超声作用对钎料与铁基非晶合金润湿性影响的研究

摘要

非晶材料由于其长程无序的结构而表现出了某些机械性能方面（硬度、强度等）的优点，而Fe基非晶合金更具有优良的软磁性能、低磁损耗等特性，使之成为近些年本领域的研究热点。然而，由于非晶合金加工过程中易晶化、塑性差等特点导致其与材料的连接困难，而钎焊工艺是连接非晶合金的一个有效方法，但是关于非晶合金表面润湿性方面的研究较少。本文将主要研究不同晶化程度 Fe77.5Si13.5B9非晶合金与钎料之间的润湿性，并研究其界面化合物生长动力学，最终通过超声辅助钎焊的方法实现Fe77.5Si13.5B9非晶合金之间连接。
　　本文应用座滴法开展超声作用下熔融钎料与 Fe77.5Si13.5B9非晶合金润湿行为的研究，探索界面冶金反应规律；随后通过时效反应研究其界面化合物生长动力学；最终实现了Fe77.5Si13.5B9非晶合金之间在大气环境下快速有效的连接，并尤以研究超声和晶化程度对润湿界面形态以及化合物生长动力学为主旨进行试验探究。
　　润湿性试验结果表明：随着超声功率的增大、超声时间的延长、试验温度的升高，Sn-9Zn钎料、纯Sn钎料与 Fe77.5Si13.5B9非晶合金润湿性能明显改善；钎料与原始非晶的润湿性最好，部分晶化次之，而完全晶化后合金润湿性能最差；完全晶化状态的Fe77.5Si13.5B9合金材料对超声作用最为敏感。
　　通过时效试验对Sn-9Zn钎料与Fe77.5Si13.5B9非晶合金界面化合物生长情况进行观察统计可以得出：随着时效时间的延长、温度的升高，界面化合物厚度逐渐增加。经过能谱及微区 XRD分析结果，上述界面化合物确定为 FeZn13。并且通过计算得到：不加超声时，原始非晶状态的Fe77.5Si13.5B9/Sn-9Zn体系激活能最大，其次是完全晶化状态的Fe77.5Si13.5B9/Sn-9Zn体系，而部分晶化的Fe77.5Si13.5B9/Sn-9Zn体系激活能最小；施加超声之后三个体系的激活能都增大，但增大程度有所不同：其中完全晶化的Fe77.5Si13.5B9/Sn-9Zn体系激活能增大最多，晶态Fe77.5Si13.5B9合金对超声作用更为敏感。
　　对Sn-9Zn钎料与Fe77.5Si13.5B9非晶合金进行钎焊连接，得到双层与多层非晶焊接接头。结果显示，施加超声后，界面连接更连续，无明显缺陷，而界面化合物FeZn13经过时效处理后明显长大。硬度测试结果表明：随着超声功率的增大、时间的延长，焊缝区硬度值在超声作用下不断提高，而焊接过程中焊接温度的变化对焊缝区硬度值影响不大；对比焊接试验前后的铁基非晶带材XRD测试结果发现，曲线始终保持稳定的“馒头峰”形态，这表明 Fe77.5Si13.5B9非晶合金始终保持非晶态，未发生晶化。因此，超声辅助钎焊连接方法可以实现Fe77.5Si13.5B9非晶合金之间的有效连接，这将为拓展Fe77.5Si13.5B9非晶合金的应用提供理论依据和试验基础。

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第1章绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3主要研究内容

第2章试验材料及方法

2.1试验材料

2.2试验设备及方法

2.3 试验分析测试方法

第3章超声作用对润湿性的影响

3.1 引言

3.2超声作用对钎料润湿铺展行为的影响

3.3润湿样品时效实验后界面反应特征

3.4界面化合物生长动力学研究

3.5 本章小结

第4章 超声辅助钎焊Fe77.5Si13. 5B9非晶合金研究

4.1 引言

4.2 双层非晶的连接

4.3多层非晶的连接

4.4接头硬度测试

4.5 Fe77.5Si13.5B9非晶合金XRD分析

结论

参考文献

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致谢