【摘 要】
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材料的先进制备和加工过程中,伴随着金属(或合金)的液化以及随之而来的液/固界面的形成,在此阶段施加物理场,能有效地改变加工环境,为获得性能优良的产品提供了很好的条件,多场
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材料的先进制备和加工过程中,伴随着金属(或合金)的液化以及随之而来的液/固界面的形成,在此阶段施加物理场,能有效地改变加工环境,为获得性能优良的产品提供了很好的条件,多场耦合已经成为先进材料制备不可或缺的技术。为此,本文主要研究超声波与电流作用下纯锡钎料在纯铁基板上润湿行为,并分析了不同物理场在润湿过程中对固/液界面组织结构形貌及相组成的影响,获得的主要研究成果如下:(1)超声波作用下纯锡钎料在母材铁片与石英片上润湿过程表明,在润湿力测试过程中附加超声波,能够减少钎料润湿母材的时间,增大钎料对母材的润湿力。随着超声时间和超声功率的增加钎料润湿母材的时间减小,润湿力增大,固/液界面反应加剧,界面上生成了越来越厚越来越致密的金属间化合物(FeSn2)(1μm-3.1μm),使得母材表面相对于原始表面变得粗糙,从而润湿过程更容易进行,使得润湿力增加。(2)直流电作用下纯锡钎料在母材铁片上润湿过程表明,在润湿过程中附加直流电,能够减少钎料润湿母材的时间,增大钎料对母材的润湿力。由于电流作用,在熔融钎料中产生一个磁压力梯度力,使得钎料沿界面向上爬升,润湿力增加,润湿性改善;此外,由于熔融钎料中的热梯度与成分梯度的产生,发生对流,使得界面层处原子产生强烈扩散,从而使得界面反应加剧,界面产物层(即FeSn2层)增厚(1.1μm-3.9μm)。(3)电流与超声耦合作用下的润湿铺展过程为不平衡过程,超声与电流的瞬间高能量的加入打破了润湿体系原始的平衡,熔融钎料在超声附加力与电磁压缩力作用下发生铺展润湿(即爬升),本过程润湿驱动力为由于超声波传播产生的平均超声附加压力梯度与电流加载产生的平均磁压力梯度;同时超声波与电流耦合作用下润湿行为改善是由于超声波空化效应、声流效应、电流热效应、电磁效应和电迁移效应共同作用的结果。综上所述,在金属体系润湿过程中,外加物理场作用能够非常明显改善其润湿性,促进界面原子扩散,增强界面反应;同时本研究结果有望丰富多物理场作用下钎焊过程中钎料润湿铺展的相关基础理论,同时可为材料加工的进一步发展提供相关的实验依据。
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