控制气氛下的AgCuTi/TiAl润湿铺展动力学

采用热台原位加热法系统研究了不同保护气体流量对润湿铺展过程、润湿铺展最大半径、润湿铺展动力学以及界面组织结构的影响.保护气体为氩气,保护气体流量分别为5,10,15 m L/s;加热曲线设定最高温度为1 273K,保温时间120 s;采用扫描电镜、能谱分析、光学显微镜等分析了界面组织结构.结果表明,保护气体流量为15m L/s时,润湿铺展等效半径最大,原始半径0.9 mm的钎料铺展半径达到约1.4 mm.各种保护条件下,Ag Cu Ti/Ti Al体系的润湿铺展动力学过程相似,铺展半径与时间之间呈n次幂关系,即rn^kt;润湿铺展中钎料熔敷/Ti Al的界面结构为:残余钎料的富银相/Al Cu Ti三元相层(Al Cu2Ti,Al Cu Ti,Ti3Al)/Ti Al母材,保护条件对其影响不大.

温度对AgCu/光滑TC4体系润湿铺展动力学的影响

研究了试验温度对AgCu/光滑TC4钛合金体系的润湿铺展动力学的影响,实验过程采用座滴法,全程高纯氩气保护。结果表明,试验温度的升高明显促进了AgCu/光滑TC4体系的润湿性和界面反应。当试验温度为1103和1133 K时,AgCu钎料在TC4基板上的润湿铺展过程相似,整个润湿铺展过程大致可分为4个阶段:初始阶段,快速铺展阶段,缓慢铺展阶段和渐进平衡阶段。当试验体系温度为1213 K,化学反应更为强烈,AgCu钎料在TC4基板上的润湿铺展速度明显地加快,整个润湿铺展过程缩短至3个阶段:初始阶段,快速铺展阶段和渐进平衡阶段。试验温度为1103和1133 K时,钎料熔敷/母材的界面结构均为残余的富银相/Ti_3Cu_4/富钛相+Ti_2Cu/TC4基板;当试验温度为1213 K时,其界面结构转变为残余的富银相/Ti_3Cu_4/Ti_2Cu/富钛相+Ti_2Cu/TC4基板。且随着温度的升高,各个界面反应层的厚度均增加,残余的富银相厚度减小。AgCu钎料在光滑TC4基板上的润湿铺展动力学遵循Rn^t模型,试验温度不同,n值有所变化。

金属/陶瓷润湿性的实验表征和理论预测研究进展

金属/陶瓷体系的润湿性研究在金属与陶瓷的连接、金属液的熔炼和提纯、浸渗法和液相法制备复合材料等领域都有着重要意义。金属熔体在陶瓷表面的润湿过程中,会出现基板在熔体中溶解、界面吸附和互相反应等,是一种较为复杂的物理化学现象。有关金属/陶瓷润湿性的实验和理论研究一直是国际上材料学领域的热点之一。目前金属/陶瓷润湿性主要通过测量接触角θ(借助Young s方程计算)来得出,润湿性表征方法存在较大局限性,特别是接触角对实验条件高度敏感,其往往难以准确反映润湿性,以及适用于高熔点合金与陶瓷体系的方法较为缺乏。因此,除对接触角测试方法进行改进外,很多研究者也试图通过理论计算来考察润湿性,但至今尚未发展出能够很好地应用于所有金属/陶瓷体系的理论预测模型。润湿性实验表征方法的近期研究主要集中在改良座滴法、滴定法、毛细上升法和感应熔化法等。其中,改良座滴法相比传统座滴法能够消除熔体表面氧化膜的影响。感应熔化法可以使高熔点合金(如Ti合金等)熔化,具有独特优势(相比之下其他几种方法只适用于Al系、Mg系等低熔点合金与陶瓷的体系)。在理论预测模型方面,除直接基于Young s方程,根据表面张力模型来研究润湿性外,也有学者尝试结合Young-Dupré方程,从热力学和原子键的角度揭示反应界面润湿性的内在规律。同时,将润湿视为一种反应现象,对界面反应吉布斯自由能变化和润湿过程中表面相的能量变化加以考虑,也形成了一种新的定性衡量润湿性的标准。此外,研究者还在润湿铺展动力学方面取得了一些重要成果,包括直接根据金属形核理论来计算润湿角,以及利用如流体动力学模型、分子动力学模型、反应控制模型和扩散控制模型等来预测金属/陶瓷体系的润湿速率。本文主要从润湿过程的机制、接触角的测试方法和用以预测润湿性的理论模型三个方面,综述了金属/陶瓷润湿性领域的实验和理论研究进展。