金屬熔體與非晶和晶態(tài)合金之間的潤(rùn)濕性及其液-固界面特性.pdf

1、液/固相之間的潤(rùn)濕行為及其界面相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。有關(guān)金屬熔體在固相金屬上的潤(rùn)濕性及其液/固界面的研究中，其固相基底主要是常規(guī)的晶體材料。塊狀非晶合金是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型材料，由于非晶合金結(jié)構(gòu)上的特異性必將導(dǎo)致金屬熔體在非晶合金和相同成分晶態(tài)合金上的潤(rùn)濕行為和界面有所不同。金屬熔體在非晶合金上潤(rùn)濕性的研究目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的很少，從科學(xué)和實(shí)用

2、的角度出發(fā)，研究液態(tài)金屬與非晶合金的潤(rùn)濕行為具有重要意義。 本實(shí)驗(yàn)選擇了In-Sn/Cu46Zr45Al7Gd2和Bi-Sn/Fe78Si9B13兩組潤(rùn)濕體系作為研究對(duì)象，開展了以下研究工作： 一、研究了In-Sn合金熔體與非晶和晶態(tài)Cu46Zr45Al7Gd2合金的潤(rùn)濕性及其液固界面特性分析了潤(rùn)濕動(dòng)力學(xué)規(guī)律及潤(rùn)濕機(jī)理。結(jié)果表明：在相同實(shí)驗(yàn)條件下In-Sn合金熔體與Cu46Zr45Al7Gd2非晶合金的潤(rùn)濕性要好于其對(duì)晶

3、態(tài)合金的潤(rùn)濕性，并且達(dá)到平衡接觸角的時(shí)間較短。In-Sn合金熔體與非晶合金的反應(yīng)擴(kuò)散寬度小于其在晶態(tài)合金上的擴(kuò)散寬度。Sn原子在晶態(tài)合金中的擴(kuò)散量要明顯多于其在非晶合金中的擴(kuò)散量。 二、研究了In-Sn合金與Cu46Zr45Al7Gd2非晶合金界面在不同時(shí)間和溫度下真空熱處理后的界面特點(diǎn)，并對(duì)原子的擴(kuò)散方式進(jìn)行推測(cè)，結(jié)果表明：盡管非晶合金中沒(méi)有晶界、相界，但金屬熔體中的活性原子(如Sn)和非晶中的活性原子(如Cu)相互反應(yīng)的過(guò)程

4、中改變了非晶的亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，從而使得熔體/非晶界面的潤(rùn)濕反應(yīng)引起反應(yīng)擴(kuò)散區(qū)上非晶合金的晶化，同時(shí)晶化又促進(jìn)了擴(kuò)散，熔體在非晶中的擴(kuò)散伴隨著晶化反應(yīng)的發(fā)生。 三、利用俄歇電子采用離子濺射剝離的方法分析了不同溫度In-Sn/Cu46Zr45Al7Gd2非晶合金體系中Sn原子在Cu46Zr45Al7Gd2非晶合金中的擴(kuò)散情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在373K-573K之間，擴(kuò)散系數(shù)位于2.35×10-18m2/s-8.06×10-18m2/s之間

5、，指數(shù)前因子D0=8.08×10-16擴(kuò)散激活能Q=18110J/mol約為0.18eV。且擴(kuò)散系數(shù)符合Arrhenius關(guān)系即：D=8.08×10-16exp(-18100/RT) 四、研究了Bi-Sn合金熔體與非晶和晶態(tài)Fe78Si9B13合金的潤(rùn)濕性及其液固界面特性。 結(jié)果表明，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，Bi-Sn合金熔體與Fe78Si9B13非晶基片的潤(rùn)濕性要顯著好于其對(duì)晶態(tài)合金的潤(rùn)濕性。但界面結(jié)合并不十分牢同，反應(yīng)擴(kuò)散