论文摘要
扩散连接中,相界面的迁移由界面处原子的扩散与溶解情况来决定。因此,对异相界面上原子的扩散研究就显得十分重要。本文选择Ti-Ni-Cu三元扩散偶以及扩散偶中的Ti-Cu、Ti-Ni和Cu-Ni二元界面来研究界面行为。实验采用铆钉法制备扩散偶试样,经过一定条件的退火热处理后,扩散偶组元界面由原始的机械接触转变成冶金结合,在界面区域形成了不同于基体的扩散层。利用光学金相和SEM背散射技术对扩散偶界面区域特征进行了分析,结果表明:由于三元扩散偶制作工艺上的特点,同一扩散偶两个三结点区域生成的扩散层形貌并不完全相同。利用电子探针微区成分分析技术,对三元扩散偶中扩散层内各亚层相进行了分析,结合三元相图并辅以热力学计算,发现Ti-Ni-Cu三元扩散偶经过700℃200h退火热处理后,在三结点区域有三元金属间化合物和二元金属间化合物同时生成。三结点区域亚层相分布:Ti在-Ni界面由Ti向Ni依次为Ti2Ni、TiNi、CuNi3Ti2和TiNi3;在Ti-Cu界面由Ti向Ni依次为Ti2Cu+α-Ti、TiCu、Ti3Cu4、TiCu2和TiCu4;三结点处为三元相Ti（Ni,Cu）相区。扩散偶热处理后远离三结点的Ti-Cu和Ti-Ni界面区域生成的扩散层与基体之间界面清晰、规则;Cu-Ni界面生成的扩散层与基体之间没有清晰的界面,这是因为热处理后,前者生成的是金属间化合物,后者生成的是固溶体。金属间化合物与基体间界面清晰,是因为在界面两侧发生了成分突变。在分析二元系界面特征时还发现,实验工艺参数对扩散层有较为重要的影响。温度越高,扩散层厚度越厚,两者符合指数关系;退火时间越长,扩散层厚度越厚,两者呈抛物线关系。对二元界面区域扩散层内各亚层相进行分析时发现,各相生成顺序不仅与其生成焓有关,而且与界面上原子浓度也有很大关系。
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摘要Abstract第一章 前言1.1 界面的概念和分类1.1.1 界面的概念1.1.2 界面的分类1.2 研究基础理论1.2.1 扩散理论1.2.2 K ir k e nd a ll 效应1.2.3 固溶度理论1.2.4 固溶体与金属间化合物1.2.5 相界面与扩散溶解层1.2.6 固相扩散1.2.7 扩散热力学1.2.8 相变动力学1.3 界面的研究方法1.4 研究现状1.5 研究意义1.6 本文研究内容及基本思路第二章 实验材料及测试方法2.1 实验材料2.2 实验设备2.2.1 真空退火设备简介2.2.2 磨片设备2.2.3 抛光设备2.2.4 试样观察照相设备2.3 实验方法2.3.1 试样的制备2.3.2 实验工艺参数的选择2.3.3 退火热处理后试样处理2.3.4 试样的腐蚀2.4 测试方法第三章 Ti-Ni-Cu 扩散偶中二元系界面实验研究3.1 远离三结点处Ti-Cu 界面实验研究3.1.1 退火热处理前后Ti-Cu 界面特征3.1.2 Ti-Cu 界面区域成分分析3.1.3 Ti-Cu 界面原子扩散能力和相变动力学分析3.2 远离三结点处T i -N i 界面实验研究3.2.1 不同退火条件下的Ti-Ni 界面区域特征3.2.2 Ti-Ni 界面区域成分分析3.2.3 Ti-Ni 扩散层生长机理分析3.3 Cu - Ni 扩散偶实验研究3.3.1 实验现象初步分析3.3.2 热处理前Cu-Ni 扩散偶界面特征3.3.3 热处理后Cu-Ni 扩散偶界面特征3.3.4 热处理温度和退火时间对Cu-Ni 扩散偶中原子扩散的影响3.3.5 Cu-Ni 扩散层形成机理分析3.4 本章小结第四章Ti-Ni- Cu 三元扩散偶的界面研究4.1 Ti-Ni-Cu 三元扩散偶界面特征4.2 Ti-Ni-Cu 三元扩散偶退火后三结点处界面特征分析4.3 Ti-Ni-Cu 三元扩散偶界面分析4.3.1 试样热处理后一端三结点区域界面分析4.3.2 试样热处理后另一三结点处和Cu - Ni 界面区域分析4.4 扩散层内各亚层相形成分析4.4.1 三结点附近Ti - Ni 界面4.4.2 三结点附近Ti - Cu 界面4.4.3 Cu- Ni 界面4.4.4 三结点处4.5 本章小结第五章 分析与讨论5.1 远离三结点Ti - Cu 和Ti - Ni 界面5.1.1 界面原子迁移行为分析5.1.2 合金热力学推断相成分5.2 Ti - Ni - Cu 三元扩散偶中三结点处原子扩散机制分析5.2.1 Ti- Ni 界面5.2.2 Ti- Cu 界面5.2.3 Cu- Ni 界面5.3 Ti -Ni -Cu 合金系三元相生成焓计算5.4 反应扩散机构及相的生成与形成热的关系5.5 本章小结结论参考文献附录攻读硕士学位期间取得的学术成果致谢
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