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。     

界面反应对铝熔体与Si3N4多孔陶瓷界面的润湿作用

应用界面润湿理论从热力学角度计算了铝熔体和Si3N4陶瓷存在界面反应时的润湿角；通过测量不同浸渗时间下浸渗厚度，结合浸渗动力学模型，获得实际浸渗过程中铝合金熔体与Si3N4多孔预制体之间润湿角，并将该试验结果与上述理论计算结果相比较。研究表明：Al／Si3N4界面反应过程对熔体与预制体的润湿起到重要作用；应用界面润湿理论计算得到T=1223K（950℃）时，Al／Si3N4界面实际接触角θ值为60．2°，界面反应对界面接触角的贡献达到47．6°，计算结果与浸渗动力学试验吻合。     

Al2O3陶瓷/AlSiMg/1A95铝合金间接钎焊接头组织与性能的研究

采用Al-Si-Mg钎料制备了表面Mo-Mn化后镀Ni的Al_2O_3陶瓷与1A95铝合金真空钎焊接头,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和剪切性能的影响,并分析了接头的界面微观组织及断口形貌。研究表明,最佳钎焊工艺为580℃×20 min,接头的抗剪强度达到74 MPa,此时接头界面结构为Al_2O_3/Mo-Mn/Al_3Ni/α-Al/1A95。随着钎焊温度的升高,界面处Al_3Ni化合物厚度增加;随着保温时间的延长,界面处产生了Al_(12)Mo化合物覆盖在Al_3Ni化合物上方。接头的断裂形式均为脆性断裂:当钎焊温度较低保温时间较短时,断裂主要发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。最佳工艺条件下,断裂一部分发生在钎料和镀镍层的反应区内,一部分发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。随着钎焊温度或保温时间进一步提高,断裂主要发生在钎料和镀镍层的反应区内。     

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。     

55%SiCp/6061Al复合材料与PbO-ZnO-B2O3玻璃封接机理研究

主要研究了55%SiCp/Al复合材料与PbO-ZnO-B_2O_3玻璃封接过程中的润湿性和界面结合机理。研究结果显示:随温度升高,玻璃在4种母材上的铺展面积逐渐变大,润湿角减小,润湿能力提高,Al_2O_3陶瓷和SiC陶瓷与玻璃封接的铺展面积较大,润湿角较小,润湿性要优于复合材料。在450~490℃范围内将玻璃与55%SiCp/6061Al进行封接时,当封接温度高于470℃,在封接界面出现气泡,且随着温度升高气泡数量增多,尺寸变大;在460℃下封接时,玻璃与55%SiC/Al复合材料封接界面存在约为12μm的元素互渗区域,490℃时玻璃与Al_2O_3陶瓷的界面分界线清晰,与SiC陶瓷封接界面处,偏向玻璃侧存在SiC颗粒的渗入。     

Ti3AlC2与Al在873～973K的高温反应

以三元层状陶瓷材料Ti3AlC2与Al粉为原料进行无压真空烧结。通过改变烧结温度、保温时间及原料配比,研究了反应的过程及生成相。采用XRD、SEM分析了反应产物和界面。研究表明:Ti3AlC2与Al在923 K条件下保温120 min后有明显的新相生成,产物为Al3Ti、Al4C3;延长保温时间及升高温度有利于反应的发生,反应可用以下方程进行描述:Ti3AlC2+Al→Al3Ti+Al4C3;反应中Al元素向Ti3AlC2中扩散,在Ti3AlC2与Al之间形成了明显扩散层。     

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.     

气氛及微量元素对Ag／W润湿性的影响

用座滴法研究了Ag/W在真空,Ar,H_2及3H_2+N_2气氛下的润湿角及其与温度的关系,并进行了表面及界面分析。结果表明,气氛中的氧分压是影响Ag/W润湿角的主要因素。微量的Ni,Cu,Ce元素可以显著提高Ag/W润湿性,使熔点附近的润湿角从69°降低至10°—20°。     

玻璃Cr2O3陶瓷涂层表面液态重金属润湿角的测量与表征

金属材料的腐蚀性能与其表面润湿特性有着密切的关系。采用亚音速火焰喷涂技术制备了玻璃-Cr2O3陶瓷涂层,设计了一套运行在高温环境中且密封的专用试验平台,研究经过不同保温时间后,重金属在45钢与喷有玻璃-Cr2O3陶瓷涂层的45钢表面的润湿角及相关现象的变化。结果表明:相同质量的重金属液滴在45钢表面的润湿角为18°,在玻璃-Cr2O3陶瓷涂层表面的润湿角为114°,玻璃-Cr2O3陶瓷涂层抗液态重金属润湿性能较好。固化后重金属颗粒与试样之间的接触面积及剪切强度均有所不同,304不锈钢与颗粒剪切强度为1.42MPa,而涂层与颗粒剪切强度为0.21MPa。     

界面反应对铝熔体与Si3N4多孔陶瓷界面的润湿作用

应用界面润湿理论从热力学角度计算了铝熔体和Si3N4陶瓷存在界面反应时的润湿角;通过测量不同浸渗时间下浸渗厚度,结合浸渗动力学模型,获得实际浸渗过程中铝合金熔体与Si3N4多孔预制体之间润湿角,并将该试验结果与上述理论计算结果相比较.研究表明:Al/Si3N4界面反应过程对熔体与预制体的润湿起到重要作用;应用界面润湿理论计算得到T=1223 K(950℃)时,Al/Si3N4界面实际接触角θ值为60.2°,界面反应对界面接触角的贡献达到47.6°,计算结果与浸渗动力学试验吻合.     

氮气保护对Sn-Cu-Ni-Ce无铅钎料润湿性的影响

基于润湿平衡原理测定了不同温度与不同气氛下Sn-Cu-Ni-Ce钎料在Cu基板上的润湿行为,研究了气氛、温度以及微量稀土元素Ce对其润湿性能的影响.结果表明,采用氮气保护时,Cu基板表面张力提高,钎料表面张力降低,润湿时间缩短了20%～50%,润湿力也显著提高;温度升高使Sn-Cu-Ni-Ce钎料的表面张力减小,显著缩短了钎料在Cu基板上的润湿时间;稀土元素Ce可显著降低熔融钎料的表面张力和钎料/基板间的界面张力,从而使Sn-Cu-Ni-Ce钎料的润湿性能较Sn-Cu-Ni钎料有了显著的改善.     

添加Bi2O3对AgSnO2触头物理及电接触性能的影响

以Bi2O3为添加剂,采用粉末冶金法制备不同掺杂量的AgSnO2触头材料试样。测量Ag对氧化物基片的润湿角,测试了试样的密度、电导率、接触电阻、燃弧能量等参数,分析了 Bi2O3对AgSnO2触头材料润湿性的影响。结果表明,添加适量的Bi2O3对AgSnO2触头材料的物理和电接触性能有明显的改善,Bi2O3含量为1.5%时AgSnO2触头材料的整体性能达到最佳。润湿角随着Bi2O3含量增大呈现出波动增大的规律,与AgSnO2触头材料接触电阻、燃弧能量的变化规律基本吻合。     

Ni/P/Ce元素对SnAgCu无铅钎料性能和组织的影响

研究添加微量单一Ni、P或稀土Ce元素对Sn3.0Ag0.5Cu(质量分数, %)无铅钎料熔化温度、润湿性能、时效前后钎焊接头的剪切强度和显微组织的影响。结果表明：单一Ni、P和稀土Ce元素的添加,对Sn3.0Ag0.5Cu钎料合金的熔化温度影响很小;P元素的加入能够增大合金的润湿力,缩小润湿时间。加入单一的Ni或稀土Ce元素对合金的润湿性能和接头时效前的剪切强度影响不大,但能够很好地抑制高温时效引起的接头剪切强度的下降。此外,P 元素的添加明显地改善了合金的抗氧化性能,但稀土Ce元素的添加对其有所恶化。这些性能的改变与微量Ni、P或稀土Ce元素对其显微组织的影响有关     

微量稀土元素铈对Sn-Ag-Cu无铅钎料物理性能和焊点抗拉强度的影响

研究了微量稀土元素铈对Sn-3．5Ag-0．5Cu无铅钎料的物理性能、润湿性能、焊点抗拉强度和显微组织的影响。结果表明，添加微量的铈后，钎料的导电性能提高，密度下降；铈含量（质量分数）在0．03％和0．05％时可以改善钎料的润湿性；特别是0．03％质量分数时晶粒组织最为细小均匀，焊点抗拉强度也最高；当铈含量（质量分数）大于0．1％时对钎料的性能产生不利影响，润湿时间升高，焊点抗拉强度大幅降低，因此稀土元素铈的最佳含量（质量分数）应为0．03％。     

水洗钎剂下SnAgCuRExNi与铜引线的润湿适配性

采用润湿平衡法,选用商用水洗钎剂,研究了镍添加量及钎焊工艺参数对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金在铜引线上的润湿适配性. 结果表明,当Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE钎料合金中镍添加量为0.05%时,钎料合金显微组织明显细化;当钎焊温度为255 ℃、钎焊时间为5 s、浸渍速度为20 mm/s、浸渍深度为3 mm的情况下, 其与φ0.6×30 mm的铜引线具有较好的润湿适配性,即具有较短的润湿时间,较小的润湿角,较大的润湿力,符合润湿力、润湿时间和润湿角的相关标准,完全满足现代表面组装技术对无铅钎料润湿性能的要求.     

铝液对石墨润湿过程的研究

铝-石墨复合材料制造中的突出问题是铝液与石墨的润湿能力很差,为此大多在工艺上采取措施,如石墨表面喷涂Ti-B,Ni或Cu涂层,或采用流变铸造等。然而这些措施使得工艺复杂、成本提高,因而推广应用受到限制。为改善铝液与石墨的润湿能力,有必要深入研究铝液对石墨的润湿过程。国内外这方面报道甚少,而且所报道的结果差别较大。我们通过长时间的保温试验,仔细地研究了不同温度下铝液对石墨的润湿过程,发现了一些新的现象。     

Effects of Ga,Al, Ag,and Ce multi-additions on the wetting characteristics of Sn-9Zn lead-free solder

An orthogonal method was used to evaluate the effects of Ga, Al, Ag, and Ce multi-additions on the wetting characteristics of Sn-9Zn lead-free solders by wetting balance method. The results show that the optimal loading of Ga, Al, Ag, and Ce was 0.2 wt.%, 0.002 wt.%, 0.25 wt.%, and 0.15 wt.%, respectively. Intermetallic compounds (IMCs) formed at the interface between Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag-0.15Ce solder and Cu substrate were investigated by scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) analysis. The SEM images illustrate that the IMCs can be divided into two portions from the substrate side to the solder side: a planar Cu₅Zn₈ layer and an additional continuous scallop-like AgZn₃ layer. The EDS analysis also shows that Ga segregates in the solder abutting upon the interface. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Auger electron spectroscopy (AES) of the surface components of Sn-9Zn-0.2Ga-0.002Al-0.25Ag-0.15Ce solder indicate that Al aggregates at the surface in the form of Al₂O₃ protective film, which prevents the further oxidation of the solder surface. On the other hand, Ce aggregates at the subsurface, which may reduce the surface tension of the solder and improve the wettability in consequence.     

杨氏方程的能量求解法及润湿角计算模型

杨氏方程是通过建立物理模型，利用力学平衡条件所推得，文中从另一角度出发，利用能量最小原理对润湿角与界面张力间的关系进行了推导，所推得的结论与杨氏方程的结论一致。在钎焊过程中，润湿角的大小是评价润湿效果的一项重要指标，但由于界面张力的值较难获得，通过杨氏方程来求解润湿角的值存在诸多困难，而通过试验仪器的方法去测量润湿角的大小，既增加了试验成本，又降低了试验效率。文中建立了一种简便求解润湿角的计算模型，并进行了试验验证，将计算值与实测值进行了比较，二者吻合良好。     

渗透检测中渗透液的润湿现象与接触角

作为渗透检测中的润湿现象有三种方式：即粘湿、浸湿和铺展。若渗透液在固体受检试件表面上的接触角θ≤180°,则可发生粘湿;若接触角θ≤90°,则可发生浸湿;若接触角θ≈0°,则可发生铺展。凡能铺展者,必要浸湿,更能沾湿。渗透检测要求铺展。接触角臼的大小是由在气、液、固三种界面张力的大小所决定的。从接触角口数值大小可看出液体对固体润湿的程度。这些讨论有助于对渗透检测中实际问题的认识。     

金属结晶晶粒数及冷却速度和润湿角影响分析

从形核理论出发,建立了金属结晶晶粒数的一般方程,利用VB编出的程序计算方程,并以Zn-5%Al合金为例对方程在不同冷却速度和润湿角因子下进行了计算分析。结果表明,金属确定后,当润湿角因子不变,晶粒数随着冷却速度的增大而增大,基本呈线性正比关系;当金属液在同一冷却速度下冷却时,晶粒数随着润湿角因子的增大而减小,晶粒数与润湿角因子基本呈以自然对数为底的负指数关系。