金锡合金快速凝固与金镍合金深过冷凝固行为研究

发布时间：2017-09-18 22:39

  本文关键词：金锡合金快速凝固与金镍合金深过冷凝固行为研究

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【摘要】：贵金属Au-20Sn、 Au-9Ni合金是广泛应用于电子电器工业、微电子信息工业以及航空航天精密电子制造等高技术产业的材料。Au-20Sn合金常规凝固组织常伴有粗大的ζ-Au5Sn初生枝晶导致其加工比较困难。Au-9Ni合金中存在复杂的相变行为。吸喷铸技术和深过冷凝固技术作为先进的快速凝固技术,能够扩大合金的固溶极限、细化晶粒、改变相成分及析出次序等,从而大幅度提高合金的性能。因此,通过吸喷铸和深过冷快速凝固技术,合金能够获得与常规凝固组织有显著不同的组织结构,是提高合金性能和拓宽合金应用前景行之有效的方法。 采用模冷吸喷铸技术和玻璃熔体净化+循环过热相结合的深过冷技术分别对Au-20Sn合金和Au-9Ni合金进行了凝固实验。利用红外测温仪对Au-9Ni合金在凝固过程中的温度和时间进行了监测。利用光学显微镜和SEM对凝固后Au-20Sn、 Au-9Ni合金试样的凝固组织进行了分析。利用经典形核理论、瞬态形核理论、枝晶生长理论对Au-20Sn合金初生相的演变机制进行了深入分析；利用经典形核理论、枝晶生长理论、枝晶碎断理论、枝晶熔断理论对Au-9Ni合金的凝固组织形成机制进行了深入地分析。获得了以下研究成果： (1)吸喷铸先进凝固技术对Au-20Sn共晶合金初生相的形态影响表明：①随着冷却速率的增大,初生相的尺寸不断减小,初生相的析出次序也发生了改变,即发生了相选择。当冷却速率在2.4x10-9.0x10~3K/min范围内时,Au5Sn相为初生相析出；当冷却速率达到6.0x10~4K/min时,AuSn相将成为初生相析出。②通过经典形核理论、瞬态形核理论、枝晶生长理论的计算表明：当过冷度即冷却速率较小时,Au5Sn相将作为初生相析出,当过冷度较大时即冷却速率较大时,AuSn相将作为初生相优先析出。 (2)玻璃熔体净化+循环过热相法对玻璃净化剂组分对Au-9Ni合金熔体净化效果的影响研究表明：①当使用B2O3作为净化剂时,其净化机制仅仅只有物理吸附,所能获得过冷度较小且不稳定；②当使用Na_2SiO_3+Na_2B_4O_7+B_2O_3作为净化剂时,其净化机制也只有物理吸附,所能获得过冷度较小；③当使用Na-Si-Ca+B2O3玻璃作为净化剂时,可以发挥物理吸附和化学净化的综合效应,能有效提高Au-9Ni合金熔体的过冷能力。 (3)通过显微组织观察、成分分析,并利用经典形核理论、枝晶生长理论、枝晶碎断理论、枝晶熔断理论进行计算,结果表明：当过冷度小于20K时,枝晶没有足够的时问发生碎断,枝晶形态稳定,此时枝晶生长由溶质扩散控制导致枝晶生长速度较小,因此凝固组织为粗大树枝晶；当过冷度在20K-70K时,枝晶有足够的时间发生碎断,枝晶形态不稳定,而且枝晶发生重熔形成枝晶段,之后枝晶段通过再结晶形成第一类粒状晶；当过冷度在70K-130K时,枝晶没有足够的时间发生碎断,枝晶形态稳定,此时热扩散作用占主导地位,枝晶生长速率也较大,溶质截留效应显著,从而形成深过冷树枝晶,而且在该过冷度范围内,随着过冷度的增大,枝晶重熔作用减弱,使深过冷树枝晶的形态发生了由颗粒状树枝晶到等轴树枝晶再到定向树枝晶的转变。
【关键词】：吸铸 喷铸 深过冷 相竞争 晶粒细化
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG290
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-31
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 快速凝固方法11-13
• 1.2.1 动力学激冷法11-12
• 1.2.2 热力学深过冷法12-13
• 1.3 过冷熔体中的形核13-19
• 1.3.1 经典形核理论13-17
• 1.3.2 瞬态形核理论17-19
• 1.4 深过冷熔体中的枝晶生长19-26
• 1.4.1 过冷合金熔体的晶体生长方式20-22
• 1.4.2 枝晶生长模型22-26
• 1.5 过冷熔体凝固组织细化的机制26-31
• 1.5.1 晶粒细化研究现状26-29
• 1.5.2 晶粒细化机制29-31
• 第二章 研究目标、内容及实验方法31-38
• 2.1 研究目标31
• 2.2 研究内容31-32
• 2.3 实验材料32
• 2.3.1 合金材料32
• 2.3.2 玻璃净化剂32
• 2.4 实验设备及装置32-35
• 2.4.1 单辊旋淬和电弧熔炼系统32-34
• 2.4.2 加热电阻炉34
• 2.4.3 红外测温仪34-35
• 2.5 实验方案35-36
• 2.5.1 吸铸和喷铸35-36
• 2.5.2 玻璃熔体净化+循环过热36
• 2.6 分析测试技术36-37
• 2.6.1 组织观察36
• 2.6.2 成分分析36
• 2.6.3 相结构分析36-37
• 2.7 技术路线37-38
• 第三章 快速凝固Au-20Sn合金熔体的相选择38-51
• 3.1 实验方法38-39
• 3.2 实验结果39-41
• 3.2.1 冷却速率对过冷度的影响39-40
• 3.2.2 快速凝固条件下Au-20Sn合金熔体的初生相演化及相确定40-41
• 3.3 竞争形核的热力学机制41-45
• 3.4 竞争形核的动力学机制45-47
• 3.5 竞争生长动力学机制47-49
• 3.6 小结49-51
• 第四章 玻璃组分对Au-9Ni合金熔体的过冷影响51-59
• 4.1 熔体玻璃净化+循环过热的实验方法51
• 4.2 净化剂玻璃组分的选择51-57
• 4.2.1 B_2O_3玻璃的净化效果52-54
• 4.2.2 Na_2SiO_3+Na_2B_4O_7+B_2O_3玻璃的净化效果54-55
• 4.2.3 Na-Si-Ca+B_2O_3玻璃的净化效果55-57
• 4.3 小结57-59
• 第五章 Au-9Ni合金的深过冷快速凝固59-77
• 5.1 凝固冷却曲线分析59-61
• 5.2 不同过冷度下Au-9Ni合金的凝固组织研究61-64
• 5.3 晶体形核与快速生长64-71
• 5.3.1 形核分析64-69
• 5.3.2 枝晶生长行为分析69-71
• 5.4 毛细作用力引起的枝晶碎断71-73
• 5.5 枝晶重熔73-75
• 5.6 综合分析75
• 5.7 小结75-77
• 第六章 结论与展望77-80
• 6.1 论文主要结论77-78
• 6.2 论文创新点78-79
• 6.3 论文展望79-80
• 附录80-81
• 参考文献81-89
• 致谢89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李金富,杨根仓,吕衣礼,周尧和;深过冷Cu-30Ni合金单向凝固组织的力学性能[J];材料研究学报;1997年02期

2 张国志,辛启斌,王向阳,贾光霖,于溪凤,高允彦,郝兆印,郭学彬;高压变熔点过冷大体积近快速凝固[J];东北大学学报;1998年05期

3 王成全,于艳,方园,李廷举;亚快速凝固技术的研究进展[J];钢铁研究学报;2005年05期

4 郭学锋,刘峰,杨根仓,邢建东;过冷Cu_(70)Ni_(30)熔体凝固组织的第一类粒状晶[J];金属学报;2000年04期

5 陈亮;罗兴宏;;一种新的利用落管实验分析微重力效应方法的探讨[J];金属学报;2007年07期

6 刘丽琴;张忠明;徐春杰;郭学锋;;深过冷Cu-20%Pb亚偏晶合金凝固组织的细化机制[J];金属学报;2007年11期

7 李金龙;谈侃侃;张志红;胡琼;罗俊;李双江;;AuSn合金在电子封装中的应用及研究进展[J];微电子学;2012年04期

8 徐锦锋,魏炳波;急冷快速凝固过程中液相流动与组织形成的相关规律[J];物理学报;2004年06期

9 ;Phase-selection and metastable phase formation in highly undercooled eutectic Ni_(78.6)Si_(21.4)alloys[J];Progress in Natural Science;2006年03期

10 ;Phase selection during solidification of undercooled Ni_(70.2)Si_(29.8) eutectic alloy[J];Progress in Natural Science;2009年11期

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1 董中奇;镧铁基室温磁致冷材料凝固行为的研究[D];东北大学;2009年

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本文编号：877938