Ni/Sn和Ti/Sn固液扩散相界面实验研究

论文摘要

二元合金是材料科学的基本研究课题,本文选用Ni/Sn和Ti/Sn二元体系,研究其界面扩散行为。将Ni和Ti分别作为基体,Sn作为填料,制备了含有曲界面的Ni/Sn和Ti/Sn固液扩散偶,前者在600—900℃退火10min—180min,后者在600—800℃退火10min—180min,形成了扩散溶解层。光学显微镜和电子探针微区分析表明,扩散溶解层的厚度和层数随温度的升高和时间的延长而增加,厚度与温度成指数关系,厚度与时间成抛物线关系。扩散层与基体Ni和Ti的连接较平滑,呈规则的圆弧状,而与填料Sn的连接则呈不规则的扇状或者点散状。在Ni/Sn扩散层中生成了三层金属间化合物,其厚度大小不同,分别是Ni3Sn、Ni3Sn2、Ni3Sn4。在Ti/Sn扩散层中出现的相分别为TiSn、Ti2Sn3、TiSn4。根据Miedema模型计算各化合物的生成热,并结合实验现象,分析了生成物的生成顺序。在Ni/Sn体系中首先生成Ni3Sn4,然后在Ni3Sn4与镍基之间析出Ni3Sn,最后有Ni3Sn2析出；在Ti/Sn体系中,生成物的顺序依次为TiSn、Ti2Sn3、TiSn4。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 二元合金相结构
• 1.2.1 与合金相关的基本概念
• 1.2.2 相的分类
• 1.2.3 影响相结构的因素
• 1.3 扩散的基本理论
• 1.3.1 扩散机制
• 1.3.2 扩散基本定律
• 1.3.3 影响扩散的因素
• 1.4 原子扩散kirkendll效应
• 1.5 扩散热力学
• 1.5.1 扩散激活能
• 1.5.2 扩散驱动力
• 1.5.3 吉布斯自由能
• 1.5.4 反应扩散
• 1.6 异相界面原子的溶解
• 1.6.1 Hume-Rothery经验规则
• 1.6.2 Darken-gurry理论
• 1.6.3 Chelikowsky理论
• 1.6.4 张邦维理论
• 1.6.5 Alonso理论
• 1.7 材料界面
• 1.8 本文研究工作的意义
• 1.8.1 锡合金材料的应用背景
• 1.8.2 本论文的基本思路
• 第二章 实验材料和研究方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备、工艺及方案
• 2.2.1 实验设备
• 2.2.2 扩散偶的制备
• 2.2.3 扩散工艺的制定
• 2.3 界面反应的组织观察
• 2.3.1 金相试样的制备
• 2.3.2 金相试样的编号
• 2.4 界面反应的表征
• 第三章 Ni/Sn固液扩散偶相界面的实验研究
• 3.1 Ni/Sn合金的相关知识
• 3.1.1 Ni与Sn的性质
• 3.1.2 Ni/Sn相图分析
• 3.1.3 Ni/Sn合金研究现状
• 3.2 Ni/Sn固液扩散偶界面特征
• 3.2.1 热处理温度对Ni/Sn扩散层界面特征的影响
• 3.2.2 保温时间对i/sn扩散层界面特征的影响
• 3.2.3 不同温度下保温120min时Ni/Sn扩散特征
• 3.3 扩散层区域生成物成分分析
• 3.3.1 二元扩散层的相区
• 3.3.2 Ni/Sn扩散层成分分布
• 3.3.3 分析与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 Ti/Sn固液扩散偶相界面实验研究
• 4.1 Ti/Sn合金的相关知识
• 4.1.2 Ti/Sn相图分析
• 4.1.3 Ti/Sn合金研究现状
• 4.2 Ti/Sn体系的界面特征
• 4.2.1 600℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征
• 4.2.2 650℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征
• 4.2.3 700℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征
• 4.2.4 800℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征
• 4.2.5 烧结温度对扩散界面特征的影响
• 4.3 Ti/Sn扩散层界面特征及成分分析
• 4.3.1 800℃保温120min的扩散层成分分析
• 4.3.2 界面裂纹成因分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 Ni/Sn及Ti/Sn体系相的形成
• 5.1 Miedema理论
• 5.2 实验分析
• 5.2.1 Ni/Sn体系
• 5.2.2 Ti/Sn体系
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果