Ti基非晶合金熔體與Ti合金的潤(rùn)濕行為研究.pdf

1、近些年來(lái)，隨著高性能焊接技術(shù)、復(fù)合材料制備和電子封裝工業(yè)的發(fā)展，研究液/固相之間的潤(rùn)濕行為及其界面相互作用越來(lái)越顯示出其科學(xué)上的理論意義和技術(shù)應(yīng)用上的重要價(jià)值。潤(rùn)濕行為和界面交互作用是材料制備和加工過(guò)程中的一種常見(jiàn)的物理化學(xué)現(xiàn)象，它在很大程度上決定了材料制備的可能性和材料最終的使用性能。連接(釬焊，熔焊以及過(guò)渡液相擴(kuò)散連接(Transient Liquid PhaseBonding,(TLP))是材料制造成零部件時(shí)的一種必不可少的加工手

2、段。在這些涉及液相的連接過(guò)程中，液相與固相之間的潤(rùn)濕性及界面交互作用決定了材料結(jié)合處的相容性，從而在很大程度上決定了其連接的可行性和使用性能。因此，液-固相間的潤(rùn)濕行為對(duì)于選擇合適的中間結(jié)合材料和合理的焊接工藝具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用指導(dǎo)價(jià)值。本工作選擇了Ti基非晶合金熔體和Ti55合金作為研究對(duì)象，具體開(kāi)展以下工作。
　　一、實(shí)驗(yàn)材料的選擇和成分的優(yōu)化與表征。確定了1#原始成分為T(mén)i50.8Zr267Be22.5，然后用2a

3、t％的Si替代Zr，2at％的Sn分別替代Ti和Zr，設(shè)計(jì)了三個(gè)新型的Ti基非晶合金熔體，編號(hào)為2#、3#和4#。制備和表征了4種合金直徑為2毫米的棒材和薄帶試樣。結(jié)果顯示，1#合金的薄帶試樣玻璃形成能力(GFA)很有限，含有大量的晶體相，2#改進(jìn)型相對(duì)于1#的GFA有了很大的提高，薄帶試樣主要是非晶成分。3#和4#合金的GFA有了顯著的提高，2mm棒材里面也有部分非晶相。對(duì)Ti55合金基片的熱處理方式和組織演變規(guī)律進(jìn)行了表征。隨熱處理

4、制度變化有五個(gè)主要的組織形貌特征區(qū)域:在1173K以下保溫的細(xì)長(zhǎng)晶粒區(qū)-原始的拉拔棒材的微觀組織;在1173K到1223K保溫的細(xì)長(zhǎng)晶粒與等軸晶粒的混合區(qū)域，隨著保溫時(shí)間延長(zhǎng)溫度升高，由細(xì)長(zhǎng)晶粒向等軸晶粒演變;1223K到1263K的細(xì)長(zhǎng)的等軸晶粒區(qū)間;在Ti55合金的相變點(diǎn)附近保溫的魏氏組織區(qū)間;在Ti55合金相變點(diǎn)以上保溫的嚴(yán)重粗化的微觀組織特征區(qū)間。
　　二、Ti基非晶合金熔體與Ti55合金潤(rùn)濕動(dòng)力學(xué)。研究連續(xù)升溫和保溫過(guò)程

5、中的潤(rùn)濕動(dòng)力學(xué)。測(cè)出了在不同實(shí)驗(yàn)條件下的潤(rùn)濕動(dòng)力學(xué)曲線。重點(diǎn)表征了潤(rùn)濕接觸角和潤(rùn)濕接觸半徑隨時(shí)間和溫度等的變化規(guī)律。結(jié)果顯示，四種非晶合金熔體與Ti55合金之間的潤(rùn)濕性非常好，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)和加熱溫度的升高，潤(rùn)濕角減小，潤(rùn)濕半徑增大。在1253K到1373K保溫半小時(shí)的過(guò)程中，接觸角主要分布在35°到18°的范圍，顯示了幾種改進(jìn)型的合金體系與原始合金一樣在Ti55合金上的潤(rùn)濕性良好。
　　三、液/固界面的交互作用。研究不同條件

6、下潤(rùn)濕過(guò)程中液/固界面反應(yīng)和元素?cái)U(kuò)散規(guī)律。表征了界面形貌和界面反應(yīng)層的生長(zhǎng)規(guī)律。結(jié)果表明，1#原始合金成分的界面層最厚，生長(zhǎng)最快。2#合金具有略微低點(diǎn)的界面層的厚度和界面的生長(zhǎng)速度。3#和4#合金熔體具有更低的界面層生長(zhǎng)速度和更薄的界面反應(yīng)層。同時(shí)表征出了四種界面層生長(zhǎng)的表觀激活能Q。1#、2#、3#和4#四種合金在Ti55合金基片上潤(rùn)濕的界面反應(yīng)層生長(zhǎng)的表觀激活能分別為113.28kJ/mol、122.8kJ/mol、67.429kJ