrairement à la croyance populaire, les composés intermétalliques (CIM) formés dans les processus de soudage ne sont pas nécessairement fragiles. J'ai consulté la littérature et elle nous dit que les zones de défaillance se situent habituellement dans les interfaces entre les CIM eux-mêmes, entre les CIM et le cuivre ou la soudure et souvent dans le gros de la soudure elle-même. Le point de vue selon lequel la croissance d'un CIM peut ne pas affecter de manière significative la fiabilité est également soutenu par le travail effectué par Lee et autres. La figure 1, tirée de l'article de Lee, montre que le vieillissement pendant 250 heures à 150°C n'affecte pas de manière significative la durée de vie caractéristique dans l'essai de cycle thermique.

Figure 1. Le vieillissement jusqu'à 250 heures à 150°C n'a pas affecté de manière significative la durée de vie caractéristique dans le test du cycle thermique d'après le document de référence de Lee.

Cependant, il serait prudent de minimiser l'épaisseur des CMI. Cela soulève donc la question de savoir à quelle vitesse les CMI croissent à une température quelconque donnée. Le travail effectué par Siewert .et autres[i] contient la réponse. Dans cet article, Siewert a partagé le point de vue des travaux passés disant que l'épaisseur des CIM augmente en suivant l'équation X = 0,5 x (kt) et a ajouté de nouvelles données pour confirmer la modélisation à l'aide de cette équation. Dans cette équation, X est la distance de croissance du CMI, k est une constante dépendant de la température et t est le temps. On pourrait s'attendre à ce que X dépende fortement de la température (T) et c'est bien ainsi. En utilisant les données de l'article de Siewert, j'ai pu générer des valeurs de k en fonction de T et les tracer dans une courbe d'Arrhenius. Voir Figure 2.

Figure 2. Une courbe d'Arrhenius pour k.

J'ai ensuite utilisé la Figure 2 pour obtenir une valeur de k à 70°C et tracé la croissance X du CIM en microns en fonction du temps en heures. Le résultat est montré dans la figure 3.

Figure 3. Le CIM croît en fonction du temps à 70°C.

Notez qu'il faut environ 40 ans pour obtenir une croissance d'un peu plus de 10 microns. La figure 4 montre les résultats pour la croissance d'un CIM à 200°C. Dans ce cas, il faut seulement 100 heures pour obtenir une croissance d'environ 10 microns. Ainsi, passer de 70 à 200°C produit un facteur d'accélération de plus de 30 000 dans le taux de croissance effectif d'un CIM jusqu'à 10 microns.

Figure 4. Croissance d'un CIM en fonction du temps à 200 °C.

Ce sont des calculs théoriques faits à partir de données recueillies à différentes températures. Voyons si les formules fonctionnent en réalité. Dans un autre article [ii] de Ma et autres.son équipe a vieilli des joints de soudure à 125°C pendant 120 heures. Les équations utilisées ci-dessus devraient prédire une croissance d'un CIM de 2,2 microns dans ces conditions. Dans la figure 5, on voit une croissance d'environ 2 microns, compatible avec l'estimation du calcul.

Figure 5. Des images issues de l'article de Ma sur la croissance d'un CIM à 125°C pendant 120 heures.

Donc, bien que les CIM ne soient pas fragiles, il est sage de limiter leur croissance. Par conséquent, il est sage de limiter l'exposition à un vieillissement à température très élevée, mais il est conseillé de minimiser le retraitement de la soudure, car la soudure fondue permet une croissance très rapide des CIM.

Merci,

Docteur Ron