超声波作用下铝合金表面钎料液滴的动态铺展及润湿行为研究

摘要

本文主要研究了超声波作用下钎料液滴的铺展及润湿过程,首先采用ANSYS软件分析了尺寸为50×30×3mm的5A06铝板在施加振幅为6μm超声波之后板表面的振动分布情况,由于超声波在铝板边缘的反射作用,板表面的振动分布呈现中间较弱而边缘较强的情形,中间的振幅约为6.39μm,而边缘振幅约15μm。
　　采用高速摄影相机拍摄了超声波作用下钎料液滴的动态铺展过程,当所施加的超声波振幅不相同时,钎料液滴的铺展呈现不同的形态,在铺展过程中出现雾化、涟漪波纹、动态平衡等现象,据此提出了超声波作用下钎料液滴铺展的简单物理模型,并分析了超声波作用下钎料液滴铺展的影响因素,包括表面振动强度、母材表面状态及钎料物理状态等。
　　采用Fluent流体软件模拟了超声波作用下钎料液滴的铺展行为,当施加超声波时,其内部正负压在一个周期内交替出现,最大压强可达到1200kPa,钎料质点的速度矢量在一个周期内呈现向外运动以及向内运动两种趋势,并交替变化。并分析了超声波振幅以及超声波波长对钎料液滴铺展的影响。
　　分析了Sn基钎料和Zn-5Al钎料在不同条件下的去膜行为,在230℃时,纯Sn钎料和Sn-4Cu与5A06Al界面氧化膜去除均不完全,保温5min、10min、30min后,氧化膜均完全去除,在Sn-9Zn钎料与母材的界面附近,Zn元素在保温过程中会向母材扩散,温度升高至330℃时,Sn-4Cu与5A06Al界面氧化膜完全去除。采用阳极氧化的方法增厚氧化膜后,Zn-5Al钎料与5A06Al的界面氧化膜局部被去除,出现溶蚀坑以及潜流现象。因此认为空化作用、钎料与母材之间的溶解程度、声流扰动作用是三个影响超声波作用下界面氧化膜去除的关键因素。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 经典钎焊理论的润湿铺展行为

1.3 超声波辅助钎焊发展概论

1.4 超声波作用下液滴的动态响应行为

1.5 本文研究的主要内容

第2章 试验材料及方法

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 超声波作用下固体母材表面的振动特性研究

3.1 基于ANSYS的母材表面振动分布的模拟

3.2 母材表面振动分布的实验测量

3.3 本章小结

第4章 超声波作用下钎料液滴的铺展行为及影响因素研究

4.1 超声作用下液态钎料铺展过程及机制分析

4.2 超声波作用下钎料液滴铺展的影响因素

4.3 铺展后钎料液滴表面形貌观察

4.4 本章小结

第5章 基于Fluent的超声波作用下钎料液滴铺展行为的数值模拟

5.1 超声波作用下液滴铺展在Fluent模拟中的解决方案

5.2 超声波作用下钎料液滴铺展模拟结果及分析

5.3 本章小结

第6章 超声波作用下钎料/母材氧化膜去除及润湿行为分析

6.1 Sn基钎料与5A06Al界面氧化膜去除行为分析

6.2 Zn-5Al钎料与5A06Al界面氧化膜去除行为分析

6.3 母材表面氧化膜增厚条件下钎料与母材界面结合行为

6.4 本章小结

结 论

参考文献

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