粗糙度对金属/金属非反应性润湿体系润湿性能的影响

采用真空座滴法研究了高温下基体粗糙度对金属/金属非反应性润湿体系润湿性能的影响,所选材料体系为AgCu28/Cu。发现粗糙度可显著促进该润湿体系的润湿性能,随着粗糙度的增加,润湿角逐渐减小,最后趋近于一个最小值,而润湿半径随粗糙度线性增加。当金属液体在粗糙表面润湿时,其润湿模型可分为基体表面的粘性流动和微观V型槽内的毛细流动两部分,2种模式下的润湿动力学均符合幂指数规律。基体表面液滴的润湿驱动力符合杨氏方程,在微观V型槽流动时会存在一种额外的毛细管力,使体系最终润湿角变小,从而获得更好的润湿性。     

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。     

Al2O3型壳与DD6单晶合金的界面反应

采用SEM、EDS、XRD等手段研究了DD6单晶合金与陶瓷型壳的界面反应。结果表明,DD6高温合金与Al_2O_3型壳的黑色界面反应产物主要是α-Al_2O_3,并伴有FeCr_2O_4、(Fe,Ni)固溶体等多种成分相,界面反应层的厚度一般为5～6μm;界面反应后陶瓷型壳内表面出现了TaO、NiO、HfO_2等多种反应产物;降低表面粗糙度、控制型壳矿化剂中的Fe_2O_3杂质含量,能够有效抑制界面反应的产生。     

一种镍基定向凝固高温合金与陶瓷铸模的界面反应研究

采用扫描电子显微镜和能谱等分析手段研究了某镍基定向凝固高温合金与SiO_2基陶瓷型壳以及Al_2O_3基陶瓷型芯的界面反应。实验结果表明,该镍基定向凝固合金与SiO_2基陶瓷型壳会发生较严重的界面反应,在合金与SiO_2基型壳之间有一层约3~5μm厚的白色HfO_2层和一层稀薄的Al_2O_3层,反应产物的富集可以抑制界面反应的进一步进行;而与Al_2O_3基型芯几乎不发生界面反应,只有微量的HfO_2在界面处零星分布。同时,这一结果符合了界面反应的热力学关系。虽然Al_2O_3基型芯能有效减少界面反应,但Al_2O_3基型芯存在较多的空隙,合金熔液在凝固时渗入其中增加了合金表面的粗糙度,提高Al_2O_3基铸型的致密度有利于提高合金铸件表面品质。     

Ti活化Al_2O_(3p)/65钢复合材料的组织和性能

在Al_2O_3预制坯里添加15%的Ti粉,制备Ti活化Al_2O_(3p)/65钢复合材料,研究了Ti元素对复合材料组织、润湿行为和性能的影响。相比未添Ti粉的复合材料,添加Ti粉的复合材料其钢基体中铁素体含量得到提高,生成了TiC界面层,增强颗粒与基体界面的表现为冶金结合,润湿角由125°降到75°;复合材料的硬度、三点抗弯强度及三体磨料磨损性能也均得到提高。     

采用静滴法评估高温铜/尖晶石和炉渣/尖晶石的交互作用（英文）

在冶金炉渣中,依附在固体尖晶石上的金属熔滴可有效阻止铜在炉渣中的沉积。为了理解这一现象,评估了尖晶石颗粒和铜及与炉渣的交互作用。分别以Pb O-Fe O-Si O_2-Ca O-Al_2O_3-Cu_2O-Zn O合成炉渣、纯铜和Mg Al_2O_4基体代表工业废渣、铜滴和固体尖晶石。用静滴法和显微组织分析研究铜-Mg Al_2O_4和炉渣-Mg Al_2O_4交互作用。另外,采用沉浸实验研究时间对炉渣-Mg Al_2O_4交互作用的影响。结果表明,铜在Mg Al_2O_4上不润湿,然而炉渣在Mg Al_2O_4上润湿并在界面处形成了(Mg,Fe,Zn)(Al,Fe)_2O_4尖晶石交互层,在浸出实验中也观察到了该现象。同时观察到了Mg O和Al_2O_3从尖晶石基体扩散到炉渣中。     

7475铝合金微弧氧化后表面-界面能谱扫描分析

利用微弧氧化法在7475铝合金表面制备一层氧化膜,通过SEM、EDS、XRD等手段对其表面-界面形貌、化学元素组成和物相进行了分析,采用能谱仪对表面和结合界面进行了面扫描和线扫描分析,并用划痕法表征了氧化膜界面结合强度。结果表明,微弧氧化后7475铝合金表面形成一层粗糙多孔的氧化膜,其组成元素与氧化膜表面的物相相应分布;O原子以扩散形式与Al原子原位生长形成Al_2O_3,主要由α-Al_2O_3、γ-Al_2O_3组成,Si原子在表面氧化形成富集的Si-Al-O相;氧化膜厚度约为50μm,由间隙层、致密层和膜-基过渡层组成,与基体的界面结合强度为71.05 N。     

不同Ti含量对金基活性钎料的性能影响研究

研究了Ti含量(0wt%~7wt%)对Au-18Ni合金钎料性能的影响。结果表明:Ti的加入提高了钎料合金的峰值温度,对起始点温度影响不大;随着Ti含量的增加,钎料在95Al_2O_3陶瓷上铺展面积增大,润湿角减小;Ti提高了钎料对95Al_2O_3陶瓷的润湿性。采用扫描电镜和能谱分析仪分析界面的显微结构和元素变化趋势,得出了(Au-18Ni)+5Ti钎料钎焊的95Al_2O_3/1Cr18Ni9Ti接头效果良好的主要原因是活性元素Ti与95Al_2O_3发生反应而引起界面能的变化所致。     

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。     

Cr活化挤压铸造Al_2O_(3p)/65钢表层复合材料的组织和性能

通过在Al_2O_3颗粒预制体中添加活化元素Cr,利用挤压铸造制备出Cr-Al_2O_(3p)/65钢基表层复合材料,研究Cr元素对复合材料组织和性能的影响。结果表明,Cr粉的加入,使得复合材料硬度(HRC)达到了50.7,抗弯强度达到669.5 MPa,相比未添加Cr的分别提高了95.6%、13.7%。界面润湿角相比于未添加Cr粉的复合材料,从125°降到109°。组织分析表明,加入的Cr粉与Al_2O_3颗粒附近的钢水形成Fe-Cr相,表明了成分的互相扩散,界面结合方式仍为机械结合方式。断口扫描分析表明,复合材料的断裂形式主要表现为脆性断裂,但颗粒和基体界面结合良好。所以,在挤压铸造Al_2O_(3p)/65钢复合材料中加入Cr粉可以改善和提高复合材料的力学性能及界面结合强度。     

Al2O3陶瓷活性连接用AgCuInTi合金钎料性能

通过在Ag-26Cu-5Ti钎料中添加21. 5%In,设计开发了一种新型Ag Cu In Ti合金钎料,用于实现Al2O3陶瓷与无氧铜的活性连接,同时改善流动性,提高活性。对钎料的固液相温度与润湿铺展性能进行分析,并测试了Al_2O_3/Ag Cu In Ti/Cu试验件抗拉强度和气密性。通过金相显微镜、扫描电子显微镜观察试验件微观界面组织,进一步探究Ag Cu In Ti合金钎料的活性连接反应机理。结果表明,Ag Cu In Ti合金钎料在750℃实现了对陶瓷和金属的真空活性连,降低了钎焊温度,满足分级钎焊和补焊的需求,且形成结合紧密的反应界面,证明其对陶瓷具有良好的润湿性;钎焊过程中合金钎料中的Ti元素向Al_2O_3陶瓷界面富集,形成多个界面产物,而合金钎料中Ag元素、Cu元素、In元素与无氧铜发生溶解扩散,生成新的化合物相,最终实现陶瓷与金属的冶金结合。     

锆英粉型壳与DD6单晶合金的界面反应

采用扫描电镜、能谱分析等手段研究了DD6单晶合金与锆英粉型壳的界面反应。结果表明,DD6高温合金与锆英粉型壳的界面反应产物为Al_2O_3、HfO_2、Nb/Ta氧化物和单质Si。由于锆英粉的主成分ZrSiO_4高温易分解,界面反应有局部加剧的趋势,反应产物粘附在型壳表面,导致界面处型壳侧生成5~8μm厚的Al_2O_3层,合金表面出现缺陷坑。通过分析"Al元素氧化-ZrSiO_4分解-低熔点富Si液相形成-Al_2O_3颗粒析出"的反应过程,建立了"反应坑"型的界面反应模型。     

熔融6061/4043铝合金在TC4钛合金表面的反应润湿

利用改良座滴法研究了高真空条件下熔融6061和4043铝合金在600~700℃分别与TC4钛合金的润湿行为。研究表明,Al/Ti体系属于典型的反应润湿,且铺展动力学可由反应产物控制模型描述,整个润湿过程分为先非线性铺展和后线性铺展2个阶段,即:铝合金中微量的Si元素在界面上产生了明显的富集并在界面上形成了富Si的Ti_7Al_5Si_(12);铺展过程中Ti_7Al_5Si_(12)的分解对应于非线性铺展阶段,Ti_7Al_5Si_(12)分解的同时伴随Al_3Ti形成,对应于线性铺展阶段;润湿过程中出现了明显的前驱膜并伴随着较好的最终润湿性。     

DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应

采用真空感应熔炼与惰性气体保护相结合,研究了不同熔炼温度及接触时间条件下DZ22B高温合金与Al_2O_3陶瓷型壳的界面反应发生及形成规律,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元素活性大,易与Al_2O_3发生界面反应,合金表面形成HfO_2。当接触15min后,界面反应随熔炼温度的提高而增强,在1 400℃时未出现界面反应,1 500℃时发生微弱界面反应,1 600℃时界面反应加剧,并出现粘砂现象。由于型壳面层中物理渗透层的形成以及应力集中的出现,界面反应的存在导致面层材料发生脱落,其中在接触30 min,浇注温度为1 600℃时粘砂最为严重,合金表面形成厚1mm的面层粘砂产物。     

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。     

HOPG上ALD沉积Al_2O_3介电薄膜的生长行为研究（英文）

采用原子层沉积(ALD)的方法,选择三甲基铝(TMA)和H_2O_2作为反应前驱体,在高定向热解石墨(HOPG)基体上沉积Al_2O_3。系统研究了反应温度和生长周次对Al_2O_3生长行为的影响。研究表明:受HOPG表面饱和成键的影响,Al_2O_3在衬底表面处形核困难,在生长初期主要表现为台阶处择优生长,其形态为线状结构。当沉积100周次Al_2O_3时,其中在沉积温度为50°C、150°C和200°C时呈现为纳米线状结构,而在100°C时呈现为非连续薄膜。随着生长周次的增加,不同温度下沉积态Al_2O_3都趋于形成连续薄膜,表明其生长行为发生了由三维岛状生长模式向二维平面生长模式的转变。分析认为,生长模式的转变是由纳米线状结构横向生长造成的;横向生长速率主要受生长温度影响。拉曼结果表明:沉积后的石墨烯层结构未受影响,可保留其原有的优越性能。     

铝熔体与石墨的润湿性研究

采用座滴法研究石墨表面沉积钛薄膜对熔融铝与石墨在真空条件下润湿性的影响。结果表明,温度提高,加快了界面反应,石墨表面沉积的膜变厚,最终接触角变小,润湿效果变好。     

Q345钢预热时间对熔结环氧粉末涂层防护性能的影响Ⅰ:界面结合性能分析

通过拉伸实验和湿附着力评级实验,研究了210℃下基体的预热时间对熔结环氧粉末涂层/Q345钢界面结合性能的影响。结果表明,预热时间对涂层体系结合性能影响显著,Q345基体在210℃下预热6 h其结合性能达到最佳。采用CLSM、AFM和XPS等表面测试技术分别对基体表面形貌、粗糙度和化学成分进行表征,并探讨基体表面状态与涂层体系结合性能的相关性。结果表明,预热处理使得Q345基体表面生成致密氧化膜,氧化膜成分由外到内依次为Fe_2O_3层和Fe_3O_4层。随着预热时间延长,表层Fe_2O_3厚度基本不变,内层Fe_3O_4逐渐增厚,基体表面粗糙度改变;基体表面粗糙度的改变影响涂层体系结合性能。     

塑性变形导致的镀锌板基体表面粗糙化现象

以热镀锌板单向拉伸试验为基础,运用化学退镀以及随后的基体表面粗糙度测量和横截面标记观测等试验手段,比较了塑性变形前后基体表面及界面的形貌,得出,塑性变形过程中,基体表面作为界面的一部分会产生粗糙化现象,但这种粗糙化会受到镀锌层的抑制,因此界面并不会出现明显的形貌变化,然而这种基体表面粗糙化所产生的应力,可能导致界面失效。     

Fe-Co薄膜与Al_2O_3基体相互扩散和相互作用相关的微观结构演变（英文）

利用先进分析透射电子显微镜,检测并系统地研究了磁控溅射Fe-Co薄膜与Al_2O_3基体之间的相互扩散。结果表明,扩散会形成尖晶石相Fe Al_2O_4,并导致界面层的形成。微观结构表征表明,在界面附近的Fe-Co薄膜中形成了与相互扩散相关的非公度结构。本研究不仅检测到Fe-Co薄膜与蓝宝石基体之间的相互扩散和伴随的新相形成,而且揭示了界面区域相应的微观结构演变,这些结果可能对薄膜的磁学性质有很大的影响。