Ni/Sn和Ti/Sn固液扩散相界面实验研究
【关键词】 界面; 扩散层; 金属间化合物;
【英文关键词】 Interface; Diffusion Zone; Intermetallic Compound;
【中文摘要】 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。
【英文摘要】 The study on binary alloy is a basic issue in material science. This thesis studies the interface diffusion between Ni and Sn, Ti and Sn. Ni/Sn and Ti/Sn solid/liquid diffusion couples with curving interfaces were prepared by crucible-type mechanical method, in which Ni and Ti are matrixes and Sn is filler. The former was annealed at the temperature from 600℃to 900℃for 10min-180min, The latter was annealed at the temperature from 600℃to 800℃for 10min -180min. With optical microscope and scanning electron mi...
摘要 4-5
Abstract 5
目录 6-9
第一章 绪论 9-25
1.1 引言 9-10
1.2 二元合金相结构 10-11
1.2.1 与合金相关的基本概念 10
1.2.2 相的分类 10
1.2.3 影响相结构的因素 10-11
1.3 扩散的基本理论 11-14
1.3.1 扩散机制 11-12
1.3.2 扩散基本定律 12-13
1.3.3 影响扩散的因素 13-14
1.4 原子扩散kirkendll 效应 14-15
1.5 扩散热力学 15-18
1.5.1 扩散激活能 15
1.5.2 扩散驱动力 15-16
1.5.3 吉布斯自由能 16-18
1.5.4 反应扩散 18
1.6 异相界面原子的溶解 18-20
1.6.1 Hume-Rothery经验规则 19
1.6.2 Darken-gurry理论 19
1.6.3 Chelikowsky理论 19
1.6.4 张邦维理论 19-20
1.7 材料界面 20
1.8 本文研究工作的意义 20-25
1.8.1 锡合金材料的应用背景 21-23
1.8.2 本论文的基本思路 23-25
第二章 实验材料和研究方法 25-31
2.1 实验材料 25
2.2 实验设备、工艺及方案 25-28
2.2.1 实验设备 25-26
2.2.2 扩散偶的制备 26-27
2.2.3 扩散工艺的制定 27-28
2.3 界面反应的组织观察 28-29
2.3.1 金相试样的制备 28-29
2.3.2 金相试样的编号 29
2.4 界面反应的表征 29-31
第三章 Ni/Sn固液扩散偶相界面的实验研究 31-47
3.1 Ni/Sn合金的相关知识 31-34
3.1.1 Ni与Sn 的性质 31
3.1.2 Ni/Sn相图分析 31-33
3.1.3 Ni/Sn合金研究现状 33-34
3.2 Ni/Sn固液扩散偶界面特征 34-41
3.2.1 热处理温度对Ni/Sn扩散层界面特征的影响 34-38
3.2.2 保温时间对i/sn扩散层界面特征的影响 38-40
3.2.3 不同温度下保温120min 时Ni/Sn扩散特征 40-41
3.3 扩散层区域生成物成分分析 41-45
3.3.1 二元扩散层的相区 41-42
3.3.2 Ni/Sn扩散层成分分布 42-43
3.3.3 分析与讨论 43-45
3.4 本章小结 45-47
第四章 Ti/Sn固液扩散偶相界面实验研究 47-66
4.1 Ti/Sn合金的相关知识 47-51
4.1.2 Ti/Sn相图分析 47-49
4.1.3 Ti/Sn合金研究现状 49-51
4.2 Ti/Sn体系的界面特征 51-62
4.2.1 600℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征 51-53
4.2.2 650℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征 53-55
4.2.3 700℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征 55-57
4.2.4 800℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征 57-60
4.2.5 烧结温度对扩散界面特征的影响 60-62
4.3 Ti/Sn扩散层界面特征及成分分析 62-65
4.3.1 800℃保温120min 的扩散层成分分析 62-64
4.3.2 界面裂纹成因分析 64-65
4.4 本章小结 65-66
第五章 Ni/Sn及Ti/Sn体系相的形成 66-72
5.2 实验分析 68-71
5.2.1 Ni/Sn体系 68-70
5.2.2 Ti/Sn体系 70-71
5.3 本章小结 71-72 结论 72-73
参考文献
Ni/Sn和Ti/Sn固液扩散相界面实验研究
【关键词】 界面; 扩散层; 金属间化合物;
【英文关键词】 Interface; Diffusion Zone; Intermetallic Compound;
【中文摘要】 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。
【英文摘要】 The study on binary alloy is a basic issue in material science. This thesis studies the interface diffusion between Ni and Sn, Ti and Sn. Ni/Sn and Ti/Sn solid/liquid diffusion couples with curving interfaces were prepared by crucible-type mechanical method, in which Ni and Ti are matrixes and Sn is filler. The former was annealed at the temperature from 600℃to 900℃for 10min-180min, The latter was annealed at the temperature from 600℃to 800℃for 10min -180min. With optical microscope and scanning electron mi...
摘要 4-5
Abstract 5
目录 6-9
第一章 绪论 9-25
1.1 引言 9-10
1.2 二元合金相结构 10-11
1.2.1 与合金相关的基本概念 10
1.2.2 相的分类 10
1.2.3 影响相结构的因素 10-11
1.3 扩散的基本理论 11-14
1.3.1 扩散机制 11-12
1.3.2 扩散基本定律 12-13
1.3.3 影响扩散的因素 13-14
1.4 原子扩散kirkendll 效应 14-15
1.5 扩散热力学 15-18
1.5.1 扩散激活能 15
1.5.2 扩散驱动力 15-16
1.5.3 吉布斯自由能 16-18
1.5.4 反应扩散 18
1.6 异相界面原子的溶解 18-20
1.6.1 Hume-Rothery经验规则 19
1.6.2 Darken-gurry理论 19
1.6.3 Chelikowsky理论 19
1.6.4 张邦维理论 19-20
1.7 材料界面 20
1.8 本文研究工作的意义 20-25
1.8.1 锡合金材料的应用背景 21-23
1.8.2 本论文的基本思路 23-25
第二章 实验材料和研究方法 25-31
2.1 实验材料 25
2.2 实验设备、工艺及方案 25-28
2.2.1 实验设备 25-26
2.2.2 扩散偶的制备 26-27
2.2.3 扩散工艺的制定 27-28
2.3 界面反应的组织观察 28-29
2.3.1 金相试样的制备 28-29
2.3.2 金相试样的编号 29
2.4 界面反应的表征 29-31
第三章 Ni/Sn固液扩散偶相界面的实验研究 31-47
3.1 Ni/Sn合金的相关知识 31-34
3.1.1 Ni与Sn 的性质 31
3.1.2 Ni/Sn相图分析 31-33
3.1.3 Ni/Sn合金研究现状 33-34
3.2 Ni/Sn固液扩散偶界面特征 34-41
3.2.1 热处理温度对Ni/Sn扩散层界面特征的影响 34-38
3.2.2 保温时间对i/sn扩散层界面特征的影响 38-40
3.2.3 不同温度下保温120min 时Ni/Sn扩散特征 40-41
3.3 扩散层区域生成物成分分析 41-45
3.3.1 二元扩散层的相区 41-42
3.3.2 Ni/Sn扩散层成分分布 42-43
3.3.3 分析与讨论 43-45
3.4 本章小结 45-47
第四章 Ti/Sn固液扩散偶相界面实验研究 47-66
4.1 Ti/Sn合金的相关知识 47-51
4.1.2 Ti/Sn相图分析 47-49
4.1.3 Ti/Sn合金研究现状 49-51
4.2 Ti/Sn体系的界面特征 51-62
4.2.1 600℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征 51-53
4.2.2 650℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征 53-55
4.2.3 700℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征 55-57
4.2.4 800℃不同保温时间下Ti/Sn扩散偶界面特征 57-60
4.2.5 烧结温度对扩散界面特征的影响 60-62
4.3 Ti/Sn扩散层界面特征及成分分析 62-65
4.3.1 800℃保温120min 的扩散层成分分析 62-64
4.3.2 界面裂纹成因分析 64-65
4.4 本章小结 65-66
第五章 Ni/Sn及Ti/Sn体系相的形成 66-72
5.2 实验分析 68-71
5.2.1 Ni/Sn体系 68-70
5.2.2 Ti/Sn体系 70-71
5.3 本章小结 71-72 结论 72-73
参考文献