锡及锡基钎料与非晶态及晶态(钴、镍、铁基)合金的润湿性

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非晶合金具有一系列优良的物理和化学性能,因而极具潜在的工程应用价值。非晶合金处于热力学上的亚稳态,在受热的条件下趋于向稳定的晶态转变,即发生结构弛豫、晶化等结构转变,其间原子分布和能量状态将发生一系列变化。因此,在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连接技术,可以在低于非晶晶化温度下实施,为非晶合金的连接提供了可行性。本文采用了纯锡、锡铜(SnCu)、锡银铜(SnAgCu,SAC)、共晶锡铅(E-SnPb)四种钎料作为润湿过程中的熔融金属;采用非晶态和晶态钴基、镍基、铁基合金作为基板;结合润湿平衡法来对不同体系进行可焊性评估。获得实验结果如下:(1)对于钴基合金基板而言,在整个润湿过程中去除氧化膜的反应起着决定性的作用,故依据四种软钎料与氧化膜的反应性,润湿性顺序为:Sn≈E-SnPb>SnCu>SAC,且随着温度的升高,润湿性逐渐改善。非晶态和晶态基板相比,非晶态的反应更充分,润湿性更好。(2)不同状态镍基合金基板与钎料的润湿性有所不同,对非晶态基板而言,界面处去除氧化膜反应对润湿性的影响大于钎料自身的性质,含锡量高的钎料反应性强,润湿性好,但SAC钎料中(Cu,Ni)6Sn5相的产生降低了润湿性,故钎料的润湿性Sn>SnCu>SAC>E-SnPb;晶态基板相对较稳定,综合考虑实验过程中可能影响润湿性的因素,润湿性受液态钎料的表面张力主导,顺序为:E-SnPb>SAC>SnCu>Sn。(3)Sn/Fe体系为弱反应体系,锡基钎料在润湿非晶铁基合金的过程中,体系的最终润湿性受钎料自身的物理性质和化学反应的影响,且最终取决于钎料自身的物理性质。因此Sn/Fe基非晶的实际连接工艺中应配合去膜效果更好的助焊剂进行。(4)钎料在润湿三种非晶基板表面的过程中都伴随着非晶基板的晶化现象,这种晶化现象受界面前沿的化学反应程度和非晶自身的稳定性影响。其中最稳定的钴基非晶基板也发现了晶化行为,这进一步证明了界面反应和晶化反应在非晶合金界面前沿同时进行。综上,本文有助于探索非晶态与晶态材料润湿性的差异,同时也期望为利用软钎焊技术实现非晶态和晶态材料的连接提供理论指导。
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