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瞬间液相扩散焊中的接触熔化与等温凝固现象

专 业: 材料加工工程
关键词: 瞬间液相扩散焊 TLP 接触熔化 等温凝固 中间相 初生相
分类号: TG401
形 态: 共 70 页 约 45,850 个字 约 2.193 M内容
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内容摘要


接触熔化与等温凝固是瞬间液相扩散焊TLP-DB过程中两个非常重要的阶段,是获得优质连接接头的关键。

采用理论分析与实验研究相结合的方法,对接触熔化阶段液相的生成、扩展、成分变化、相生成以及等温凝固过程中的基本现象进行了探讨。

首先以异种纯金属A/B的TLP-DB连接界面为对象,利用Prigogine的最小熵产生原理、Onsager倒易关系等线性不可逆过程热力学理论,构建了A/B界面接触初期的热力学模型,对界面接触初期的元素扩散与中间相生成过程进行了探讨。

结果表明,在A/B体系的TLP-DB连接初期阶段,原子首先参与扩散,为相产生以及液相的生成提供成分上的准备,经过这一段孕育时间后,初生相以突变的形式出现,且该界面区域首先出现的产物只能是一种。

模型还表明,初生相的类型、厚度以及出现的时刻与热力学、动力学均有关系,其数值可由文中相关的解析式求得。

在理论分析的基础上,通过试验设计,以Cu/Ti/Cu嵌入式整体结构试验件为试验对象,在连接温度为900℃,连接时间分别为3、5、7、10、12min的条件下进行接触熔化试验;在同样的连接温度下,采用保温时间分别为40、60、240、480min进行等温凝固试验。

采用扫描电子显微镜等观测分析了连接界面区域的形貌、成分变化以及相生成等一系列基本现象。

结果首先证明了Ti-Cu体系接触熔化阶段液相的生成存在一段孕育期,即在界面接触阶段的前2.6min内,用于元素的扩散和中间相的产生。

当界面出现Ti-Cu共晶液相时,液相层的生长模式符合扩散控制的抛物线规则,且液相在生成时能够很快实现成分的均匀化。

液相的等温凝固过程不单单是液/固界面向前推进的过程,也有液相内部固相的形核并长大;由于成分的局部起伏,也同时存在熔化现象;液相在凝固收缩界面的同时,也发生了向固相内部的溶蚀渗透。

这些现象均有助于促进等温凝固过程的进行..……

全文目录


文摘
英文文摘
论文说明:物理量名称及符号表
论文的主要创新与贡献
第一章 绪论
1.1选题意义
1.2瞬间液相扩散焊连接过程与模型
1.3接触熔化理论模型的研究现状
1.3.1接触熔化时间的解析解
1.3.2接触熔化阶段中反应层厚度的解析解
1.4等温凝固理论模型的研究现状
1.4.1等温凝固时间的解析解
1.4.2等温凝固过程中,液/固界面迁移的速度方程
1.5本课题研究内容、技术难点及解决方案
1.5.1研究内容
1.5.2技术难点及解决方案
第二章 研究方法、设备与材料
2.1试验对象的选择
2.2建立A/B界面接触初期的热力学模型
2.3试验研究接触熔化与等温凝固现象
2.3.1接触熔化试验方法与步骤
2.3.2等温凝固试验方法与步骤
2.4试验设备
2.4.1扩散连接设备
2.4.2显微分析测试设备
第三章 接触熔化阶段界面接触初期的热力学模型
3.1扩散的基本理论
3.1.1扩散定律
3.1.2扩散机理
3.1.3影响扩散的因素
3.2 接触界面演变初期热力学模型的构建
3.2.1构建热力学模型的意义
3.2.2构建热力学模型必要的假设条件
3.3线性不可逆过程热力学的基本内涵
3.4反应与扩散过程的单位体积熵产生率
3.4.1产物层AmBn生长过程引起的单位体积熵产生率
3.4.2 A、B原子互扩散过程引起的单位体积熵产生率
3.5 A、B界面接触初始阶段
3.5.1 AmBn出现的状态分析
3.5.2 AmBn出现的时刻值及初始厚度值
3.6初生相AmBn的生长
3.7反应与扩散的关系
3.8本章小结
第四章 接触熔化与等温凝固试验结果与分析
4.1 Ti-Cu体系组织演变过程分析
4.2接触熔化阶段Ti/Cu界面组织形貌的演变
4.3接触熔化阶段Ti/Cu界面液相层生长规律
4.3.1界面区域厚度的测量及分析
4.3.2界面液相层厚度与保温时间的关系
4.4接触熔化阶段Ti/Cu界面区域的成分分析
4.4.1 Cu/Ti/Cu接头界面微观形貌分析
4.4.2保温3 min时的成分与相分析
4.4.3保温7 min时的成分与相分析
4.5 Ti/Cu界面接触初期相生成的热力学判据
4.5.1经典热力学判据
4.5.2线性不可逆过程热力学判据
4.6接触熔化后的等温凝固过程
4.7等温凝固阶段Ti/Cu界面区域成分分析
4.7.1 Cu/Ti/Cu接头的相分析
4.7.2 Cu/Ti/Cu接头成分分布特征
4.8 Ti/Cu体系接触熔化与等温凝固时间的计算
4.8.1接触熔化时间t1的求解
4.8.2接触熔化时间理论计算值与实际试验值的差异分析
4.8.3液相区等温凝固时间t3的求解
4.8.4等温凝固时间理论计算值与实际试验值的差异分析
4.9等温凝固阶段液/固界面迁移速率的影响因素
4.10本章小结
结论
参考文献

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中图分类: > TG401 > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接一般性问题 > 焊接冶金问题

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