Bi-Sn熔体在高熵合金上的润湿行为及界面特征

采用传统座滴法研究了低熔点合金(Bi-Sn)和高熵合金(AlCoFeNiCr和CuCoFeNiCr)之间的润湿行为及界面特征。借助扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)分析了Bi-Sn/AlCoFeNiCr和Bi-Sn/CuCoFeNiCr界面微观结构。结果表明:AlCoFeNiCr和CuCoFeNiCr高熵合金都是结构单一的固溶体,但Bi-Sn熔体在CuCoFeNiCr高熵合金基体上的润湿性明显地优于Bi-Sn熔体在AlCoFeNiCr高熵合金基体上的润湿性;Bi-Sn/CuCoFeNiCr界面发生剧烈的化学反应,有大量的界面反应物生成,Bi-Sn熔体中的原子Sn主要是沿着CuCoFeNiCr高熵合金中的富铜相扩散,而Bi-Sn/AlCoFeNiCr界面平直,且随着润湿温度的升高,Bi-Sn熔体中的原子向AlCoFeNiCr高熵合金基体的扩散程度加强并伴随化学反应,出现类似"皮下潜流"现象;由于CuCoFeNiCr高熵合金中富铜相的存在,为Bi-Sn在CuCoFeNiCr高熵合金基体上的铺展提供了"润湿通道"。     

Hf对一种高温合金与陶瓷材料润湿性及界面反应的影响

研究了Hf对一种高温合金与陶瓷材料润湿性及界面反应的影响.测量了合金熔体与陶瓷材料的平衡润湿角,通过SEM,EPMA和XPS研究了合金与陶瓷材料的界面组织形貌、反应区元素分布及界面反应产物,分析了Hf对合金熔体与陶瓷材料润湿性及界面反应的影响,阐述了润湿性与界面反应的关系.结果表明,高温合金中Hf元素的含量会影响合金熔体与陶瓷材料的润湿性.对于本工作的合金,当Hf含量从0.1%逐渐增大至2.0%时,润湿角由132°逐渐减小至112°,润湿性显著增强;当Hf含量达到1.5%时,合金熔体与陶瓷材料发生界面反应,界面反应使润湿角明显减小,反应产物为HfO2.界面反应热力学分析结果表明,Hf和SiO2满足发生置换反应所需的热力学条件.     

镍基单晶高温合金DD11杂晶形核的热力学研究

以单晶叶片在研制过程中常出现杂晶而导致产品不合格为研究背景,以DD11合金单晶叶片缘板杂晶为研究对象,通过测试叶片缘板在定向凝固中的冷却速率,借助差热分析法(DSC)以相同冷却速率条件下测定DD11合金的形核临界过冷度及熔化潜热。利用扫描电镜(SEM)观察合金与型壳之间界面的化学反应情况,采用液滴法测量了合金熔体与型壳的润湿角,并完成了合金固液界面能及杂晶形核功的定量分析。结果表明,DD11合金与型壳基体属不润湿系统,润湿角为145.47°;DD11合金单晶叶片缘板杂晶形核临界半径为43.07 nm,临界形核功为0.938×10~(-15) J;较大的合金异质形核临界过冷度及合金熔体与型壳的润湿角有利于减少杂晶的产生。本研究对控制单晶叶片杂晶形核及提高产品合格率具有一定理论指导意义。     

高温熔体在碳材料表面润湿性研究进展

理解高温熔体(熔盐、液态金属及合金)在碳材料表面的润湿行为对发展高温能源储存与转换、材料铸造与加工、电解冶金、熔盐制备碳等技术十分关键,而目前对这一主题的系统评述还很罕见.本文首先结合实际应用,对常见典型碳材料/高温熔体固?液界面润湿性特点进行了梳理,评述比较了目前常用的三种高温接触角测定方法,随后重点对两类润湿机理进...     

SnAgCu-xTi在单晶硅表面的润湿行为

采用改良座滴法在高真空条件下研究了熔融Sn0.3Ag0.7Cu(SAC)-xTi(x为质量分数,%)在800 ~ 900 ℃与单晶硅表面的润湿行为. 结果表明,SAC-xTi/Si体系属于惰性润湿体系,钛的添加显著改善了润湿性. 在不添加钛时,SAC钎料在800 ℃与单晶硅润湿1 800 s后达到平衡,平衡接触角为63°;SAC-1Ti钎料在900 ℃润湿1 800 s后获得最小平衡接触角41°;SAC-3Ti钎料在900 ℃时达到平衡润湿的时间最短,仅为50 s,平衡接触角为48°. 润湿机制为钛加速了单晶硅表面氧化膜的去除. 在熔融钎料的铺展过程中,通过溶解?再析出机制和微掩膜机制,在固/液界面处形成了温度依赖的“金字塔”结构,温度越高,“金字塔”结构越稀疏且形貌越大. “金字塔”结构的出现并未改善体系的润湿性,由于其对三相线的钉扎作用,进而使得体系的润湿性变差.     

Ce对Al_2O_3/中锰钢界面润湿性的影响及其机理SCIEI

本文以Al_2O_3/中锰钢复合材料为对象,探讨了在不同温度和保温时间下Ce对润湿角的影响及其作用机理。结果表明,适量Ce或在较高的温度及较长的保温时间下,可以使润湿角显著下降,由不润湿转化为润湿。Ce改善润湿性的机理是其在界面上的吸附、富集及所产生的界面化学反应,反应产物是CeAlO_3。界面反应程度决定了最终润湿角的大小,建立的界面润湿角复合规则:cosθc=f_1cosθ_1+f_2cosθ_2较好地反映了润湿角的变化规律。     

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。     

1173 K下Al-8Si二元合金对MgO、TiO2 和不锈钢的润湿作用

采用改良座滴法对Al-8Si/不锈钢、Al-8Si/MgO和Al-8Si/TiO₂体系的润湿性和界面组织进行了研究。从热力学角度讨论了3个体系界面反应产物的形成。结果表明，Al-8Si/不锈钢的界面组织由Fe(Al,Si)₃、Al_7.2Fe_1.8Si和Fe₂Al₅相组成，而Al-8Si/MgO和Al-8Si/TiO₂体系的界面组织主要由不同形貌Al₂O₃相组成。3种体系的润湿性测试结果表明，Al-8Si熔体在MgO上具有较好的非润湿性能，其平衡润湿角为124°。3种体系润湿性的差异主要与界面产物的性质和粗糙度有关。界面粗糙度测试结果表明，Al-8Si/MgO体系界面粗糙度最大，为1.46μm，主要原因是界面反应过程中Mg的蒸发破坏了界面反应层的形貌，此外Ti的存在促进了Al-8Si/TiO₂体系的界面反应，增加了界面反应层的厚度，降低了平衡润湿角。     

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。     

镍基高温合金K417G与氧化物耐火材料的界面反应

研究了1600℃温度下Al₂O₃、CaO、MgO、Y₂O₃稳定ZrO₂、CaO稳定ZrO₂和Y₂O₃共6种材料坩埚与镍基高温合金K417G熔体的界面反应。结果表明：熔体对Al₂O₃坩埚以物理侵蚀为主,但坩埚易剥落导致合金中含有Al₂O₃夹杂物;CaO坩埚与合金界面处生成了液相Ca₃Al₂O₆,促进熔体与CaO之间的润湿性,导致界面处粘连严重;MgO坩埚与熔体中Al反应生成Mg Al₂O₄并进入合金生成夹杂物;Y₂O₃稳定ZrO₂坩埚与合金界面处生成Al₂O₃反应层,但是Al₂O_3...     

钛与氧化物陶瓷界面反应研究

借助SEM和差热分析(DTA),研究了纯钛与Y_2O_3、ZrO_3(Y_2O_3,稳定和CaO稳定)陶瓷耐火材料界面反应后金属 侧的显微组织,并测定了纯钛与Y_2O_3,、ZrO_2(Y_2O_3,稳定和CaO稳定)的初始反应温度和反应速率.结果表明,纯钛与 ZrO_2(CaO稳定)反应后的显微组织最粗大,为块状,而与Y_2O_3,反应产物最细小均匀,为条带状;三种陶瓷材料对纯钛 的初始反应温度依次为:1 378℃、1 245℃、1 213℃,反应速率也依次增大.     

高温钎料PdCu-Ti在氧化铝陶瓷上的润湿性及界面反应

本文采用座滴法试验研究了合金系统ＰｄＣｕ－Ｔｉ在Ａｌ２Ｏ３上润湿性的变化规律，探讨了界面冶金及结合等行为，运用热力学理论对结果进行了分析，随Ｔｉ含量的增加及Ｐｄ含量的减少润湿角逐渐降低，Ｔｉ的加入使界面发生了一个双重变化；液相侧富氧，钛吸收层的生成及随后的固相侧氧化钛的生成，只有界面上生成一氧化钛，才能有较好的润湿行为和较强的结合力。     

氧化钙或氢氧化钙与浓碱铝酸钠溶液的反应特性

研究了氧化钙、氢氧化钙与浓碱铝酸钠溶液的反应特性,在相同条件下,氧化钙的反应活性高于氢氧化钙,这归结于氧化钙在水化放出大量热量的同时,固相颗凿细化,比表面积增大。较多量的氧化钙加入反应体系后,体系主要因固相颗粒团聚容易发生膨胀。玎的扫描电镜分析表明：加入表面活性剂后,表面活必有因吸附“挤占”了新生因相表面吸附的小分子,破坏或削弱了体系的团聚,从而消除和体系的膨胀;同时,表面活性剂的会降低了固液界面     

钛铝基合金与4种陶瓷界面反应的研究

借助SEM和差热分析(DTA),研究了Ti48Al2Cr2Nb合金与Y2O3、ZrO2(Y2O3稳定)、ZrO2(MgO稳定)和锆英砂4种陶瓷耐火材料界面反应后金属侧的显微组织,并测定了Ti48Al2Cr2Nb合金与Y2O3、ZrO2(Y2O3稳定)、ZrO2(MgO稳定)和锆英砂4种陶瓷耐火材料的初始反应温度.结果表明,Ti48Al2Cr2Nb合金与锆英砂反应后的显微组织最粗大,为菊花状,而与Y2O3反应产物最细小均匀,为颗粒状;4种陶瓷材料对Ti48Al2Cr2Nb合金的初始反应温度依次为:1500,1400,1380和820℃.     

高温钎料PdCu－Ti在氧化铝陶瓷上的润湿性及界面反应

本文采用座滴法试验研究了合金系统ＰｄＣｕ－Ｔｉ在Ａｌ＿２Ｏ＿３上润湿性的变化规律。探讨了界面冶金及结合等行为。运用热力学理论对试验结果进行了分析。随Ｔｉ含量的增加及Ｐｄ含量的减少润湿角逐渐降低。Ｔｉ的加入使界面发生了一个双重变化：液相侧富氧、钛吸附层的生成及随后在固相侧氧化钛的生成。只有界面上生成一氧化钛，才能有较好的润湿行为和较强的结合力。     

铸造法制备表面复合钢基材料

为提高低冲击载荷下工作的耐磨件表面硬度,延长耐磨件的使用寿命,采用铸造法制备了低合金钢/ZrO2-Al2O3蜂窝陶瓷复合材料,并研究了不同增强润湿性的方法以及热处理工艺对复合材料界面结合与性能的影响.结果表明:润湿性的改善使复合材料的界面结合强度和冲击韧性都得到提高;当淬火温度达到940℃时,界面结合更加紧密;900℃淬火,230℃回火后,低合金钢基体中加入0.02%Ti的试样界面处显微硬度可达HV 315.7,陶瓷表面镀镍的试样冲击韧性可达9.49J/cm2.表面复合钢基材料可作为一种新型耐磨件材料.     

热解还原法制备镀镍ZrO2增强低银SnAgCu系复合钎料及其钎焊

本文采用热分解-还原法制备镀镍ZrO2增强相,粉末冶金法制备镀镍ZrO2增强Sn1.0Ag0.5Cu复合钎料,研究了ZrO2纳米颗粒表面金属化以及其对Sn1.0Ag0.5Cu复合钎料的微观结构、材料性能及钎焊接头的影响。结果表明:经机械预处理的ZrO2粒径减小、团聚降低;采用热分解-还原法成功地制备出了镀镍ZrO2增强相,Ni粒子以8-11 nm间距均匀附着于ZrO2表面,ZrO2(02)和Ni(11)界面呈半共格关系;添加适量镀镍ZrO2对Ni/ZrO2-Sn1.0Ag0.5Cu复合材料的熔点、电阻率影响不大,提高了润湿性和抗拉强度,在镀镍ZrO2增强相添加量为0.7 wt.%时Ni/ZrO2-Sn1.0Ag0.5Cu复合钎料抗拉强度、钎焊接头剪切强度均达峰值,较基体材料的相比提高了43.3%、40%。随着Ni-ZrO2增强相的添加,复合钎料钎焊接头的断裂位置由界面IMC层向过渡区的近钎缝侧移动,断裂机制由韧-脆混合断裂逐渐转为韧窝为主的韧性断裂。     

Numerical simulation of interfacial reaction between titanium and zirconia

Based on the conservation laws of energy and mass,and taking into account the effect of chemical reaction between liquid titanium and zirconia ceramic mold on the concentration field and the temperature field,a comprehensive mathematical model for numerical simulation of heat and mass transfer has been established to study the interfacial reaction between liquid Ti and ZrO2 ceramic mold.With the proposed model,numerical simulations were preformed to investigate the effects of pouring temperature and holding time on the oxygen concentrations and reactive layer thickness in metal.The results showed that both the oxygen concentration and the thickness of reactive layer in metal increase with the increase of the holding time and the pouring temperature.The development of reactive layer thickness with time consists of three stages:inoculation (0-1 s),linear increase (1-5 s)and parabolic increase (after 5 s).     

Low-Temperature Interface Reaction Between Titanium and the Eutectic Silver-Copper Brazing Alloy

Reaction zones formed at 790 °C between solid titanium and liquid Ag-Cu eutectic alloys (pure and Ti-saturated) have been characterized. When pure Ag-Cu eutectic alloy with 40 at.% Cu is used, the interface reaction layer sequence is: αTi/Ti₂Cu/TiCu/Ti₃Cu₄/TiCu₄/L. Because of the fast dissolution rate of Ti in the alloy, the reaction zone remains very thin (3-6 μm) whatever the reaction time. When the Ag-Cu eutectic alloy is saturated in titanium, dissolution no longer proceeds and a thicker reaction zone with a more complex layer sequence grows as the reaction time increases. Four elementary chemical interaction processes have been identified in addition to Ti dissolution in the liquid alloy. These are growth of reaction layers on Ti by solid state diffusion, nucleation and growth from the liquid of TiCu₄, isothermal solidification of silver and, finally, chemical conversion of the Cu-Ti compounds by reaction-diffusion in the solid state. A mechanism combining these processes is proposed to account for the constitution of Ti/Ag-Cu/Ti joints brazed at 780-800 °C.     

Impulse pressuring diffusion bonding of titanium to 304 stainless steel using pure Ni interlayer

In the present study,impulse pressuring diffusion bonding technology(IPDB)was utilized between commercially pure titanium and 304 stainless steel(SS)using pure nickel(Ni)as interlayer metal.The interfacial microstructures of the bonded joints were investigated by scanning electron microscopy(SEM)and energy dispersive spectroscope(EDS)analyses.It is found that with the aid of the Ni interlayer,the interdiffusion and reaction between Ti and SS can be effectively restricted and robust joints can be obtained.Intermetallic compounds(IMCs)including Ti_2Ni,Ti Ni,and TiNi_3 are detected at the Ti/Ni interface;however,only Ni–Fe solid solution is found at the Ni/SS interface.The maximum tensile strength of 358 MPa is obtained by IPDB for 90 s and the fracture takes place along the Ti_2Ni and Ti Ni phase upon tensile loading.The existence of cleavage pattern on the fracture surface indicates the brittle nature of the joints.