粗糙度对金属/金属非反应性润湿体系润湿性能的影响

发布时间：2021-01-11 00:00

　　采用真空座滴法研究了高温下基体粗糙度对金属/金属非反应性润湿体系润湿性能的影响,所选材料体系为AgCu28/Cu。发现粗糙度可显著促进该润湿体系的润湿性能,随着粗糙度的增加,润湿角逐渐减小,最后趋近于一个最小值,而润湿半径随粗糙度线性增加。当金属液体在粗糙表面润湿时,其润湿模型可分为基体表面的粘性流动和微观V型槽内的毛细流动两部分,2种模式下的润湿动力学均符合幂指数规律。基体表面液滴的润湿驱动力符合杨氏方程,在微观V型槽流动时会存在一种额外的毛细管力,使体系最终润湿角变小,从而获得更好的润湿性。 

【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2017,46(05)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

Cu基体粗糙表面照片

是饱和的液态合金，基板中的Cu元素不会向合金液体中溶解，也不会发生化学反应，属于典型的非反应润湿体系。图2为AgCu28/Cu润湿样品的截面照片，可以看出，AgCu合金冷却后仍保持其共晶组织，基体中的铜没有向液体中迁移的现象。图3为AgCu28合金在具有不同粗糙度的Cu基体表面润湿时，润湿样品的俯视图及最终润湿半径随粗糙度的变化曲线。本实验中Cu基体的粗糙度(Ra)分别为16，203，337，589，664和887nm，由图3a可以看出，相同质量的AgCu28合金在不同粗糙度的表面润湿时，最终润湿半径随粗糙度的增加迅速增加。图2AgCu28/Cu润湿体系截面SEM照片Fig.2SEMimageofcross-sectionofAgCu28/Cuwettingsystemab50μm

·1434·稀有金属材料与工程第46卷图5AgCu28合金在具有不同粗糙度的Cu基体表面润湿时三相线处的SEM照片Fig.5SEMimagesofthetriplelineregionofAgCu28alloyspreadingonCusubstratewithdifferentRa:(a)16nm,(b)203nm,(c)337nm,(d)589nm,(e)664nm,and(f)887nm是圆柱形时，n=1/5[25]。图6为AgCu28合金在光滑的Cu基体表面润湿时的润湿动力学曲线，看出润湿半径随润湿时间的对数呈线性关系，通过软件进行拟合，发现n=1/5，这与Heine等人的研究结果一致，他们发现球形液滴和圆柱形液滴在惰性基体表面润湿时具有不同的润湿动力学规律[25]。当AgCu28液滴在粗糙表面润湿时，从图5可以看出，部分液体在三相线外部沿着微观的沟槽流动，因此此时粗糙表面可以看作是由相互连通的微观沟槽(V型槽)组成的网络结构，当液滴在这些毛细或V型沟槽内流动时，受毛细管力驱动。Rye等人[20]的研究结果发现，对于较宽范围的表面张力和粘度的比值图6AgCu28合金在光滑的Cu基体表面润湿的动力学曲线Fig.6Wettingkineticofnon-reactiveAgCu28alloyonsmoothCusubstrate(γ/μ)，V型槽的角度(α)和V型槽的深度(h0)，液滴在微观V型槽内的流动距离R与时间的平方根呈正比关系，其关系式如式(2)所示。同时，其研究还发现式中的K(α,θ)项对润湿动力学影响很校20()=(,)hRtKt（2）对比图4中AgCu28合金分别在光滑表面和粗糙表面润湿照片可以明显看出，合金液体在微观的V型槽流动对润湿具有重大的影响，因此，本实验中AgCu28合金液体在粗糙的Cu基体表面润湿也遵循式(2)中的R-t1/2的基本动力学规律[26-29]。对比金属液体在两种模式下的铺展动力学，在粗糙表面以上，n=1/5或n=1/10，而在毛细管力的作用下n=1/2，可见金属液体?


本文编号：2969662