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1、Ni/Sn 和和 Ti/Sn 固液扩散相界面实验研究固液扩散相界面实验研究 【关键词】 界面; 扩散层; 金属间化合物; 【英文关键词】 Interface; Diffusion Zone; Intermetallic Compound; 【中文摘要】 二元合金是材料科学的基本研究课题,本文选用 Ni/Sn 和 Ti/Sn 二元体系,研 究其界面扩散行为。将 Ni 和 Ti 分别作为基体,Sn 作为填料,制备了含有曲界面的 Ni/Sn 和 Ti/Sn 固液扩散偶,前者在 600900退火 10min180min,后者在 600800退火 10min 180min,形成了扩散溶解层。光学显微镜和
2、电子探针微区分析表明,扩散溶解层的厚度和层 数随温度的升高和时间的延长而增加,厚度与温度成指数关系,厚度与时间成抛物线关系。扩 散层与基体 Ni 和 Ti 的连接较平滑,呈规则的圆弧状,而与填料 Sn 的连接则呈不规则的扇状 或者点散状。在 Ni/Sn 扩散层中生成了三层金属间化合物,其厚度大小不同,分别是 Ni3Sn、Ni3Sn2、Ni3Sn4。在 Ti/Sn 扩散层中出现的相分别为 TiSn、Ti2Sn3、TiSn4。根据 Miedema 模型计算各化合物的生成热,并结合实验现象,分析了生成物的生成顺序。在 Ni/Sn 体系中首先生成 Ni3Sn4,然后在 Ni3Sn4 与镍基之间析出 N
3、i3Sn,最后有 Ni3Sn2 析出；在 Ti/Sn 体系中,生成物的顺序依次为 TiSn、Ti2Sn3、TiSn4。 【英文摘要】 The study on binary alloy is a basic issue in material science. This thesis studies the interface diffusion between Ni and Sn, Ti and Sn. Ni/Sn and Ti/Sn solid/liquid diffusion couples with curving interfaces were prepared by crucibl
4、e-type mechanical method, in which Ni and Ti are matrixes and Sn is filler. The former was annealed at the temperature from 600to 900for 10min-180min, The latter was annealed at the temperature from 600to 800for 10min -180min. With optical microscope and scanning electron mi. 摘要 4-5 Abstract 5 目录 6-
5、9 第一章 绪论 9-25 1.1 引言 9-10 1.2 二元合金相结构 10-11 1.2.1 与合金相关的基本概念 10 1.2.2 相的分类 10 1.2.3 影响相结构的因素 10-11 1.3 扩散的基本理论 11-14 1.3.1 扩散机制 11-12 1.3.2 扩散基本定律 12-13 1.3.3 影响扩散的因素 13-14 1.4 原子扩散 kirkendll 效应 14-15 1.5 扩散热力学 15-18 1.5.1 扩散激活能 15 1.5.2 扩散驱动力 15-16 1.5.3 吉布斯自由能 16-18 1.5.4 反应扩散 18 1.6 异相界面原子的溶解 18-
6、20 1.6.1 Hume-Rothery 经验规则 19 1.6.2 Darken-gurry 理论 19 1.6.3 Chelikowsky 理论 19 1.6.4 张邦维理论 19-20 1.6.5 Alonso 理论 20 1.7 材料界面 20 1.8 本文研究工作的意义 20-25 1.8.1 锡合金材料的应用背景 21-23 1.8.2 本论文的基本思路 23-25 第二章 实验材料和研究方法 25-31 2.1 实验材料 25 2.2 实验设备、工艺及方案 25-28 2.2.1 实验设备 25-26 2.2.2 扩散偶的制备 26-27 2.2.3 扩散工艺的制定 27-28
7、 2.3 界面反应的组织观察 28-29 2.3.1 金相试样的制备 28-29 2.3.2 金相试样的编号 29 2.4 界面反应的表征 29-31 第三章 Ni/Sn 固液扩散偶相界面的实验研究 31-47 3.1 Ni/Sn 合金的相关知识 31-34 3.1.1 Ni 与 Sn 的性质 31 3.1.2 Ni/Sn 相图分析 31-33 3.1.3 Ni/Sn 合金研究现状 33-34 3.2 Ni/Sn 固液扩散偶界面特征 34-41 3.2.1 热处理温度对 Ni/Sn 扩散层界面特征的影响 34-38 3.2.2 保温时间对 i/sn 扩散层界面特征的影响 38-40 3.2.3
8、 不同温度下保温 120min 时 Ni/Sn 扩散特征 40-41 3.3 扩散层区域生成物成分分析 41-45 3.3.1 二元扩散层的相区 41-42 3.3.2 Ni/Sn 扩散层成分分布 42-43 3.3.3 分析与讨论 43-45 3.4 本章小结 45-47 第四章 Ti/Sn 固液扩散偶相界面实验研究 47-66 4.1 Ti/Sn 合金的相关知识 47-51 4.1.2 Ti/Sn 相图分析 47-49 4.1.3 Ti/Sn 合金研究现状 49-51 4.2 Ti/Sn 体系的界面特征 51-62 4.2.1 600不同保温时间下 Ti/Sn 扩散偶界面特征 51-53
9、4.2.2 650不同保温时间下 Ti/Sn 扩散偶界面特征 53-55 4.2.3 700不同保温时间下 Ti/Sn 扩散偶界面特征 55-57 4.2.4 800不同保温时间下 Ti/Sn 扩散偶界面特征 57-60 4.2.5 烧结温度对扩散界面特征的影响 60-62 4.3 Ti/Sn 扩散层界面特征及成分分析 62-65 4.3.1 800保温 120min 的扩散层成分分析 62-64 4.3.2 界面裂纹成因分析 64-65 4.4 本章小结 65-66 第五章 Ni/Sn 及 Ti/Sn 体系相的形成 66-72 5.1 Miedema 理论 67-68 5.2 实验分析 68-71 5.2.1 Ni/Sn 体系 68-70 5.2.2 Ti/Sn 体系 70-71 5.3 本章小结 71-72 结论 72-73 参考文献
