Введение 1
1 Анализ литературных данных 2
1.1 Основы теории диффузии 2
1.2 Реактивная диффузия в металлах и сплавах, кинетика образования
промежуточных фаз 4
1.3 Кинетика образования промежуточных фаз в композиционных пастах-припоях на основе галлия 7
1.4 Влияние структуры твердой фазы на процессы массообмена 13
2 Методика исследований 16
2.1 Диаграммы состояния исследуемых систем 16
2.2 Схема эксперимента 21
2.3 Исходные материалы и образцы 22
2.4 Оборудование 23
2.5 Металлографические исследования 23
2.6 Изучение элементного и фазового состава диффузионных зон 23
2.7 Определение микротвердости 24
3 Экспериментальные исследования кинетики фазообразования 25
3.1 Исследование фазообразования в системах Fe-Sn и Ni-Sn 25
3.2 Исследование фазообразования в системах Fe-Ga и Ni-Ga 29
3.3 Исследование фазообразования в системах (Fe-Ni)-Sn 33
3.4 Исследование фазообразования в системах (Fe-Ni)-Ga 37
3.5 Элементный и фазовый состав продуктов взаимодействия 41
4 Расчет параметров реактивной диффузии 46
Заключение 49
Список используемых источников 50
Актуальность работы. Взаимодействия твердых и жидких составляющих диффузионно-твердеющих композиционных припоев на основе легко-плавких металлов важны при разработке новых технологий пайки разнородных материалов и восстановления поврежденных элементов различных ответственных конструкций. Разработка и изучение композиционных паст-припоев на основе галлия, индия, олова и цинка становятся все более актуальными.
Использовать галлий как основной компонент для диффузионно-твердеющих паст-припоев (металлических клеев) целесообразно из-за ряда преимуществ: низкая температура плавления, способность хорошо смачивать раз¬личные материалы, а также активно вступать в реакции с тугоплавкими металлами и сплавами с образованием интерметаллидных соединений. Наряду с достоинствами, галлиевые пасты-припои имеют недостатки. Главные - это длительное время затвердевания, диффузионная пористость и высокая стоимость.
Объекты исследований. Диффузионно-твердеющие галлиевые припои и прочие композиционные составляющие.
Цель работы. Целью данных исследований является сокращение времени затвердевания паст-припоев, расширение температурного интервала затвердевания, повышение эксплуатационных характеристик. Для достижения поставленной цели нами проведен комплекс исследований по выбору новых и недорогих наполнителей-сплавов типа твердых растворов для галлиевых паст- припоев (металлических клеев).
Задачи. Выполнить комплекс исследований по выбору железо-никелевых сплавов-наполнителей галлиевых паст-припоев. Определить параметры и продукты взаимодействия.
Анализ литературных данных по поставленной проблеме дает нам возможность судить о том, что вопрос исследования композиционных составляющих галлиевых паст-припоев имеет научное и практическое значение.
В ходе данной работы проведен комплекс исследований по выбору новых сплавов-наполнителей для галлиевых паст-припоев (металлических клеев, цементов). В основном, исследования были посвящены изучению взаимодействия железа, никеля и их сплавов, с жидкими оловом и галлием. Были выбраны системы Fe-Ni-Ga, и Fe-Ni-Sn, поскольку были литературные данные о наличии существенных тепловых эффектов в системе Ni-Ga.
Изучена кинетика фазообразования при взаимодействии Fe, Ni и железо¬никелевых сплавов 36Н и 50Н с жидким галлием и оловом. В ходе исследований было установлено, что образующиеся интерметаллиды растут не всегда по параболической зависимости в координатах: толщина диффузионного слоя и время контактирования. Рассчитаны параметры реактивной диффузии, было выявлено, что эффективные коэффициенты реактивной диффузии при кон¬такте галлия в системах Fe-Ga, Ni-Ga выше, чем в системах Fe-Sn, Ni-Sn.
Установлено, что при взаимодействии железо-никелевых сплавов с жидким галлием скорость образования новых фаз можно регулировать. Железо¬никелевые сплавы с высоким содержанием никеля в галлиевых пастах-припоях могут использоваться как ускорители затвердевания, так и в качестве стабилизаторов (пониженное содержание Ni). При этом температура распая может достигать гарантированно более 700 °С.
По результатам исследований опубликованы 4 работы, готовится заявка на патент РФ.
