ВВЕДЕНИЕ 4
1 Анализ литературных данных 5
1.1 Основы теории диффузии 5
1.2 Реактивная диффузия в металлах и сплавах, кинетика образования
промежуточных фаз 8
1.3 Зависимость температуры плавления от химического состава
многокомпонентных припоев 10
1.4 Альтернативное применение галлия и припоев на его основе 11
1.5 Кинетика образования промежуточных фаз в композиционных
пастах-припоях на основе галлия 13
1.6 Влияние структуры твердой фазы на процессы массообмена 20
1.7 Смачивание 23
2 Методика исследований 27
2.1 Диаграммы состояния исследуемых систем 27
2.2 Схема эксперимента 31
2.3 Исходные материалы и образцы 32
2.4 Термическое оборудование 33
2.5 Металлографические исследования 34
2.6 Изучение элементного и фазового состава диффузионных зон 34
2.7 Фазовый рентгеновский анализ 36
2.8 Изучение микротвердости 37
3 Экспериментальные исследования кинетики фазообразования 38
3.1 Экспериментальные данные 38
3.2 Исследование фазообразования в системе monel-400 - Ga 39
3.3 Исследование фазообразования в системе мельхиор - Ga 41
3.4 Элементный и фазовый состав продуктов взаимодействия 44
3.5 Распределение микротвердости 56
3.6 Влияние дисперсности на процесс фазообразования 58
4 Расчет параметров реактивной диффузии 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 65
Актуальность работы. Взаимодействия твердых и жидких составляющих диффузионно-твердеющих композиционных припоев на основе легкоплавких 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 различные материалы, а также активно вступать в реакции с тугоплавкими металлами и сплавами с образованием интерметаллидных соединений. Наряду с достоинствами, таллиевые пасты-припои имеют недостатки. Главные - это длительное время затвердевания, диффузионная пористость и высокая стоимость.
Объекты исследований. Диффузионно-твердеющие таллиевые припои и прочие композиционные составляющие.
Цель работы. Целью данных исследований является сокращение времени затвердевания паст-припоев, расширение температурного интервала затвердевания, повышение эксплуатационных характеристик. Поиск новых наполнителей галлиевых паст припоев, которые при диффузионном твердении в интервале температур 200-500 °C дают температуру распая свыше 800°С.
Задачи. Выполнить комплекс исследований по выбору медно- никелевых сплавов-наполнителей галлиевых паст-припоев. Определить параметры и продукты взаимодействия.
Проведены исследования взаимодействия медно-никелевых сплавов типа monel-400 и мельхиор с жидким галлием на предмет использования этих сплавов в качестве наполнителя для паст- припоев (металлических клев) на основе галлия, применяемых для соединения разнородных материалов.
В интервале температур 270 до 380°С определены кинетические параметры образования промежуточных фаз на границе раздела monel-400 - жидкий галлий и мельхиор-жидкий галлий.
Установлено что рост интерметаллидов как правило подчиняется параболическому закону у2 = 2Pt, где у- толщина слоя новых фаз, t - время контакта, 2P - эффективный коэффициент реактивной диффузии (коэффициент пропорциональности).
Продукты взаимодействия зависит от температуры контактного взаимодействия.
При взаимодействии мельхиора с жидким галлием при температуре 270°С образуются фазы Ga4 Ni c температурной плавления 363°С, фаза Ga3 Ni2 с температурой плавления 950°С, фаза 73 (Ga2 Cu3) с температурой плавления 468°С и фаза у1(Ga4 Cu2) с температурой плавления более 836°С.
При взаимодействии мельхиора с жидким галлием при температуре 380°С образуется фазы Ga3Ni2 с температурой плавления 950°С и фаза y1(Ga Cu2) с температурой плавления 836°С.
При взаимодействии monel-400 с жидким галлием при температуре 270°С образуется фазы Ga4Ni с температурой плавления 363°С и фаза y3(Ga2 Cu3) с температурой плавления 468°С.
При взаимодействии monel-400 с жидким галлием при температуре 380°С образуется фазы Ga3Ni2с температурой плавления 950°С и фаза y1(Ga Cu2) с температурой плавления 836°С.
Использование monel-400 в качестве наполнителя при диффузионном твердении галлиевых паст припоев при температуре 370-380°C так же может дать температуру распая 836°C.
