超聲輔助Sn于Zr55Cu30Al10Ni5塊狀非晶表面潤(rùn)濕及層間金屬化合物研究.pdf

1、非晶合金最早于1960年由美國(guó)教授Duwez教授使用快淬工藝制備，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，上世紀(jì)八十年代末得到第二代非晶合金，顯著提高了BMGs的尺寸，因此又被稱為塊體非晶合金（BMGs）。Zr55Cu30Al10Ni5被稱為Inoue合金，展現(xiàn)出了優(yōu)異的力學(xué)性能，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究。大塊非晶合金[5]的優(yōu)良性能主要體現(xiàn)在強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性和軟磁性等方面，并且金屬玻璃還是目前發(fā)現(xiàn)的最適合納米加工的材料之一[1]。但是，

2、塊狀金屬玻璃在實(shí)際應(yīng)用中難以直接制備出較大尺寸或特定的結(jié)構(gòu)。因此通過某種方法將同質(zhì)或者異質(zhì)非晶合金進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)非晶的大尺寸化和復(fù)雜化是十分必要的。目前應(yīng)用于非晶合金連接的方法有攪拌摩擦焊、爆炸焊、脈沖電流焊等焊接方法。但是以上方法都會(huì)造成非晶溫度的不可控升高，極有可能造成非晶晶化，喪失非晶原有的優(yōu)良性能。本課題主要利用Sn熔點(diǎn)普遍低于BMGs玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg的特點(diǎn)，最終以Sn與非晶Zr55Cu30Al10Ni5間的相互作用作為重點(diǎn)

3、研究對(duì)象，實(shí)現(xiàn)Sn在BMGs表面的潤(rùn)濕鋪展，并表明Sn與非晶合金的結(jié)合情況，擴(kuò)散層金屬間化合物IMCs的成分，給出Sn與Zr55Cu30Al10Ni5相互作用的動(dòng)理學(xué)過程。
　　介于非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5表面存在致密氧化膜，嚴(yán)重阻礙Sn在非晶合金表面的潤(rùn)濕。引入超聲波輔助Sn在非晶合金表面的鋪展，使用超聲輔助釬料于基體表面潤(rùn)濕已經(jīng)應(yīng)用到了很多成熟領(lǐng)域。并且Sn與非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5作用過程包括潤(rùn)濕

4、鋪展及緩慢的擴(kuò)散生長(zhǎng)過程。非晶的時(shí)間-溫度-晶化轉(zhuǎn)變的“TTT”曲線圖觀察可知不同溫度下非晶的晶化轉(zhuǎn)變時(shí)間，因此確定了在溫度低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，熱處理時(shí)間的上界限?？梢栽谙薅囟认率贡ＷC充分的擴(kuò)散作用的效果。熱處理之后對(duì)界面形貌及結(jié)合情況進(jìn)行表征，闡述超聲輔助去膜的原理及過程，研究中間層厚度與試驗(yàn)參數(shù)的關(guān)系及擴(kuò)散層的成分。表明Sn與非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5結(jié)合的動(dòng)理學(xué)過程。
　　實(shí)驗(yàn)表明，使用濃氯離子溶液處理非晶合金

5、表面后，迅速將其放入熔融Sn中，可以完成表面鋪展，但此方法時(shí)效性差，偶然性較大，且容易引入雜質(zhì)。引入超聲之后，Sn可以在非晶合金表面潤(rùn)濕，延長(zhǎng)超聲時(shí)間，提高超聲振幅都可以提高界面結(jié)合效果。成分分析結(jié)果表面Sn與BMG之間存在中間層，且隨著超聲后保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，中間層的厚度有明顯增加。中間層成分為Sn-Zr化合物，但不能得到具體化合物成分。使用Sn-Ag-Cu釬料對(duì)表面覆Sn的BMG進(jìn)行連接，平均剪切拉伸強(qiáng)度在25Mpa左右，剪切斷裂發(fā)生