镍/氧化铝钎焊实验及铝—镍—氧相图的热力学计算

摘要

镍是高温合金的一个重要的基体，具有良好的机械强度和延展性，难熔耐高温，并具有很高的化学稳定性，不易氧化等特征。氧化铝陶瓷具有良好的高温力学性能、高硬度、高弹性模量、良好的耐磨性及低密度等，在航空、航天、石油化工以及耐火材料等领域得到了广泛地应用，但陶瓷本身的脆性给加工带来了一定的难度。陶瓷与金属的连接，能够使两种材料的性能优点相互结合，从而有效扩大其应用范围。因此，研究金属Ni和Al2O3陶瓷的焊接是十分有必要的。本论文主要利用CALPHAD方法对Al-Ni-O体系中的二元和三元系的相图进行热力学优化与计算，以获得整个体系较为精确的相图和合理的热力学参数，建立Al-Ni-O体系相图的热力学数据库。通过对Al-Ni-O相图的研究，建立一个基础的研究体系，即Al-Ni-O三元相图，为今后引入第四元素甚至更多元素，建立相应温度下的多元相图提供基础，同时也可为Al2O3陶瓷和金属Ni的焊接以及镍基高温合金的氧化行为提供一定的理论指导。并在空气气氛中对Al2O3陶瓷和金属Ni进行了初步的焊接，对焊缝成分和焊接机理进行了分析。具体研究内容如下:
　　 (1)基于文献报道的Ni-O，Al-O，Al-Ni三个二元系的热力学性能和实验相图数据，优化与计算Ni-O，Al-O，Al-Ni二元系的相图。
　　 (2)基于文献报道的Al2O3-NiO准二元系及1373K的Al-Ni-O三元系的热力学性能和实验相图数据，优化与计算Al2O3-NiO准二元系及Al-Ni-O三元系的相图。
　　 (3)采用Ag-CuO-Ti钎料，进行了Al2O3陶瓷和金属Ni的钎焊，对焊缝的显微结构进行初步的研究，分析了焊接机理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 陶瓷金属连接工艺的国内外现状

1．3 陶瓷金属连接工艺介绍

1．3．1 固相焊

1．3．2 熔化焊

1．3．3 钎焊

1．4 陶瓷与金属焊接技术的应用

1．5 Ni-Al-O热力学研究的必要性

1．6 相图计算原理与方法

1．6．1 相图计算的发展过程

1．6．2 相图计算的原理

1．6．3 相图计算的过程

1．6．4 相图计算的优点

1．7 相图与材料设计

1．7．1 材料设计的概念与途径

1．7．2 相图及其在材料设计中的应用

1．8 本论文的研究目的、意义及内容

参考文献

第二章 实验方法及热力学模型

2．1 热力学计算

2．2 常用的热力学模型

2．2．1 理想溶体模型

2．2．2 正规溶体模型

2．2．3 亚正规溶体模型

2．2．4 亚点阵模型

2．2．5 缔合模型

2．3 本研究中采用的热力学模型

2．3．1 纯组元

2．3．2 端际固溶体相

2．3．3 化学计量比化合物

2．3．4 金属间化合物溶体相

2．3．5 液相和spinel相

2．4 实验方法

2．4．1 膏状钎料的制备

2．4．2 热处理方法

2．4．3 显微组织观察

2．4．4 成分分析

2．4．5 x-Ray晶体结构分析

2．4．6 显微硬度测量

参考文献

第三章 Al-Ni-O体系相图的热力学优化与计算

3．1 Ni-O二元系

3．1．1 Ni-O二元系相图的实验信息

3．1．2 热力学优化与计算过程

3．1．3 结果与讨论

3．2 Al-O二元系

3．2．1 Al-O二元系相图的实验信息

3．2．2 热力学优化与计算过程

3．2．3 结果与讨论

3．3 Al-Ni二元系

3．3．1 Al-Ni二元系相图的实验信息

3．3．2 热力学优化与计算过程

3．3．3 计算结果与讨论

3．4 Al2O3-NiO准二元系

3．4．1 Al2O3-NiO准二元系相图的实验信息

3．4．2 热力学优化与计算结果

3．4．3 计算结果与讨论

3．5 Al-Ni-O三元系相图

3．5．1 Al-Ni-O三元系相图的实验信息

3．5．2 热力学优化与计算结果

3．5．3 计算结果与讨论

参考文献

第四章 Al2O3陶瓷与Ni的活性钎焊

4．1 焊接实验原料及步骤

4．2 焊接接头微观组织形貌分析

4．3 焊接接头元素分布

4．4 钎焊接头各区域反应产物成分分析

4．5 Al2O3／钎料层处钎焊接头的X-Ray衍射分析

4．7 Al2O3陶瓷与金属镍的活性钎焊界面反应机理

4．6 界面反应热力学计算

4．8 保温时间对焊缝组织形貌及元素扩散的影响

4．9 界面显微硬度分析

4．10 本章小结

参考文献

第五章 结论

致谢

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附录