Ti基非晶合金熔體與Ti合金的潤濕行為研究.pdf

1、近些年來，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/固相之間的潤濕行為及其界面相互作用越來越顯示出其科學(xué)上的理論意義和技術(shù)應(yīng)用上的重要價值。潤濕行為和界面交互作用是材料制備和加工過程中的一種常見的物理化學(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，熔焊以及過渡液相擴(kuò)散連接(Transient Liquid PhaseBonding,(TLP))是材料制造成零部件時的一種必不可少的加工手

2、段。在這些涉及液相的連接過程中，液相與固相之間的潤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-固相間的潤濕行為對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際應(yīng)用指導(dǎo)價值。本工作選擇了Ti基非晶合金熔體和Ti55合金作為研究對象，具體開展以下工作。
　　一、實驗材料的選擇和成分的優(yōu)化與表征。確定了1#原始成分為Ti50.8Zr267Be22.5，然后用2a

3、t％的Si替代Zr，2at％的Sn分別替代Ti和Zr，設(shè)計了三個新型的Ti基非晶合金熔體，編號為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、制度變化有五個主要的組織形貌特征區(qū)域:在1173K以下保溫的細(xì)長晶粒區(qū)-原始的拉拔棒材的微觀組織;在1173K到1223K保溫的細(xì)長晶粒與等軸晶粒的混合區(qū)域，隨著保溫時間延長溫度升高，由細(xì)長晶粒向等軸晶粒演變;1223K到1263K的細(xì)長的等軸晶粒區(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合金潤濕動力學(xué)。研究連續(xù)升溫和保溫過程

5、中的潤濕動力學(xué)。測出了在不同實驗條件下的潤濕動力學(xué)曲線。重點(diǎn)表征了潤濕接觸角和潤濕接觸半徑隨時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合金之間的潤濕性非常好，隨著保溫時間的延長和加熱溫度的升高，潤濕角減小，潤濕半徑增大。在1253K到1373K保溫半小時的過程中，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合金上的潤濕性良好。
　　三、液/固界面的交互作用。研究不同條件

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