超聲輔助液態(tài)Sn與Zr基非晶潤濕機(jī)制及結(jié)合界面強(qiáng)度研究.pdf

1、非晶合金又稱金屬玻璃，是性能極為獨(dú)特的一類金屬，由于其原子結(jié)構(gòu)排布處于無序狀態(tài)，帶來了許多區(qū)別于傳統(tǒng)晶態(tài)材料不一樣的性質(zhì)。因而，自上個(gè)世紀(jì)中葉被發(fā)現(xiàn)以來，受到了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。然而半個(gè)多世紀(jì)以來，盡管各國研究者通過增加冷卻速度，添加合金元素等手段不斷增加非晶合金的制備尺寸，可是非晶合金的尺寸瓶頸仍未被突破。21世紀(jì)以來，各國研究者嘗試通過焊接的方式來增大非晶合金尺寸以及加工形狀復(fù)雜的構(gòu)件，從而拓展其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。但由于非晶合金處

2、于亞穩(wěn)態(tài)，焊接加熱至一定溫度時(shí)，將引發(fā)其發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變甚至晶化，嚴(yán)重影響非晶合金的性能，因而焊接是制約該種材料獲得廣泛應(yīng)用的一個(gè)瓶頸問題。超聲波輔助釬焊可以在較低溫度下實(shí)現(xiàn)對(duì)較難潤濕的母材的焊接，因而成為一種極具潛力的非晶焊接方法。
　　通過超聲輔助液態(tài)Sn潤濕非晶Zr50.7Cu28Ni9Al12.3，發(fā)現(xiàn)超聲波可促進(jìn)界面結(jié)合的方式由點(diǎn)接觸向局部面接觸進(jìn)而向形成擴(kuò)散結(jié)合層轉(zhuǎn)變。這是由于超聲波有助于母材及釬料原子在界面處發(fā)生溶解擴(kuò)

3、散作用，進(jìn)而推動(dòng)非晶母材在界面處的結(jié)構(gòu)由無序向有序轉(zhuǎn)變。從而使得晶態(tài)Sn與非晶合金的結(jié)合方式由物理吸附向原子間的結(jié)合轉(zhuǎn)變，進(jìn)而影響到接頭的連接強(qiáng)度。
　　研究表明超聲作用時(shí)間越長，界面處擴(kuò)散結(jié)合層厚度越大、接頭強(qiáng)度也越高。通過對(duì)斷裂界面處進(jìn)行形貌觀察發(fā)現(xiàn)，空蝕坑內(nèi)部往往殘余部分釬料，這部分釬料由于與母材結(jié)合較為緊密，因此往往從釬料基體上撕裂，因此界面處空蝕作用的強(qiáng)弱直接影響了接頭的強(qiáng)度。
　　超聲波輔助液態(tài)Sn潤濕非晶合金的

4、機(jī)理是基于空化作用。具體表現(xiàn)為超聲周期性的振動(dòng)引發(fā)了釬料內(nèi)部產(chǎn)生了隨機(jī)分布的空化泡，空化泡分為兩種，一種是穩(wěn)態(tài)空化泡，其往往在幾個(gè)超聲周期內(nèi)才潰滅；另一種是瞬態(tài)空化泡，其在一個(gè)超聲周期內(nèi)即完成從產(chǎn)生到潰滅的過程。釬料內(nèi)部瞬態(tài)空化泡的潰滅產(chǎn)生的微射流和能量將對(duì)非晶合金表面產(chǎn)生空蝕作用。研究表明，空化作用的強(qiáng)度與體系內(nèi)的聲壓分布息息相關(guān)，聲壓絕對(duì)值越大，空化作用越強(qiáng)。通過模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，一個(gè)周期內(nèi)釬料內(nèi)部聲壓呈現(xiàn)正負(fù)交替的周期性變化。在釬料槽