C对一种镍基高温合金与陶瓷型壳界面反应及润湿性的影响

采用座滴法研究了C对一种高温合金与陶瓷型壳的界面反应及润湿性的影响.通过SEM和EPMA研究了合金与陶瓷型壳的界面组织形貌及反应区元素分布.利用Thermo-Calc软件计算了合金熔体中C,Cr和Al的活度,分析了C含量对合金熔体中C,Cr和Al的活度的影响.探讨了合金/陶瓷界面反应与润湿性的关系.结果表明,合金中C含量高于0.1%时,C的活度明显增大,合金熔体与陶瓷型壳发生界面反应,合金熔体/陶瓷体系由非反应润湿变为反应润湿,合金表面产生黏砂层且合金中Cr和Al扩散到陶瓷表面.     

Cr与B对镍基高温钎料在Cf/SiC陶瓷基复合材料上润湿性的影响

研究了Cr和B元素对镍基高温钎料在3D-Cf/SiC陶瓷基复合材料上的润湿性的影响.试验结果发现,在真空度小于10-3 Pa,工作温度1100 ℃,保温时间10 min条件下,当钎料中的Cr元素含量为15%,B元素含量为0.6%时,镍基钎料在Cf/SiC上的润湿角为10°,然而B元素含量增加到2.4%后,润湿角增大到62°,表明钎料中的元素B降低钎料在Cf/SiC上的润湿性.钎料中的活性元素Cr对润湿有重要影响.镍基钎料在Cf/SiC上的润湿过程属于反应润湿,润湿界面生成多种碳化物和硅化物.采用扫描电镜与能谱仪分析界面的微观结构与成分,通过X射线衍射仪检测界面产物.     

熔模铸造高温合金与陶瓷材料界面反应研究进展

简要概述了高温合金与熔模铸造用陶瓷材料,包括陶瓷型芯及陶瓷型壳的界面反应研究现状。高温合金与陶瓷材料的界面反应与陶瓷材料种类、合金成分密切相关。陶瓷材料中的SiO2以及高温合金中的C、Cr、Al、Hf等活性元素是参与界面反应的主要组元,反应产物主要有Al2O3、Cr2O3以及HfO2等,界面反应严重影响铸件的表面质量。界面反应并非合金元素与陶瓷材料氧化物之间简单的置换反应,并且,界面反应的发生需合金中活性元素的含量达到一定数值。     

钛熔体与氧化锆陶瓷铸型润湿性研究

借助自主设计的高活性合金熔体落滴法润湿角测量装置,对纯钛熔体与ZrO2(CaO)陶瓷铸型材料之间的润湿性和界面相互作用进行了研究,并借助SEM和EPMA等分析测试手段,对界面处垂直于界面方向的液/固截面的组织形貌和元素分布进行了分析。结果表明,钛熔体与ZrO2(CaO)在界面处发生了一定程度的化学反应,但界面化学反应不剧烈,钛熔体在ZrO2(CaO)陶瓷材料上不润湿,润湿角为103°,利用液/固界面处化学反应引起的体系总的自由能变化解释了界面化学反应对界面润湿性的影响。     

Bi对锌液与X80钢表面润湿性的影响

通过改良静滴法研究Zn-xBi(x=0.5,1.0,1.5,2.0)合金熔体在450℃下与不同基板的润湿行为,对润湿反应之后的表面张力进行计算,并使用扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)分析润湿试验后的试样表面及截面的微观形貌和组织结构。结果表明,在450℃下,Zn-Bi合金表面张力随Bi含量增加呈现先减小再增大的规律。Zn-1.0Bi合金熔体与X80钢的接触角最小,表明添加1.0%Bi(质量分数)后的锌液润湿性最好。Zn-Bi合金熔体中Bi的含量对界面反应强度和界面结构产生影响,进而减小表面张力和接触角。润湿初期Bi元素的快速吸附降低锌液表面张力,使接触角减小。中期由界面反应强度控制,此时形成前驱膜且其促进锌合金熔体在钢基板的流动,从而改善润湿性。     

Ni-Fe-Cr-Ti及Co-Ni-Fe-Cr-Ti(Si,B)系高温钎料对Si3N4陶瓷的润湿与界面连接

采用座滴法研究了Ni-Fe-Cr-(14-29)Ti(质量分数,%,下同)合金在Si3N4陶瓷上的润湿行为结果表明,在1493 K,10 min的真空加热条件下,随着含Ti量的增加,合金的润湿性逐渐改善,含Ti量为24%-29%时合金的润湿角达到27.3°.微观分析表明,钎料中的元素Cr向Ni-Fe-Cr-(24-29)Ti/Si3N4界面区扩散和富集,生成了复杂的Cr-Ni-Fe-Si四元化合物.分析了Ti元素含量的增加对于合金润湿性改善的原因.合金中加入元素Co并降低Ni含量可增强Ti,Cr的活性,导致形成不同的界面反应产物并对合金润湿能力及界面结合能力产生重要影响.成分调整后的Co-Ni-Fe-Cr-(14-20)Ti合金对Si3N4的润湿角可达到20.0°,形成牢固的润湿界面.     

Fe-Cr合金在TiO陶瓷上的润湿及其机理

Fe Cr合金对一氧化钛的润湿性能较差 ,在熔点温度下各成分的Fe Cr合金在一氧化钛上的润湿角都在 90°左右。当铬含量≤ 5 0 %时 ,Fe与TiO间存在界面反应 ,生成Fe2 Ti和Ti3 O2 。但界面反应的产生 ,并不能有效改善其润湿性。随着润湿温度的升高 ,合金的润湿性略有改善。在Fe Cr合金中添加少量的表面活性物质Si,可改善Fe Cr合金在一氧化钛上的润湿性。因为在润湿过程中Si在界面的富集 ,不仅降低了界面能和液相表面张力 ,有效改善了合金的润湿性 ,而且阻止了Fe与TiO间的界面反应 ,使反应型润湿转变为非反应型润湿。添加合金元素Si1.5 %以上 ,可使润湿角降至 2 5°左右。     

Sb对锌液与X80钢表面润湿性影响的研究

目的通过添加不同量的Sb元素降低锌液表面张力,提升X80管线钢热浸镀锌可镀性及镀层质量。方法采用改良座滴法在450℃下进行润湿实验,利用轴对称液滴分析软件(ADSA),计算不同Zn-Sb合金熔体在X80钢基板上的接触角,得到450℃时Zn-Sb合金熔体表面张力。通过能谱仪和扫描电子显微镜对镀层表面及截面的微观形貌和组织结构进行分析。结果当Sb添加量为1.0%时,450℃下Zn-Sb合金表面张力约为0.63 N/m,随Sb含量的增加,表面张力逐渐减小,当Sb含量增加到4.0%时,表面张力达到0.46 N/m,远低于纯锌液的0.79N/m。同时,Zn-Sb合金熔体与X80钢的接触角也从最初的57°逐渐减小到43°。锌合金熔体与X80钢界面处形成铁锌化合物组成的连续反应层,且在反应三相线外存在前驱膜,前驱膜的形成使随后的合金液在其上铺展,促进了润湿。结论Sb的添加能有效降低锌液表面张力,减小Zn-Sb合金熔体与X80钢间的接触角。Sb的表面张力较小,倾向于在锌合金表面富集,其作为表面活性元素降低锌液表面张力,从而提高润湿性。     

综述:SiC/Al界面反应与界面结构演变规律及机制

高温制备过程中熔融Al与SiC直接接触,二者间界面反应发生的可能性与多向性直接影响复合材料的界面结合状态。全面了解Al和SiC之间的界面结合、界面反应、界面结构等对于提高材料性能有着极其重要的作用。尽管人们对Al及其合金与SiC之间的润湿性和界面反应的研究很多,但很多结论仍存在分歧,且对Al与SiC真实润湿性的认识不够全面。Al与SiC之间界面反应发生的反应程度与反应时间、温度有很大关系,但是对于反应参数与反应程度之间的具体对应关系还没有系统的综述。合金元素的添加可以减弱界面反应的发生,然而在不同反应条件下,所添加合金元素的量与界面反应程度的关系,以及合金元素对于界面反应的影响机制还没有明确报道。本文系统地综述在确定的反应时间与反应温度条件下的界面反应、界面产物以及反应产物演变规律及机制等,Al以及添加不同合金元素的合金与SiC界面情况及界面润湿行为影响机制。从界面润湿、界面反应以及界面产物角度,为制备复合材料过程中所选择的工艺参数提供实验依据。     

粗糙度对金属/陶瓷反应润湿体系高温润湿性的影响

采用真空座滴法研究了基体表面粗糙度(R_a)对AgCu-4.3 at%Ti/Al_2O_3和AgCu-4.3 at%Ti/石墨两个体系润湿性能的影响,其中Al_2O_3的R_a为256~636 nm,石墨的R_a为265~1898 nm。结果表明,基体粗糙度对界面反应层厚度及其侧向生长、润湿动力学和最终润湿角(θ_f)均有很大影响。在1200 K的润湿温度下,随着基体R_a的增加,两个润湿体系的最终润湿角均呈上升趋势;高温反应性润湿体系润湿性的好坏取决于界面反应产物的侧向生长,当基体表面粗糙度增加时,增加了金属液体中活性元素向产物侧向生长前沿扩散的距离,同时粗糙表面的轮廓峰会对三相线的移动产生钉扎作用,因此界面反应产物侧向生长受到抑制;活性元素更易于向界面处扩散,生成更厚的界面反应产物层;当活性金属液体在粗糙表面润湿时,具有相对缓慢的润湿速度,达到润湿平衡的时间也较短,最终导致较大的润湿角。     

铝熔体与镀铬氧化铝的润湿行为

为了探究镀层对金属熔体与陶瓷基底润湿行为的作用机理,采用座滴法测试了700~800℃高真空条件下铝熔体与氧化铝、镀铬氧化铝基底及铬块的润湿性,研究了镀铬层厚度及润湿温度对润湿行为的影响。结果表明,铬镀层能够明显改善铝熔体与氧化铝基底的润湿性,随着镀层厚度的增加（260~1200 nm）,终态接触角逐渐减小,铺展速率明显增大,且铝熔体在1200 nm镀铬层上比在铬块上具有更好的润湿性。800℃下铝熔体在镀铬氧化铝基底上会形成明显的前驱膜。铝熔体与镀铬层在界面反应形成了非连续反应产物颗粒,700℃时为Al₇Cr,800℃时为Al₁₁Cr₂,而铝熔体与铬块在界面形成了连续的反应层。结合润湿界面反应及铺展前沿组态变化对上述结果进行了分析。     

Al-Mg合金对2D石墨纤维网的润湿性及铺展速率分析

本文使用静滴法研究了不同Mg含量(3.2, 4.5, 6.5, 8.5, 10, 13, 17 wt.% Mg)的Al-Mg合金在M40石墨纤维网上的润湿行为,重点讨论了Mg元素含量对润湿性及铺展速率的影响。 随着Al-Mg合金中的Mg含量从3.2 wt.%增加至17 wt.%,初始润湿角从115o降低到88.5o,而最终润湿角则由 96.7o降低到71o。由于M40石墨纤维的表面组织性质与普通石墨有较大的区别,因此与高密度碳平板相比,Al-Mg合金在石墨纤维网上的初始润湿角更小。而润湿角随Mg含量的增加而减小主要是源于Mg含量的增加可以显著降低Al-Mg合金的表面张力。基于Dezellus方程,进一步计算了Al-Mg合金在石墨纤维网上的铺展速率,计算结果与实验结果基本吻合。基于Miedema模型计算得到的铺展速率系数k也与实验结果基本吻合,此结果证明了Miedema模型在铺展速率计算方面应用的合理性。计算与实验结果均表明Mg元素含量的增加虽然可以显著降低润湿角,但对铺展速率影响不大。     

Ag-Cu合金钎料与SDC-SSAF双相陶瓷透氧膜的界面反应润湿机制

对空气中Ag-Cu合金钎料与Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(1.925)-Sm_(0.6)Sr_(0.4)Al_(0.3)Fe_(0.7)O_3(SDC-SSAF)双相陶瓷透氧膜的润湿性和界面反应进行了研究,利用扫描电子显微镜及能谱仪(SEM-EDS)表征分析了润湿试样的连接界面。结果表明:980℃下Ag-Cu合金钎料在SDC-SSAF双相透氧膜上的润湿角随着合金中Cu含量的增加而减小。高温润湿过程中,双相膜中Ce_(0.85)Sm_(0.15)O_(1.925)(SDC)相没有发生明显变化,Sm_(0.6)Sr_(0.4)Al_(0.3)Fe_(0.7)O_3(SSAF)相分解并与Ag-Cu钎料发生微量元素置换。这种界面反应促进了钎料与陶瓷基体润湿性的改善。但由于SDC相与SSAF相润湿性的差异,Ag-Cu钎料与SDC-SSAF双相膜的润湿性不及相同Cu含量的Ag-Cu钎料与SDC单相膜的润湿性。     

Zr55Al10Ni5Cu30合金熔体与不锈钢的润湿行为

用座滴法研究了Zr55Al10Ni5Cu30合金熔体与不锈钢基片在连续升温和不同温度下保温20 min的润湿动力学,用扫描电镜观察了润湿冷凝样品的界面形貌,用能谱分析、X射线衍射等研究了界面反应,分析了Zr55-Al10Ni5Cu30与不锈钢基片之间的扩散和界面问题.结果表明:随着温度的升高,Zr55Al10Ni5Cu30与不锈钢基片之间的润湿角减小,润湿半径增大;1 223,1 273 K时等温润湿动力学分3个阶段:孕育阶段、准稳态减小阶段和趋于平衡阶段,温度高于1 323 K时润湿只有趋于平衡阶段;Zr55Al10Ni5Cu30合金与不锈钢之间的润湿为反应控制型润湿,界面处有明显的扩散层和界面反应层;合金熔体一侧含熔体与不锈钢反应生成的Cr2Zr,界面处含反应生成的Al5Cr;在制备Zr55Al10Ni5Cu30/不锈钢非晶复合材料时必须合理选择制备工艺,严格、控制界面反应.     

硅酸盐玻璃与可伐合金润湿反应界面分析

通过玻璃在未预氧化可伐合金表面直接润湿的方法,在不同加热温度下、保温相同时间的条件下进行实验。用显微镜测量实验试样润湿角和润湿直径;利用SEM和EDS对反应界面的微观形貌、化学成分和元素扩散进行了研究,得出反应界面与润湿角的关系。结果表明,随着加热温度的升高,在未氧化可伐合金表面润湿角依然不断减小,可以达到良好的润湿效果;当温度达到1000℃时,润湿效果达到良好状态,界面反应层Fe2Si O4溶解于玻璃速度快于生成Fe2Si O4的速度时,反应层越来越少,进而促进上层玻璃与合金继续反应导致润湿角越来越小,润湿效果越来越好。     

Au-30%Si合金熔体与石墨的润湿性及铺展动力学

采用改良座滴法在真空条件下研究Au-30%Si(摩尔分数)合金与石墨在1373~1473 K温度范围内的润湿性及铺展动力学。结果表明:随着温度升高,该体系润湿性得到改善,T=1373 K时,体系终态接触角高达100°,呈不润湿;当T≥1393 K时,随着温度的升高,接触角的变化速率明显加快,接触角减小至16°,呈现良好的润湿性。界面反应产物SiC的形成使得固/液界面能不断降低,为润湿铺展提供驱动力。通过建立新的反应润湿动力学模型,从能量角度阐述润湿铺展机制,预测体系固/液界面能随反应时间的延长呈指数关系降低。在反应控制阶段,理论计算与实验结果一致。     

Ti-Al合金熔体与氧化物陶瓷界面反应的热力学分析(英文)

研究CaO、MgO、Al2O3和Y2O3与熔融Ti及Ti合金之间的界面反应热力学。根据氧化物在Ti合金熔体中的溶解反应机制建立热力学模型,通过热力学分析预测各氧化物相对于Ti-Al(0≤x(Al)≤0.5)合金的热力学稳定性。根据氧化物坩埚熔炼实验结果来研究氧化物与Ti-xAl合金熔体的界面反应,对熔炼效果进行定量分析,发现随着合金中Al含量的提高和熔体温度的降低,合金中杂质元素含量成比例的减少,这与氧化物稳定性计算结果一致。     

Sn-Zn-Cu无铅钎料的组织、润湿性和力学性能

研究了(Sn-9Zn)-xCu无铅钎料的微观组织、润湿性能和力学性能.Cu的加入使得Sn-9Zn钎料中针状富Zn相逐渐转变为Cu-Zn化合物,当Cu含量为8%时,Cu6Sn5相生成.Sn-Zn-Cu合金熔点随着Cu含量增加而升高,同时润湿性随Cu的加入得到显著改善.使用中性活性松香钎剂,钎料与Cu箔钎焊时的润湿角显著减小.Sn-9Zn的润湿角为120°,而(Sn-9Zn)-10Cu的润湿角为54°.这是由于Cu的加入降低了Zn的活性,减少了Zn在钎料表面氧化,降低了液态钎料表面张力,使得钎料能获得较好的润湿性.合金在2%Cu时获得较高的强度,随着Cu含量的增加,Cu-Zn化合物相对增多,抗拉强度有所下降;而合金的塑性随着Cu的加入迅速下降.     

In对Sn-8Zn-3Bi无铅钎料润湿性的影响

首先采用铺展法测试了Sn-8Zn-3Bi-(0～5)In钎料合金的铺展性.结果表明,少量In的加入提高了钎料的润湿性.当In含量达到0.5%时(质量分数,下同),钎料在铜基底上的铺展面积最大.采用气泡最大压力法对Sn-8Zn-3Bi-(0～1.5)In钎料熔体进行了表面张力测试.加入0.5%的In大大降低了Sn-8Zn-3Bi钎料熔体的表面张力,但进一步增加In的含量导致熔体表面张力增大.最后采用润湿平衡法对上述钎料进行了润湿力测试.结果表明0.5%In的加入使合金的润湿力达到最大,其原因是钎料/铜界面的界面张力减小.     

熔炼工艺对DZ22B高温合金与SiO_2陶瓷界面反应的影响

采用真空感应熔炼与惰性气体保护相结合,开展了DZ22B高温合金与SiO_2陶瓷的原位界面反应研究。通过改变熔体温度及保温时间,对比分析了不同熔炼工艺下界面反应的产物类型及形成过程,探讨了界面反应对铸件表面粘砂缺陷的影响。结果表明,高温合金中Hf元素易与SiO_2发生界面反应,形成HfO_2的反应产物。当熔炼温度为1 400℃时,随保温时间延长,合金与陶瓷接触部位先后出现无界面反应、弱界面反应及强界面反应情况,其中保温20min后,可形成平均厚度为0.5μm的连续分布致密反应层。随熔炼温度提高,界面反应程度逐渐加深,其中熔炼温度为1 600℃、保温15min条件下反应层厚度达2.3μm,同时导致合金表面发生严重的粘砂缺陷。