Sn(Bi)熔体在几种Ni基和Fe基合金上的润湿行为与比较

【摘要】非晶合金具有一系列优良的物理、化学性能，因而使得其具有潜在的工程应用价值。但非晶合金处于热力学上的亚稳态，在热输入的条件下趋于向更稳定的状态转变，即发生结构弛豫、晶化等结构转变，使其原子分布和能量状态等发生变化。因此，在金属熔体与非晶合金的连接过程中，应该限制热量的输入。软钎焊作为一种低温结合工艺，可以有效避免非晶合金的结构转变，为非晶合金的连接提供技术支持。本文中我们采用挤压滴落法研究了Sn(Bi)熔体在不同温度退火的BNi–2、BNi–5、Ni80P20、Ni80P20混晶、Ni66.8Cr6.2Cu6.5P20.5以及Fe–42Ni合金上的润湿性与界面结构，并对Sn/Fe–42Ni和Sn/Fe40Ni38Mo4B18的润湿行为和界面结构进行了对比分析。获得如下实验结果：(1)金属熔体与常规金属基板或非晶基板之间的润湿性对实验环境非常敏感。真空环境中基板表面存在氧化膜，熔体铺展缓慢、接触角较大，升高预退火温度或润湿温度有利于改善体系润湿性。Ar–10%H2气氛中，H2能够有效还原基板表面Fe氧化物和Ni氧化物，提高体系润湿性。但对于具有很高稳定性的氧化物，如Cr氧化物和Si氧化物等，实验条件下不足以被还原，继续阻碍体系润湿。(2)金属/金属体系中，Ar–10%H2气氛下获得的界面产物层远较真空下的薄。这是因为前者界面洁净，润湿初期界面上形成的均匀细密的产物层抑制了其继续生长。而在后者中，金属间化合物在氧化膜薄弱的区域优先形核，原子的非均匀扩散最终导致界面产物层较厚。(3)非晶合金具有高的表面能和原子活性，在润湿过程中由于原子扩散和界面化学反应等导致附近区域基板成分变化，发生晶化反应释放能量，在一定程度上为熔体的铺展提供了驱动力。因此，熔体在Fe40Ni38Mo4B18非晶基板及由退火形成的初晶化Fe40Ni38Mo4B18纳米晶基板上的润湿性要明显优于其在Fe–42Ni合金上的润湿性。(4)初始非晶基板中含有的微量晶化与退火形成的初晶化对体系润湿性的影响不同。SnBi/Ni80P20体系实验结果表明，初始基板微晶化对体系润湿性的影响几乎可以忽略，而基板退火形成的初晶化会恶化体系润湿性。
【作者】黄婷婷；
【导师】沈平；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】非晶；纳米晶；润湿性；界面结构；退火；氧化；

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