功率超声对Cu/Sn体系溶解行为的影响

发布时间：2021-10-21 19:50

　　采用浸没法研究了在523、553和573 K的温度下有无超声作用Cu/Sn体系的溶解行为。实验发现超声波作用下Cu丝在熔融Sn中的溶解速率是无超声作用的6.796～24.106倍。结合有限元模拟的方法分别从超声波空化效应、微射流效应和声流效应等角度出发解释这一现象。结果表明,空化泡坍塌瞬间会在Cu/Sn界面的局部产生1500 K左右的高温,不但提高了Cu在Sn液中的固溶度极限,而且使"微点"区域Cu发生熔化;微射流效应能减薄金属间化合物（IMC）层厚度和改变其形貌,增加了原子扩散的通道;声流效应会产生搅拌作用,将Cu/Sn固液界面前沿的溶质Cu原子不断推向Sn液内部,使溶质原子溶度一直低于饱和溶解度。综合以上各方面的因素使得超声波作用下固体Cu在Sn液中溶解量和溶解速率显著增大。 

【文章来源】：稀有金属材料与工程. 2020,49(08)北大核心EISCICSCD

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【部分图文】：

溶解实验示意图

无超声和超声作用下Cu丝在熔融Sn钎料中溶解厚度

图3a显示了熔融Sn钎料中声压的分布规律。Sn液中声压是不均匀分布的，浅绿色代表声压接近0 Pa；红色代表声压的最大（正）值；蓝色代表声压的最小（负）值。A点表示Sn液中声压的最小（负）值，其值大小为–3.32×107 Pa;B点表示最大（正）值，大小为1.77×107 Pa。由于液态Sn钎料的空化阈值为0.3×105～0.6×105 Pa[16]，由图3b可知；Cu/Sn界面上的声压值的范围大于Sn钎料的空化阈值，其最小负压足以发生空化，故发生空化的几率很大。将空化泡坍塌时的半径R代入公式（6）就可以得到空化泡坍塌时的温度，并联立公式(7)、(8)计算气泡坍塌瞬间Cu/Sn界面局部“微点”的温度为1500 K左右。熔融金属中固体金属的溶解速率[17]通常表示如下：


本文编号：3449617