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液/固相之间的润湿行为及其界面相互作用是材料制备和加工过程中的一种常见的物理化学现象,它在很大程度上决定了材料制备的可能性和材料最终的使用性能。有关金属熔体在固相金属上的润湿性及其液/固界面的研究中,其固相基底主要是常规的晶体材料。块状非晶合金是近年来发展起来的新型材料,由于非晶合金结构上的特异性必将导致金属熔体在非晶合金和相同成分晶态合金上的润湿行为和界面有所不同。金属熔体在非晶合金上润湿性的研究目前国内外文献报道的很少,从科学和实用的角度出发,研究液态金属与非晶合金的润湿行为具有重要意义。
本实验选择了In-Sn/Cu46Zr45Al7Gd2和Bi-Sn/Fe78Si9B13两组润湿体系作为研究对象,开展了以下研究工作:
一、研究了In-Sn合金熔体与非晶和晶态Cu46Zr45Al7Gd2合金的润湿性及其液固界面特性分析了润湿动力学规律及润湿机理。结果表明:在相同实验条件下In-Sn合金熔体与Cu46Zr45Al7Gd2非晶合金的润湿性要好于其对晶态合金的润湿性,并且达到平衡接触角的时间较短。In-Sn合金熔体与非晶合金的反应扩散宽度小于其在晶态合金上的扩散宽度。Sn原子在晶态合金中的扩散量要明显多于其在非晶合金中的扩散量。
二、研究了In-Sn合金与Cu46Zr45Al7Gd2非晶合金界面在不同时间和温度下真空热处理后的界面特点,并对原子的扩散方式进行推测,结果表明:尽管非晶合金中没有晶界、相界,但金属熔体中的活性原子(如Sn)和非晶中的活性原子(如Cu)相互反应的过程中改变了非晶的亚稳结构,从而使得熔体/非晶界面的润湿反应引起反应扩散区上非晶合金的晶化,同时晶化又促进了扩散,熔体在非晶中的扩散伴随着晶化反应的发生。
三、利用俄歇电子采用离子溅射剥离的方法分析了不同温度In-Sn/Cu46Zr45Al7Gd2非晶合金体系中Sn原子在Cu46Zr45Al7Gd2非晶合金中的扩散情况。实验结果表明,在373K-573K之间,扩散系数位于2.35×10-18m2/s-8.06×10-18m2/s之间,指数前因子D0=8.08×10-16扩散激活能Q=18110J/mol约为0.18eV。且扩散系数符合Arrhenius关系即:D=8.08×10-16exp(-18100/RT)
四、研究了Bi-Sn合金熔体与非晶和晶态Fe78Si9B13合金的润湿性及其液固界面特性。
结果表明,在相同实验条件下,Bi-Sn合金熔体与Fe78Si9B13非晶基片的润湿性要显著好于其对晶态合金的润湿性。但界面结合并不十分牢同,反应扩散层偏向Bi-Sn合金一侧。Bi-Sn合金在873K退火处理的基片上的润湿性要稍好于其在723K退火处理的基片上,界面结合也更好一些。