超声场下钎料/铝基复合材料润湿规律及其机理研究

摘要

润湿是凝固科学和焊接领域的共性问题。目前溶解性润湿的研究，既应考虑通过降低表面能，增加熔滴铺展后与基底的固液接触面积；又应增加固液相润湿中的互溶度，形成更大面积溶解层以提升润湿结合强度。超声场润湿是改善润湿性的良好方法，清洁环保、不引入杂质，能够有效改善液滴对基底的润湿程度。目前关于超声场润湿性、超声促进溶解作用等机制机理的研究，尚不深入。
　　根据溶解驱动润湿的机制，本文确定了超声场下Zn/Al二元溶解性润湿体系作为对象展开研究，钎料熔滴分别选择共晶Sn-9Zn、Zn-5Al合金，基底材料为1060铝合金和焊接性能较差的70%体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料。通过比较铺展后的熔滴表面、润湿角大小以及固/液/气三相线的轮廓变化，得到超声波作用时间、基底保温温度以及合金成分改变对溶解性润湿变化规律的影响。超声作用时间延长，Zn-5Al/Al溶解作用增强；同时当超声场下的润湿温度由420℃提高到460℃，Zn-5Al/Al与Zn-5Al/复合材料两种体系的润湿性均变差，SEM图像观察与EDS成分分析表明是温度升高后溶解层内合金组织偏离共晶成分，流动性及溶解性变差所导致。对于Sn-9Zn/Al体系的超声场润湿，在260℃和300℃两组保温温度下润湿的实验规律与先前的两组分一致。
　　为分析超声波在基底上表面和铺展液滴内部的传播，用COMSOL Multi-physics有限元软件的声学模块进行前期的模拟工作。仿真计算结果表明，超声波初始振幅值增大会使基底表面质点的振幅也增大，当相同幅值的超声波激励在复合材料中时，位移最大位移均出现在基板的中部位置。后续润湿实验时，依据此模拟结果放置钎料的初始位置、调节超声波的振幅大小。研究在超声场下钎料和复合材料的润湿体系的润湿机制，由超声场下Zn-5Al/SiCp增强Al基复合材料（Al MMCs）的润湿性能，结合Zn-Al/Al溶解性润湿的机理分析，认定了Zn-Al共晶组织渗透陶瓷颗粒，并与基体Al形成溶解层的润湿行为，是钎料和Al MMCs润湿形成冶金连接的重要方式。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的

1.2 润湿性表征及研究现状

1.3 钎料对基底润湿性的研究

1.4 润湿过程数值模拟研究现状

1.5 本文的主要研究内容

第2章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2试验设备

2.3试验方法

2.4微观组织分析

第3章 超声场下钎料合金/铝润湿规律及机理研究

3.1 前言

3.2 Al含量对Zn-Al钎料铺展润湿的影响规律

3.3 超声场下Zn-5Al/Al溶解性润湿及影响因素研究

3.4 温度场与超声场耦合下的Zn-5Al/Al润湿规律研究

3.5 本章小结

第4章 超声场下钎料/复合材料润湿规律及影响因素

4.1 引言

4.2超声作用下钎料液滴/复合材料表面的振动特性研究

4.3 超声场下钎料/复合材料的润湿

4.4 超声振幅对钎料/复合材料润湿的影响

4.5 润湿温度对钎料/复合材料超声润湿的影响

4.6 超声场下钎料对复合材料润湿机理

4.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢