合金元素对Cu/W润湿性的影响及NdFeB磁体/Sn-Zn-Bi体系润湿性的研究

摘要

本课题采用座滴法分别研究了温度、合金元素含量和合金元素的复合添加对铜合金与W间润湿性的影响,同时也初步研究了温度、元素含量、不同的气氛和静电场强度对低熔点金属(合金)与钕铁硼间润湿性的影响,旨在优化熔渗工艺,为制备出优良性能的复合材料提供理论依据. 首先,通过研究真空条件下Cu中一元添加不同质量分数的合金元素Mn、Ni、Cr、Ti对Cu合金熔体在W板上的接触角,发现Cu中添加Mn、Ni、Cr后可降低Cu在W上的接触角,且接触角随Mn、Ni、Cr含量的增加总体趋势是降低的；同一成分的CuMn合金与W间的接触角随温度的升高而降低.用EDS和EPMA对界面进行微观分析,发现系统润湿性的改善与座滴/基板间的元素扩散程度有关,升高温度有助于提高元素间的扩散能力和互溶度.可以认为此时的润湿机制是扩散.固溶润湿,它可看成反应润湿与非反应润湿的复合体,降低了固/液界面张力. 其次,系统地研究了在真空条件下Cu中复合添加不同比例的Cr-Ni、Mn-Ni和Mn-Cr对Cu/W间润湿性的影响,发现Cr∶Ni值的减小有利于润湿性的改善,Mn∶Ni为1∶4时润湿性最好,而Cr∶Mn对铜合金熔体与W间润湿性的影响与温度关系密切,在1150℃时润湿性最好. 然后,研究了纯金属Sn、Zn和Bi与NdFeB磁体间的润湿性,同时研究了不同温度下不同气氛条件不同静电场作用下合金元素对Sn-Zn-Bi体系合金/NdFeB间润湿性的影响.在Sn-Zn-Bi系合金中,Zn和Bi的添加都有利于提高对NdFeB的润湿性.在真空和氮气下,Zn始终铺展NdFeB基板,Sn始终不润湿基板；Sn-Zn-Bi系合金在氮气下由于表面氧化而不熔化,在真空下的润湿性比较好.升高温度明显改善了纯Bi和Sn-8.5Zn-5Bi与NdFeB的润湿性.施加电场和电场强度的增加,可降低固/液界面能,促进元素间扩散,从而使接触角减小,即施加电场改善了低熔点金属(合金)对NdFeB的润湿性.但是电场对金属间润湿性的影响还有待进一步研究.

目录

文摘

英文文摘

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1前言

1.1材料科学中润湿行为研究的进展

1.1.1润湿的重要性

1.1.2润湿性的表征及机理

1.1.3润湿驱动力

1.1.4润湿动力学

1.2润湿行为的研究方法

1.2.1座滴法

1.2.2微滴法

1.2.3落置液滴法

1.2.4润湿行为研究方法的探讨

1.3润湿行为研究在材料工程中的作用与应用

1.3.1金属基复合材料制备过程中的润湿行为

1.3.2材料连接中的润湿行为

1.3.3涂层的润湿行为

1.4改善润湿行为的方法与途径

1.4.1添加合金元素

1.4.2表面涂层技术

1.4.3热处理

1.5研究的目的和内容

1.5.1研究目的

1.5.2研究内容

2材料制备及实验方法

2.1研究技术路线

2.2座滴合金与基板的制备

2.2.1座滴合金材料的准备

2.2.2基板材料的准备

2.2.3润湿行为实验过程

2.3接触角的测量与分析系统

2.4样品测试分析

2.5主要实验仪器

2.6实验补充说明

3合金元素的一元添加对Cu/W间润湿性的影响

3.1 Mn含量及温度对Cu/W润湿性的影响

3.1.1 Mn含量对Cu/W润湿性的影响

3.1.2温度对润湿性的影响

3.2 Ni含量对Cu/W润湿性的影响

3.3 Cr含量对Cu/W润湿性的影响

3.4 Ti含量对Cu/W润湿性的影响

3.5本章小结

4合金元素的复合添加对Cu/W间润湿性的影响

4.1实验方案

4.2结果与讨论

4.2.1 Cr、Ni复合添加对Cu/W间润湿性的影响

4.2.2 Cr、Mn复合添加对Cu/W间润湿性的影响

4.2.3 Ni、Mn复合添加对Cu/W间润湿性的影响

4.3本章小结

5 NdFeB磁体/Sn-Zn-Bi体系润湿性探讨

5.1引言

5.2实验材料及方法

5.2.1合金制备

5.2.2实验装置

5.2.3实验方法

5.3实验结果及分析

5.3.1 DTA结果与讨论

5.3.2合金成分对润湿性的影响

5.3.3气氛对润湿性的影响

5.3.4温度对润湿性的影响

5.3.5电场对润湿性的影响

5.4本章小结

6结论

致谢

参考文献

在校学习期间待发表的论文