钛/铝激光熔钎焊接头原位 TEM 拉伸断裂行为

对于钛/铝异种金属熔钎焊接头,钛合金侧界面金属间化合物层的形态、厚度对接头力学性能存在显著影响.传统微观组织表征 + 宏观力学性能测试的方法无法直观获得纳米尺度下裂纹的萌生及扩展过程.基于此,采用原位TEM表征技术,对钛/铝熔钎焊接头界面金属间化合物层处的拉伸断裂行为展开研究,阐明界面金属间化合物层对接头力学性能的影响规律.结果表明,金属间化合物层物相主要以TiAl相和TiAl₃相为主,在原位TEM拉伸过程中,焊缝熔合区铝合金晶粒内部容易发生位错塞积,裂纹倾向于在位错塞积处萌生扩展.界面层不是拉伸试样的薄弱区,试样倾向于在焊缝熔合区或钛合金侧发生断裂.     

硼硅玻璃与单晶硅场致扩散连接形成机理分析

以固体电解质硼硅玻璃与单晶硅为实验材料,研究了玻璃－金属FDB连接过渡区的微观组织特征,分析了连接形成机理及主要工艺参数对连接过程的影响。提出了金属－氧化物过渡层－玻璃接头结构形式及静电场条件下离子扩散扩接合模型。研究认为,金属玻璃的界面接合归因于玻璃中负氧离子的扩散及界面复合氧化物的形成;呈横向柱状组织的复合氧化物对连接强度具有重要意义。     

阵列电极法测量聚合物／金属界面电位分布

提出一种微计算机控制的阵列电极技术,用于原位测量金属/聚合物界面电位分布。阵列电极由64根金属丝组成,它们相互绝缘、紧密排列,形成8×8阵列电极。由此可研究有关腐蚀物质如O_2、H_2O等在聚合物涂层中的传输过程,研究聚合物涂层的不均一性及缺陷分布以及研究聚合物/金属界面的腐蚀破坏的电化学机理。     

金属/氧化物界面的第一性原理计算的研究进展

对金属/氧化物界面第一性原理的理论基础进行了介绍。从构建界面,以及应力、温度及第三组元的添加对界面的影响角度介绍了金属/氧化物界面的研究进展,并找出其中存在的问题。最后,对今后的发展和研究进行了展望。     

Al/U固相界面反应的原位高温X射线衍射研究

采用磁控溅射沉积技术在贫铀上镀铝膜,利用X射线衍射原位研究了铝镀层与贫铀基体的界面反应,分析了界面反应产物随温度和时间的变化规律。实验结果显示,镀膜过程Al/U界面没有化合物形成,而在较高温度下(≥335℃)两相界面会发生反应并形成金属间化合物UAl_3相,反应动力学符合形核-生长机制。形成的UAl_3相为疏松的层状结构,且相应的衍射峰强度随温度的升高而逐渐降低,直至消失,文中对该现象的原因进行了分析和讨论。     

FAPAS制备以微晶Ni_3Al为中间层的金属基功能梯度材料

采用电场激活压力辅助燃烧合成工艺(FAPAS)制备(TiB2)pNi/Ni3Al/M功能梯度材料。研究电场作用下Ni3Al的原位燃烧合成及其与金属和复合材料层(TiB2)pNi的同步扩散连接机理,探讨电场对Ni3Al与不同金属扩散连接界面结构和冶金特征的影响,并对梯度材料的界面微观组织、相组成和力学性能进行表征。结果表明:在外加电场和应力场的作用下,镍粉和铝粉发生剧烈反应生成细小致密的Ni3Al金属间化合物,产生的化学热有助于促进界面物质迁移,这是形成连接的关键;梯度材料的各层之间完全连接,抗热冲击性能良好,断面微观硬度呈梯度分布。     

多重内反射红外光谱原位研究聚合物／金属界面水的动态行为

将多重内反射富里叶变换红外光谱原位测量技术，首镒用于原位研究聚合物／金属界面水分子的动态行为。实验表明，随着聚合物／金属复合体系在水中浸渍时间的延长，聚合物／金属界面水分子不断增加累积形成一定厚度的水层，同时聚合物／金属界面的聚合物量递减，说明水进入界面使聚合物对金属基底的粘合键破坏，粘合作用减弱。     

氧化-生成物对钛合金/铜/不锈钢扩散连接界面组织及性能的影响

钛合金/钢异种金属结构扩散连接技术所涉及的核心问题之一就是了解氧化及生成的金属间化合物对接合界面组织和性能的影响及如何选择中间层金属。采用扫描电镜、X射线衍射等分析手段,考察了以铜为对象的表面氧化物和生成的金属间化合物对铜/钛合金及钛合金/铜/不锈钢扩散连接界面的组织和性能的影响。结果表明:铜表面的氧化程度对接合界面金属间化合物生成程度影响较大,在一定版芯的氧化极限内,表面氧化越强烈,生成的金属间化合物越多,不利于接头性能的提高;但金属间化合物对接合界面组织和性能的影响较氧化物CuO本身对接合界面性能的影响大,是影响接头强度的主要原因。直接作为钛合金的中间过渡层的铜箔不宜过厚。     

AZ31镁合金化学转化膜形成的原位成像研究

利用同步辐射X射线实时成像技术,原位研究了处理液组分H3PO4,KMnO4及MnCO3对镁合金/处理液界面无铬化学转化膜形成过程的影响,并结合扫描电镜分析了所生成转化膜的表面形貌.研究结果表明:高能同步辐射X射线可以透过镁合金/处理液界面,利用原位成像技术能够实时观察转化膜的生长过程;KMnO4能够显著促进AZ31镁合金转化膜的形成,所得到的转化膜表面较平整,裂纹较少,而MnCO3对转化膜形成的促进作用有限.     

铜中氧对铜/钢扩散复合界面的影响

用扫描电镜、能谱分析和电子探针等方法研究了不同含氧量的铜/钢双金属棒扩散复合界面氧化物的形成及影响因素.结果表明：当铜中氧含量较少时,扩散复合中基本不形成氧化物.当铜中含氧量较高时,界面附近铜中形成弥散分布的氧化物颗粒;随扩散温度的升高和时间的延长,氧化物颗粒尺寸变大,分布区域变宽;界面剪切断裂时裂纹在氧化物处形成、扩展.从扫描电镜和电子探针结果中可以确定在铜/钢界面附近的氧化物为Fe2O3并从热力学角度分析了氧化物的形成原因.     

钛合金/不锈钢冷金属过渡焊接头组织及性能

采用铜基填充金属对TC4钛合金、304不锈钢进行冷金属过渡焊接,分析了钛合金/不锈钢接头的界面组织、力学性能及腐蚀性能. 结果表明,采用冷金属过渡连接方法实现了TC4钛合金和304不锈钢的焊接. 钛合金/不锈钢接头主要由焊缝金属、不锈钢-铜焊缝界面和钛合金-铜焊缝界面组成. 钛合金/不锈钢接头的拉剪强度为306 MPa. 由于钛合金-铜焊缝界面中Ti-Cu,Ti-Fe金属间化合物的生成,接头沿钛合金-铜焊缝界面反应层发生脆性断裂. 钛合金/不锈钢接头在人工海水溶液中发生了电偶腐蚀,其腐蚀机理为阴极区发生氧的还原反应和析氢反应,阳极发生焊缝金属的氧化,钛合金母材表面TiO₂氧化膜的形成,不锈钢母材发生点蚀.     

Interfacial Reactions between Cu-Zr filler metal and alumina and kinetics of reaction layer growth

The interfacial reactions and kinetics of the reaction layer growth in Cu-Zr/A1₂O₃ system were investigated and compared with those in Cu-Ti/Al₂O₃ system. Therrnodynamic analysis showed that the interfacial reaction can proceed until the activity of aluminum in the Cu-5 at.% Zr filler metal reaches about 0.27 at 1373 K. Growth of reaction layer, ZrO₂, was controlled by the diffusion of oxygen through ZrO₂ layer. The activation energy for ZrO₂ growth was 126 kJ/mol. Instead of using a complex redox reaction, a simple oxidation model between reactive metal and oxygen was found to adequately describe the reaction layers growth in ceramic/metal systems. The parabolic rate constant could be expressed in terms of oxygen vacancy concentration at the reactive metal/reactive metal oxide interface. The slower growth of TiO, in comparison with ZrO₂, can be rationalized using the parabolic rate constant. The lower diffusion coefficient of oxygen vacancy and a less negative free energy change of TiO formation have a dominant effect over the higher oxygen vacancy concentration at the Ti/TiO interface which resulted in slower TiO growth.     

中间层对高体积分数SiCp/Al复合材料真空钎焊的影响

采用铜箔、Al-Si-Mg及Al-Si-Mg/Cu/Al-Si-Mg(简称ACA)3种不同中间层对高体积分数45%SiC_p/Al复合材料进行真空钎焊连接研究.通过SEM,EDS及XRD等方法对钎缝的微观结构及界面组织进行了分析,研究了中间层种类对钎焊接头微观结构、界面组织以及连接强度的影响,阐明了不同中间层钎焊连接45%SiC_p/Al复合材料的界面形成过程及接头断裂机制.结果表明,ACA中间层兼具了铜和Al-Si-Mg钎料的优点,可降低钎料的液相线,增加其流动性,通过Cu原子优先在铝合金基体与其氧化膜的界面处扩散发生共晶反应,增强钎料的去膜作用,从而实现高体积分数45%SiC_p/Al复合材料的高质量连接.     

Ti 元素对B4C/Al复合材料力学性能的改善作用研究

B₄C/Al复合材料是目前最理想的中子吸收材料,广泛用于乏燃料储存。本文利用液态搅拌法制备B₄C/Al复合材料,通过添加Ti元素,探讨了界面反应对材料的界面结构和力学性能的影响。研究发现,Ti元素通过参与界面反应,改变了界面结构,在B₄C颗粒表面形成了紧密结合的纳米TiB₂界面层;Ti的添加消除了界面微裂纹、微孔、分离等缺陷。随着界面反应程度的加强,材料强度提高,尤其反应脱落的纳米TiB₂颗粒作为原位第二强化相进一步增强基体。B₄C/Al复合材料断裂过程表现为韧窝延性断裂;TiB₂界面层增强了B₄C颗粒与基体的结合,断裂行为从B₄C-Al界面脱落转变为B₄C颗粒断裂;但过渡的界面反应会形成微韧窝,引起材料延伸率下降。     

钛/钢爆炸复合板界面连接机理与力学行为

本文表征了钛/钢爆炸焊接复合板的界面组织和剪切性能,研究爆炸复合过程的界面结合机理。结果表明,在金属板之间形成了波状界面组织,剧烈塑性变形造成钢基体发生明显的塑性流动,并在界面形成连续的漩涡形貌。TEM和XRD检测证实界面存在纳米尺度的过渡层,并包含有固溶体组织和少量金属间化合物。波状界面组织改善了复合板沿爆炸方向的界面剪切强度,剪切断口显示漩涡组织发生韧性断裂形貌。     

CuNiSnTi钎料钎焊立方氮化硼界面产物分析

采用扫描电镜、能谱仪、微区X射线衍射仪研究了CuNiSnTi活性钎料钎焊立方氮化硼(c-BN)界面产物的微观结构和形成机理,并运用动力学分析了界面反应产物的生长过程及反应激活能.结果表明,钎焊过程中CuNiSnTi钎料对c-BN具有良好的润湿性,钎料与c-BN发生化学反应,实现c-BN与钢基体的可靠连接;钎料与c-BN界面处生成Ti-N和Ti-B化合物新相,形成了钎料/TiN/TiB/TiB₂/c-BN的结构形式;在钎焊温度1323~1398 K,保温时间5~20 min之间依据抛物线生长法则指出界面处产生的化学反应和原子间的相互扩散是促使界面反应层形成与生长的主要因素及形成机理.     

激光熔覆陶瓷增强金属基复合涂层技术的研究进展

讨论了激光熔覆外加陶瓷增强金属基复合涂层技术中外加陶瓷相与基体的界面问题及一般的解决方法,指出原位合成技术与激光熔覆技术结合可有效解决界面问题,从铁基、镍基等复合涂层的原位反应材料体系、反应机理分析、组织结构和性能的改善等几个方面,综述了激光熔覆原位自生陶瓷增强金属基复合涂层技术的研究进展,最后从微观反应机制和宏观实际应用2个角度提出了今后的研究方向:原位合成试验与热力学理论的互相补充与验证,及计算机数值模拟技术的应用.     

界面精细结构与界面反应产物结构

界面的原子结构特征对材料的性能有很重要的影响.本文介绍用选区电子衍射及高分辨电子显微术研究半导体超晶格、金属多层膜、陶瓷和复合材料相界面的精细结构及界面反应产物结构的结果.对两相之间的取向关系,界面的台阶、小面和粗糙度,界面的原子键合,界面的共格性,错配位错的性质及界面附近弹性应变松弛度,界面附近缺陷结构,电子束辐照或制备工艺条件引起的界面固态化学反应动力学和反应机制以及界面反应产物结构进行了分析和讨论。     

The mystery of molten metal

Recent advances in scientific understanding of high-temperature materials processing using novel experimental methodologies have shed light on the complex role of surface and interface phenomena.New in-situ studies on molten metal/solid ceramic interactions using a unique experimental complex at the Foundry Research Institute,Krakow,have revealed a number of unusual observations in materials processing at high temperatures.We present some such unusual observations and their explanation with reference to liquid metal processing of AI,Ni,and Ti,and their alloys in contact with oxide ceramics.In particular,we focus on the following aspects:primary oxidation of AI from residual water vapor or oxygen,capillary purification to remove surface oxide,substrate protection by CVD carbon,roughening due to spinel whisker formation,inclusions in castings due to mechanical detachment,floatation due to buoyancy forces,and segregation due to directional solidification,modification of the solid surface morphology by metal vapor ahead of the liquid,and the complication due to multi-component alloys melted in crucibles made from complex oxide-based ceramics.In the case of Ti,rapid reactions with oxides result in undesirable volumetric changes that create difficulty in casting high-quality Ti parts,particularly by investment casting.Nanoscale(e.g.,colloidal)coatings based on Y2O3 protect crucibles and hold ladles against such attack.Practical insights and recommendations for materials processing emerging from the fundamental studies on high-temperature interfacial phenomena have been described.     

Mo中间层对防止Al_2O_3/Kovar钎焊接头裂纹的作用(英文)

为避免Al2O3陶瓷／Kovar接头裂纹的产生,在Kovar表面磁控溅射金属Mo,并使用Ti-Cu-Ni活性钎料进行钎焊试验。通过扫描电镜和能谱对界面微观组织和成分进行了分析。结果表明,当溅射钼中间层的厚度为14．2μm时,在Al2O3／Kovar界面处,Mo中间层可阻碍Kovar中Fe元素与钎料中Ti元素相互反应产生脆性FexTiy金属间化合物,防止了界面处裂纹的生成。