最重要的焊接材料

最重要的焊接材料第一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日第二章釬料與母材間的相互作用液態(tài)釬料在毛細(xì)填縫的同時(shí)就與母材發(fā)生相互作用。推動(dòng)力--濃度梯度(嚴(yán)格地說(shuō)應(yīng)是化學(xué)位梯度)分類：一是母材向液態(tài)釬料中的溶解二是釬料組分向固態(tài)母材中的擴(kuò)散第二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日第二章釬料與母材間的相互作用

母材向液態(tài)釬料中的溶解釬料與母材之間的擴(kuò)散釬焊接頭的金屬學(xué)形態(tài)第三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日第二章釬料與母材間的相互作用

其他主要參考文獻(xiàn)合金擴(kuò)散和熱力學(xué)馬茲·希拉特，冶金工業(yè)出版社金屬及合金中的擴(kuò)散黃繼華冶金工業(yè)出版社第四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材向液態(tài)釬料中的溶解釬縫成份與原釬料成份存在差異，其原因：母材金屬溶入液態(tài)釬料釬料組分的揮發(fā)適當(dāng)控制溶解程度：釬料成份合金化有利于提高接頭強(qiáng)度母材溶解過(guò)度：熔點(diǎn)升高、粘度增加和流動(dòng)性變差，往往導(dǎo)致不能填滿釬縫間隙。母材的表面出現(xiàn)熔蝕缺陷（即在放置釬料處或釬縫圓角處使母材產(chǎn)生凹坑，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)溶穿現(xiàn)象）第五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材向液態(tài)釬料中的溶解物質(zhì)間互溶的熱力學(xué)條件母材的溶解過(guò)程溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系母材溶解過(guò)程對(duì)釬縫化學(xué)成分的影響第六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日物質(zhì)間互溶的熱力學(xué)條件兩種純物質(zhì)間能否互溶，取決于混合前后的自由焓變化。由熱力學(xué)可知，在等溫和等壓條件下，兩物質(zhì)混合自由焓為：

(2-1)

根據(jù)正規(guī)溶液理論，由液態(tài)溶液或固態(tài)溶液中質(zhì)點(diǎn)的排布方式符合晶體點(diǎn)陣模型，和各組分質(zhì)點(diǎn)在溶液中的分布服從幾率關(guān)系的假設(shè)，利用波爾茲曼關(guān)系，可以推出混合前后熵變?chǔ)M為：

(2-2)第七頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日物質(zhì)間互溶的熱力學(xué)條件將式(1-120)和(2-2)代入(2-1)得

(2-3)第八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日物質(zhì)間互溶的熱力學(xué)條件XA和XB為合金溶液中所含A和B的摩爾分?jǐn)?shù)Z配位數(shù)Nav阿弗加德羅常數(shù)其中W由下式確定：第九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日物質(zhì)間互溶的熱力學(xué)條件下面對(duì)W進(jìn)行討論：當(dāng)W＜0，即EAB＜(EAA＋EBB)/2，ΔSM＞0，ΔHM＜0(放熱)，ΔG＜0，而不受濃度限制。即當(dāng)異種分子間的吸引能大于同種分子間的吸引能，或當(dāng)溶解過(guò)程為放熱過(guò)程時(shí)，必然形成完全互溶的溶液，而且有較大的溶解傾向。在極端情況下，如異種分子間的吸引能很大，就有可能形成化合物。

第十頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日物質(zhì)間互溶的熱力學(xué)條件舉例：在Ni基耐熱合金薄板釬焊時(shí)，如果采用加入硼的鎳基釬料，只要溫度和時(shí)間條件合適，就很容易發(fā)生溶蝕現(xiàn)象。這是由于B-Ni間的吸引能較大，W＜0(EAB＜(EAA＋EBB)/2)，ΔH＜0，所以很容易發(fā)生溶解。第十一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日物質(zhì)間互溶的熱力學(xué)條件2.當(dāng)W＝0(即EAB＝(EAA＋EBB)/2)時(shí),ΔH＝0(無(wú)熱效應(yīng))。與前一種情況相比，由于ΔH＝0，ΔG降低的絕對(duì)值比前一種情況下要小，所以溶解趨勢(shì)也較小。

第十二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日物質(zhì)間互溶的熱力學(xué)條件當(dāng)W＞0(即EAB＞(EAA＋EBB)/2)時(shí)，ΔH＞0(吸熱)，但因?yàn)棣＞0，－TΔS＜0，因此應(yīng)看ΔH和TΔS值的相對(duì)大小。當(dāng)│ΔH│＜│TΔS│時(shí)，無(wú)限互溶，當(dāng)│ΔH│＞│TΔS│時(shí)發(fā)生部分互溶。當(dāng)部分互溶時(shí)，在一定濃度范圍內(nèi)(XA→1或XB→1)，ΔG＜0，可以互溶而不形成相界面，而在中間濃度范圍內(nèi)，ΔG＞0，不互溶，在二飽和溶液間形成相界面(見(jiàn)右圖(c))。所以當(dāng)二組分部分互溶且相對(duì)含量超過(guò)溶解度時(shí)，由于W＞0，形成相界面。此時(shí)σA-B＞0，二組分間的溶解趨勢(shì)更小。例如Ag－Fe間的作用就屬于這種情況。

第十三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日物質(zhì)間互溶的熱力學(xué)條件表2-1一些液態(tài)金屬在固態(tài)金屬表面的潤(rùn)濕程度與相互作用關(guān)系固態(tài)金屬液態(tài)金屬溫度℃相互作用環(huán)境氣氛潤(rùn)濕程度α－FeHg20不溶空氣不潤(rùn)濕α－FeHg20不溶真空潤(rùn)濕CuAg850固溶體氫氣潤(rùn)濕CuPb350不溶氫氣不潤(rùn)濕CuPb400不溶氫氣稍有潤(rùn)濕CuPb700不溶氫氣潤(rùn)濕CuPb950不溶氫氣顯著潤(rùn)濕NiBi310-472化合物氫氣顯著潤(rùn)濕NiBi472-638化合物氫氣潤(rùn)濕WCu＞1100不溶真空不潤(rùn)濕AgCd400化合物氫氣潤(rùn)濕AgPb400固溶體氫氣潤(rùn)濕AuAg1000固溶體氫氣潤(rùn)濕TaNa98氫氣潤(rùn)濕TaBi400氫氣不潤(rùn)濕TaPb400氫氣不潤(rùn)濕鋼Na98氫氣潤(rùn)濕第十四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日物質(zhì)間互溶的熱力學(xué)條件表2-1列出了部分液態(tài)金屬對(duì)固態(tài)金屬的潤(rùn)濕程度與其間相互作用類型或程度之間的關(guān)系。由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，上述分析與實(shí)驗(yàn)事實(shí)是一致的。其中Cu-Pb系隨溫度升高由完全不溶向部分互溶過(guò)渡(-TΔS值增大)，固而潤(rùn)濕程度提高。第十五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材的溶解過(guò)程

固態(tài)母材在液態(tài)釬料中的溶解過(guò)程是一個(gè)多相反應(yīng)過(guò)程，它經(jīng)歷兩個(gè)階段。第一階段是母材與釬料接觸的表面層的溶解第二階段是被溶解的母材原子從邊界擴(kuò)散層向液態(tài)釬料中遷移第十六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材的溶解過(guò)程

第一階段是母材與釬料接觸的表面層的溶解，這個(gè)反應(yīng)發(fā)生在固-液兩相界面上，其實(shí)質(zhì)是液體金屬對(duì)固體金屬的潤(rùn)濕和原子在相界面處的交換，破壞固體金屬晶格內(nèi)的原子結(jié)合，使得液體金屬原子與固體金屬表面處的原子之間形成新的鍵，從而完成溶解過(guò)程的第一階段。第十七頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材的溶解過(guò)程只有經(jīng)歷了溶解的第一階段后，才能形成異質(zhì)原子的擴(kuò)散。這種擴(kuò)散導(dǎo)致與母材金屬相接觸的液態(tài)釬料內(nèi)的化學(xué)成份發(fā)生變化。應(yīng)當(dāng)指出，擴(kuò)散過(guò)程要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間間隔后方才開(kāi)始，這個(gè)時(shí)間間隔等于相與相之間能峰的松弛時(shí)間(即所謂的滯后周期)，滯后周期短的金屬經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的接觸后，在無(wú)化學(xué)成份改變的條件下，不同金屬間原則上是可以結(jié)合在一起的。但計(jì)算表明，熔融金屬與固相相互作用時(shí)，擴(kuò)散過(guò)程所需要的時(shí)間與金屬接觸的時(shí)間相比是很短的，所以在實(shí)際釬焊條件下，擴(kuò)散過(guò)程總是能夠進(jìn)行的。第十八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材的溶解過(guò)程溶解的第二階段是界面處被溶解的金屬原子透過(guò)相界面進(jìn)入液相遠(yuǎn)處的過(guò)程，即被溶解的母材原子從邊界擴(kuò)散層向液態(tài)釬料中遷移。母材原子的這種遷移是依靠擴(kuò)散或?qū)α鱽?lái)實(shí)現(xiàn)的。第十九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材的溶解過(guò)程根據(jù)對(duì)流擴(kuò)散理論，對(duì)流遷移促使液體成份很快均勻化。除了緊靠界面的很薄一層外，在整個(gè)體積內(nèi)部都發(fā)生均勻化。由于在邊界擴(kuò)散層內(nèi)溶解原子的濃度梯度很大，大群原子的擴(kuò)散遷移是主要的，而在擴(kuò)散邊界層外部流動(dòng)著的液體則使溶解的物質(zhì)在整個(gè)體積內(nèi)均勻分布。至于這種均勻分布的程度則與釬焊時(shí)的具體情況和工藝因素有關(guān)。第二十頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述溶解速度母材在實(shí)際釬焊過(guò)程中的溶解行為是相當(dāng)復(fù)雜的。為使對(duì)該問(wèn)題的描述簡(jiǎn)潔明了，故做如下幾點(diǎn)假設(shè):固液相界面處緊臨母材界面的一層液體釬料處于靜止?fàn)顟B(tài)(即擴(kuò)散邊界層靜止)，其厚度為δ(見(jiàn)右圖);在邊界層內(nèi)的擴(kuò)散為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，即濃度只隨距離變化而與時(shí)間無(wú)關(guān);擴(kuò)散邊界層以外的液態(tài)釬料中擴(kuò)散充分，為自由液體，即各處濃度一致。第二十一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述假定液態(tài)釬料的密度為ρ，體積為V，固液相作用面積為S，并假定母材組分在液態(tài)釬料中的初始濃度為C0，極限溶解度為CL0，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間t的溶解后，母材組分在釬料中的濃度為C，則此時(shí)的溶解量為:

Q＝ρV(C－C0)(2-4)

在恒溫條件下，對(duì)于溶解速度可作如下計(jì)算:(2-5)上式的物理意義為溶解速度正比于固液相界面面積S，正比于飽和濃度與液體實(shí)際濃度之差(CL0－C)。當(dāng)溫度變化時(shí)，CL0和K都將發(fā)生相應(yīng)的變化，故上式也可寫成:(2-6)第二十二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述如果在溶解過(guò)程中，液相體積V和固液相面積S可認(rèn)為不變，則有:(2-7)

當(dāng)t＝0時(shí)，C＝C0，將上式積分，得:(2-8)

由公式(2-8)可得:(2-9)第二十三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述當(dāng)初始濃度C0＝0時(shí):(2-10)其中:K－溶解速度常數(shù)。溶解速度常數(shù)K可表述為:(2-11)其中:Ks－界面反應(yīng)速度常數(shù);D－擴(kuò)散系數(shù)；

δ－擴(kuò)散層厚度。界面反應(yīng)速度常數(shù)Ks可表示為：

(2-12)其中:k為固體金屬原子進(jìn)入液體的概率，即振動(dòng)因子;Cs為單位固體表面內(nèi)固體原子數(shù)。第二十四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述由于表面反應(yīng)過(guò)程與擴(kuò)散過(guò)程為串聯(lián)過(guò)程，由動(dòng)力學(xué)可知，對(duì)于串聯(lián)過(guò)程來(lái)說(shuō)，當(dāng)各個(gè)階段的速度相差懸殊時(shí)，整個(gè)過(guò)程進(jìn)行的速度即取決于最慢階段的速度，那么，這個(gè)階段就被稱為控制步驟。溶解過(guò)程可分為以下兩種情況一是擴(kuò)散過(guò)程為控制步驟二是表面反應(yīng)過(guò)程為控制步驟。第二十五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述當(dāng)擴(kuò)散過(guò)程為控制步驟時(shí)，即D／δ<<Ks時(shí)，(2-11)式簡(jiǎn)化為

(2-13)

即整個(gè)溶解過(guò)程的速度常數(shù)等于擴(kuò)散速度常數(shù)，此時(shí)溶解過(guò)程的規(guī)律表現(xiàn)為擴(kuò)散規(guī)律。當(dāng)表面反應(yīng)為控制步驟時(shí)，即D／δ>>Ks時(shí)，(2-11)式簡(jiǎn)化為

(2-14)

即整個(gè)溶解過(guò)程的速度常數(shù)等于表面反應(yīng)速度常數(shù)，此時(shí)整個(gè)過(guò)程表現(xiàn)為表面反應(yīng)(狹義的溶解)的規(guī)律。第二十六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述

溶解速度常數(shù)K表示在相同濃度差值和相同固液相界面面積的條件下，母材溶解速度的快慢。對(duì)于每種固體母材與液態(tài)釬料的組合來(lái)說(shuō)，K值都是不同的。例如:在Cu向熔融Sn中溶解的過(guò)程中，在η相(Cu6Sn5)生成的范圍內(nèi)，擴(kuò)散為控制步驟，而在ε相(Cu3Sn)生成的范圍內(nèi)，界面反應(yīng)為控制步驟。在這些溫度范圍內(nèi)的K值大約為5~60x10-3mm/sec。而當(dāng)Fe向熔融Cu中溶解時(shí)，在1200~1380℃范圍內(nèi)，K值為1~3x10-1mm/sec。第二十七頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述

K值可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)測(cè)定。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同瞬時(shí)在熔融金屬中溶解金屬的濃度，就可求出溶解速度常數(shù)K。在下圖給出了Cu和Ag在液態(tài)Sn68-Pb32釬料中溶解的測(cè)定結(jié)果。

第二十八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述Cu在Sn中溶解時(shí)，在某一溫度區(qū)間內(nèi)的溶解速度變慢，而在這一溫度區(qū)間內(nèi)，在界面上開(kāi)始形成金屬間化合物。化合物層的出現(xiàn)阻礙了母材原子向液態(tài)釬料中的擴(kuò)散，使得溶解速度降低(見(jiàn)右圖)。研究Fe在液態(tài)Al中的溶解時(shí)發(fā)現(xiàn)，溶解速度常數(shù)K與時(shí)間有關(guān)。這種現(xiàn)象也只能解釋為溶解過(guò)程中在其固液相界面處形成了金屬間化合物，從而阻礙了鐵的溶解。第二十九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述溶解速度常數(shù)K作為描述溶解動(dòng)力學(xué)特性的基本參數(shù)，其數(shù)值是由固體金屬在液體中溶解時(shí)的基本物理過(guò)程所決定的。表2-2列出了不同金屬組配時(shí)的溶解速度常數(shù)值。由表中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，不同固液系統(tǒng)中金屬的溶解速度常數(shù)都具有幾乎相同的數(shù)量級(jí)。表2-3則給出了不同溫度下，一些金屬在Sn-Pb釬料中的溶解速度。第三十頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述表2-2無(wú)攪拌條件下固態(tài)金屬及合金在液體中的溶解速度常數(shù)

金屬或合金(固－液)溫度（℃）溶解速度常數(shù)K（x10-3cm/sec)金屬或合金(固－液)溫度（℃）溶解速度常數(shù)K（x10-3cm/sec)Cu-Bi3604100.60.22Cu-Pb4104600.0550.081Cu-Sn3000.095Al-Bi5000.5Huxpon-(Ni-Si-B-Mo)1130118012800.140.210.25Huxpon-(Ni-Si)1180120012500.210.230.25Al-(Al-Si)6000.17第三十一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述表2-3不同溫度下金屬在Sn-Pb釬料中的溶解速度

金屬溫度/℃溶解速度/μm?s-1金屬溫度/℃溶解速度/μm?s-1Au1992162322520.891.742.994.25Ag1992322743160.531.112.464.84Pt3714274820.0210.130.43Ni3714264820.0430.110.29Pd2322743163714274820.0360.0910.160.361.032.02Cu2322743163714274820.100.180.541.563.636.30第三十二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述一般來(lái)說(shuō)，在靜態(tài)條件下，固體金屬向液體金屬中溶解的過(guò)程取決于溶解的第二階段，即擴(kuò)散階段。但是，當(dāng)固液兩相金屬在溶解過(guò)程中生成金屬間化合物時(shí)，溶解過(guò)程的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題則由相界面間的反應(yīng)速度起決定性作用?？傊芙膺^(guò)程包括溶質(zhì)原子從固相表面向液相遷移的界面反應(yīng)過(guò)程和溶質(zhì)在界面處生成飽和層向液體內(nèi)部移動(dòng)的擴(kuò)散過(guò)程。第三十三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述溶解速度規(guī)律在釬焊中的應(yīng)用

在Sn-Pb釬料中有時(shí)加入少量的Ag和Cu，其目的是為了抑制母材中的Ag和Cu向釬料中過(guò)分溶解。由(2-7)式可得:dC／dt＝K(T)·S[CL0(T)-C](2-15)

如果在原始釬料中加入Ag或Cu的濃度為C0(即t＝0時(shí)C＝C0)，則在任意時(shí)刻t時(shí)的濃度為C'＝C＋C0，將其代入(2-15)式得

dC'／dt＝K(T)·S[CL0(T)-(C＋C0)](2-16)C‘為原始濃度為C0條件下，t時(shí)刻釬料中溶質(zhì)的濃度。顯然，由于[CL0(T)-(C＋C0)]＜[CL0(T)-C]，所以原始釬料中加入Ag和Cu后將使溶解速度減慢。第三十四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述右圖給出了各種金屬在Sn-Pb共晶釬料中的溶解速度與溫度的關(guān)系。由圖可見(jiàn)，溶解速度常數(shù)的對(duì)數(shù)與溫度的倒數(shù)基本上成線性關(guān)系，這可以說(shuō)是服從阿累尼烏斯公式的實(shí)例。即:lgK＝A'＋B'／T(2-17)第三十五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述由阿累尼烏斯公式知

K＝A*exp(－E／RT)(2-18)

式中K為溶解速度常數(shù)，E為溶解活化能，A為指前因子。A和E僅與物性有關(guān)，而與溫度無(wú)關(guān)。對(duì)比(2-17)和(2-18)兩式可知

A'＝lgA，B'＝-E／2.303R(2-19)由阿累尼烏斯公式知，溫度升高，K增大，溶解速度增大。第三十六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解過(guò)程的數(shù)學(xué)描述另外，對(duì)于難以釬焊的材料，常采用表面鍍層的方法來(lái)改善其釬焊性能，在這種情況下鍍層的厚度也要根據(jù)溶解速度來(lái)決定。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)凝固后釬縫組織的金相觀察表明，其飽和溶解層的厚度在2~4μm左右，因此鍍層厚度一般不應(yīng)少于2~4μm。

第三十七頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系在母材－釬料所構(gòu)成的體系中，最大溶解量是與其所構(gòu)成的狀態(tài)圖密切相關(guān)的。如果二者所構(gòu)成的狀態(tài)圖在固液狀態(tài)下均無(wú)互溶的話，就不會(huì)發(fā)生溶解(例如Fe-Ag系)，反之則有溶解現(xiàn)象發(fā)生。第三十八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系母材與釬料固態(tài)下無(wú)互溶，液態(tài)下完全互溶若母材A與釬料B構(gòu)成如右圖所示的簡(jiǎn)單共晶狀態(tài)圖，即二者在固態(tài)下無(wú)互溶，在液態(tài)下完全互溶，則在釬焊溫度為T℃時(shí)，A在B中的最大溶解量取決于A在B中的極限溶解度(線段l)。極限溶解度越大，共晶點(diǎn)E越靠近母材A，則DE線段就越傾斜，l就越長(zhǎng)，A的溶解量也就越大。如果所用的釬料為AB的共晶合金E，則A在B中的溶解量就取決于線段(l-l1)的長(zhǎng)度。此時(shí)可以認(rèn)為是釬料中已經(jīng)預(yù)先溶解了“l(fā)1”這么多的A。所以此時(shí)的最大溶解量為(l-l1)。若共晶點(diǎn)E越靠近母材A，則(l-l1)線段就越短，A的溶解量就越少。第三十九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系母材與釬料固態(tài)下無(wú)互溶，液態(tài)下完全互溶

由公式2-4計(jì)算也可說(shuō)明這一點(diǎn)。假設(shè)密度為ρ的單位體積的釬料B，在T下與母材A接觸，接觸面積為單位面積S，初始濃度為0，當(dāng)達(dá)到最大溶解量時(shí)可認(rèn)為t→∞。設(shè)V＝1，S＝1，CL0＝l(設(shè)AB＝100%)，則由式2-4有:Q＝ρV(C-C0)＝ρ·l

而當(dāng)釬料為AB的共晶E時(shí)，即初始濃度為l1，所以

Q＝ρ·(l－l1)

因此，為減少母材的溶解，可以在釬料中加入母材金屬的組分。例如在Sn-Pb釬料中加入少量的Cu或Ag，就可以減弱母材中Cu、Ag向釬料中的溶解。

第四十頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系母材和釬料在固態(tài)局部互溶，液態(tài)下完全互溶如果金屬A和金屬B在液態(tài)下完全互溶，并且在固態(tài)下局部互溶，其狀態(tài)圖如右圖，則最大溶解量就受到A在B中極限溶解度和B在A中的極限固溶度的限制。在T℃下，當(dāng)用A作為母材，B作為釬料時(shí)，在母材A溶解之前，先需要釬料B向母材A中擴(kuò)散，使界面處的母材成份達(dá)到a點(diǎn)時(shí)，才發(fā)生溶解。并且母材A進(jìn)入釬料B使釬料的成份達(dá)到b點(diǎn)時(shí)便停止溶解。因此，如果釬料B在母材A中的極限固溶度越大(即a點(diǎn)遠(yuǎn)離AD線段時(shí))，則母材開(kāi)始發(fā)生溶解所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)，所以在給定時(shí)間內(nèi)的溶解量就越少。而母材A在釬料B中的極限溶解度越大(即b點(diǎn)靠近AD線段)，則釬料成份達(dá)到飽和所需要的時(shí)間就越長(zhǎng)，需要消耗母材的量就越多，溶解量就越大。第四十一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系母材和釬料在固態(tài)局部互溶，液態(tài)下完全互溶下圖給出了Ni-4B、Ni-4Be和Ni-11Si三種釬料在1200℃下釬焊Ni時(shí)的溶解情況。在此溫度下，Ni在B、Be、Si中的極限溶解度分別為96.5%、95.5%和90.5%，而Si、Be、B在Ni中的極限固溶度分別為<0.5%、2.5%和7.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ni在Ni-4B中的溶解量最多，在Ni-11Si中的溶解量最少。圖2-8釬縫圓角處鎳的溶解深度圖2-9Ni-B，Ni-Be，Ni-Si狀態(tài)圖

1.Ni-4B，2.Ni-4Be，3.Ni-11Si的富鎳部分示意圖第四十二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系母材和釬料在固態(tài)局部互溶，液態(tài)下完全互溶一般來(lái)說(shuō)，如果A在B中的極限溶解度CAB和B在A中的極限固溶度CBA之差越大，其溶解量就越大，反之則小。對(duì)于AB二元系，當(dāng)所用釬料為AB的共晶成份E時(shí)，相當(dāng)于預(yù)先在B中溶入了一定量的母材A的成份，或者說(shuō)是溶解已進(jìn)行到了液相濃度達(dá)到E的水平，所以其溶解量應(yīng)減少。其減少的量即為共晶釬料中本身所含母材A組元的量。第四十三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系關(guān)于接觸溶解問(wèn)題接觸溶解，習(xí)慣上又稱之為接觸反應(yīng)。

第四十四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系關(guān)于接觸溶解問(wèn)題利用接觸反應(yīng)原理所進(jìn)行的釬焊連接被稱之為接觸反應(yīng)釬焊。接觸反應(yīng)釬焊過(guò)程大體上可以分為三個(gè)階段。1)準(zhǔn)備階段.如在接觸的固態(tài)金屬的界面上形成固溶體層或金屬間化合物層。如果接觸的固體金屬在固態(tài)下無(wú)相互作用，則此階段將不發(fā)生。2)形成液相。3)固態(tài)金屬向已形成的液相中溶解。固態(tài)金屬接觸表面形成液相的速度是極快的。例如鉍和錫在比它們的共晶熔化溫度高2-3℃的條件下接觸反應(yīng)熔化時(shí)，只要0.5秒就足以形成液體。所形成的液相活性很大，在接觸表面上迅速鋪展，之后，隨著溶解過(guò)程的不斷進(jìn)行，固相與液相間逐漸達(dá)到平衡。

第四十五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系關(guān)于接觸溶解問(wèn)題共晶液相層的形成速度與母材和釬料間的相互溶解度有關(guān)。右圖給出了銅和鈦在900℃、鈦和鐵在1100℃及鎳和鈮在1200℃溫度下進(jìn)行接觸反應(yīng)釬焊時(shí)，液相層厚度范圍同加熱時(shí)間的關(guān)系。其中鈮在鎳中的溶解度較大，液相層的厚度最薄;鐵和鈦的溶解度中等所以其形成的液相層厚度大于鈮和鎳釬焊時(shí)的厚度。銅和鈦的相互溶解度最小，其形成液相層的速度最高。液相層形成的速度之所以與相互溶解度有關(guān)，是因?yàn)槟覆暮外F料組元擴(kuò)散時(shí)先形成固溶體，達(dá)到飽和溶解度后才開(kāi)始形成共晶液相層。因此當(dāng)釬料組元共晶液相層和母材在固態(tài)下無(wú)相互作用時(shí)，形成共晶體速度最快。圖2-11接觸反應(yīng)釬焊時(shí)液相厚度與加熱時(shí)間的關(guān)系1.銅和鈦（900℃），2.鐵和鈦（1100℃），3.鎳和鈮（1200℃）

第四十六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系關(guān)于接觸溶解問(wèn)題原則上凡是能形成共晶的金屬均可用于接觸反應(yīng)釬焊。接觸反應(yīng)釬焊時(shí)，為使母材與釬料形成緊密的接觸以利于接觸反應(yīng)熔化的進(jìn)行，對(duì)被連接金屬施加一定的壓力是十分重要的。壓得緊，母材之間的接觸點(diǎn)就多，液相形成的速度就快，接觸面上形成的液相就越完全。施加壓力還可以使形成的液相從間隙中擠出，以免母材過(guò)分溶解。同時(shí)還可以將破碎的氧化物擠出間隙，提高接頭質(zhì)量。如果形成的低熔共晶比較脆的話，擠出液相有利于提高接頭強(qiáng)度。第四十七頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日溶解現(xiàn)象與狀態(tài)圖的關(guān)系表2-4適用于接觸反應(yīng)熔化的金屬對(duì)

AB共晶成份熔點(diǎn)(℃)AB共晶成份熔點(diǎn)(℃)AB共晶成份熔點(diǎn)(℃)AgAlWAg=29.5%556AuGeWGe=12.0％357NiZrWNi=17.0％961AgBeWBe=0.97％881AuSbWSb=～25％360NiTiWNi=13.0％955AgCuWAg=71.9％779CuTiWTi=28.0％880AuSiWSi=～6％370AgGeWGe=19.0％651NiSiWSi=29.0％964AuNiWNi=～25％950AgSiWSi=4.50％830CuZrWZr=～46％885AuCuWAu=56.5％889AlLaWLa=76.0％518GeNiWNi=33.2％775CoTiWTi=72.0％1025AlCuWCu=33.0％548FeTiWTi=68.0％1085CoZrWZr=12.0％1460AlGeWGe=53.5％424MnTiWMn=43.5％1175CuGeWGe=40.0％640AlMgWMg=67.7％437NbNiWNb=51.6％1175NiPdWPd=60.0％1237AlSiWSi=11.7％577MnNiWNi=39.5％低熔固溶體1018CuMnWMn=35.0％低熔固溶體870AlZnWZn=95.0％382母材溶解過(guò)程對(duì)釬縫化學(xué)成份的影響第四十八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材溶解過(guò)程對(duì)釬縫化學(xué)成份的影響

溶解的速度以及被溶解金屬在熔融金屬中的分布特性都取決于溶解過(guò)程中速度最小的階段。當(dāng)液態(tài)釬料填充毛細(xì)間隙之后，母材的溶解是在液體中沒(méi)有強(qiáng)迫對(duì)流的情況下進(jìn)行的。通常釬縫的間隙都不會(huì)超過(guò)1mm，而擴(kuò)散邊界層的厚度也在10-1mm數(shù)量級(jí)，并且母材是在兩個(gè)相對(duì)著的表面向釬縫中的液態(tài)釬料內(nèi)溶解的，也就是說(shuō)，在靜態(tài)液相中界面處的兩個(gè)邊界擴(kuò)散層的厚度可能大于實(shí)際釬焊時(shí)毛細(xì)間隙內(nèi)液態(tài)釬料的厚度，因此，釬縫中母材金屬的大群質(zhì)量遷移基本上不能發(fā)生。

第四十九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材溶解過(guò)程對(duì)釬縫化學(xué)成份的影響

基體金屬溶于釬縫達(dá)到飽和所需要的時(shí)間一般是很短的。表2-5給出了1100℃下用Cu釬焊Fe時(shí)，保溫時(shí)間及毛細(xì)間隙的大小對(duì)溶解的影響。表2-5銅釬焊鐵時(shí)結(jié)晶區(qū)的鐵含量保溫時(shí)間(分鐘)釬縫間隙(mm)含鐵量(Wt％)10.063.910.143.0600.122.910.293.110.702.7第五十頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材溶解過(guò)程對(duì)釬縫化學(xué)成份的影響

通常釬焊的保溫時(shí)間都是以“分鐘”來(lái)度量的，所以對(duì)這種飽和溶解度值較小的體系來(lái)說(shuō)，無(wú)論釬縫間隙是大還是小，都會(huì)來(lái)得及完成母材的溶解并達(dá)到飽和溶液的程度。此時(shí)釬縫的成份僅取決于母材與釬料所構(gòu)成的狀態(tài)圖中液相線的形狀。也就是說(shuō)，在這種情況下，保溫時(shí)間和釬縫間隙對(duì)釬縫結(jié)晶區(qū)的成份無(wú)影響。對(duì)于飽和溶解度值較大的情況，要達(dá)到飽和所需要的時(shí)間會(huì)明顯增加。因此，保溫時(shí)間和釬縫間隙的影響就會(huì)非常明顯，如不嚴(yán)格控制，就極易發(fā)生溶蝕缺陷。第五十一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日母材溶解過(guò)程對(duì)釬縫化學(xué)成份的影響

一般來(lái)說(shuō)，毛細(xì)釬縫結(jié)晶區(qū)的化學(xué)成份取決于釬焊溫度，并可根據(jù)母材與釬料組成的狀態(tài)圖所提供的數(shù)據(jù)來(lái)確定。如果釬焊在恒溫下進(jìn)行，且母材溶與液態(tài)釬料的速度受控于擴(kuò)散過(guò)程的話，這種規(guī)律就具有普遍的意義。

釬料與母材之間的擴(kuò)散第五十二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬料與母材之間的擴(kuò)散

在釬焊過(guò)程中，在釬料潤(rùn)濕母材的同時(shí)就伴有擴(kuò)散現(xiàn)象的發(fā)生。并且在此后的過(guò)程中擴(kuò)散過(guò)程將繼續(xù)進(jìn)行。擴(kuò)散本身是一種物質(zhì)傳輸過(guò)程，在金屬與合金的晶體中，原子由于熱運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致其位置的轉(zhuǎn)移。在存在濃度梯度和化學(xué)位梯度的情況下，原子的熱運(yùn)動(dòng)可以造成物質(zhì)的宏觀流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱之為擴(kuò)散。第五十三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理

擴(kuò)散的分類擴(kuò)散現(xiàn)象可以分成自擴(kuò)散和互擴(kuò)散兩類。自擴(kuò)散是指不伴有濃度梯度變化的擴(kuò)散，這類擴(kuò)散與濃度梯度無(wú)關(guān)，只發(fā)生在純金屬和均勻固溶體中。舉例：例如在純金屬晶粒長(zhǎng)大時(shí)，大晶粒逐漸吞并小晶粒，從晶界的移動(dòng)就可以看出金屬原子從小晶粒向大晶粒遷移。在此過(guò)程中并不伴有濃度的變化，其推動(dòng)力是界面能的降低，這一過(guò)程就是自擴(kuò)散過(guò)程。

第五十四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理互擴(kuò)散是伴有濃度梯度變化的擴(kuò)散，它與異種原子的濃度差有關(guān)。在互擴(kuò)散過(guò)程中，異種原子相互擴(kuò)散，互相滲透，所以又叫做“異擴(kuò)散”或“化學(xué)擴(kuò)散”?；U(kuò)散又可分為“下坡擴(kuò)散”和“上坡擴(kuò)散”。下坡擴(kuò)散是指沿濃度梯度下降方向進(jìn)行擴(kuò)散，其結(jié)果使?jié)舛融呌诰鶆蚧?上坡擴(kuò)散則是指沿濃度梯度升高的方向擴(kuò)散，即由低濃度向高濃度方向擴(kuò)散，其結(jié)果是使?jié)舛劝l(fā)生兩極分化。第五十五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理互擴(kuò)散還可以分成“原子擴(kuò)散”和“反應(yīng)擴(kuò)散”兩類。原子擴(kuò)散在擴(kuò)散過(guò)程中，基體晶格始終不變，沒(méi)有新相生成，這種擴(kuò)散就稱為原子擴(kuò)散。反應(yīng)擴(kuò)散在擴(kuò)散過(guò)程中，當(dāng)濃度變化到一定程度時(shí)造成了基體晶格的轉(zhuǎn)變或形成新相，這樣的擴(kuò)散就稱之為反應(yīng)擴(kuò)散。第五十六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理按照擴(kuò)散優(yōu)先發(fā)生的部位來(lái)劃分，又可分為晶內(nèi)擴(kuò)散（體擴(kuò)散）晶界擴(kuò)散表面擴(kuò)散晶格內(nèi)面擴(kuò)散（網(wǎng)格狀擴(kuò)散）選擇性擴(kuò)散第五十七頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理晶內(nèi)擴(kuò)散(Bulkdiffusion)

釬焊時(shí)，熔融釬料成份均勻擴(kuò)散到母材晶粒中的情況即為晶內(nèi)擴(kuò)散，或稱之為體擴(kuò)散。釬料組元擴(kuò)散到母材內(nèi)部晶粒中，形成不同成份的合金。而當(dāng)這種合金的結(jié)晶形態(tài)發(fā)生變化時(shí)，由于結(jié)晶方向不同，擴(kuò)散的程度也不同。銅與黃銅之間在較高溫度下加熱時(shí)，所發(fā)生的擴(kuò)散就是這種晶內(nèi)擴(kuò)散。而在銅與錫之間也存在晶內(nèi)擴(kuò)散，但是當(dāng)擴(kuò)散達(dá)到了錫在銅中的極限固溶度時(shí)，就會(huì)發(fā)生晶格變化，引起結(jié)晶的細(xì)化，產(chǎn)生新的相。第五十八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理表面擴(kuò)散(Surfacediffusion)

表面擴(kuò)散是在金屬的結(jié)晶生長(zhǎng)和粉末燒接時(shí)產(chǎn)生的表面現(xiàn)象之一，它是與金屬原子在結(jié)晶表面移動(dòng)有關(guān)的現(xiàn)象。當(dāng)蒸汽相原子在固體表面凝結(jié)時(shí)，與固體表面碰撞的原子就沿著該表面自由擴(kuò)散，最終獲得穩(wěn)定位置而固定在晶格上。原子的這種移動(dòng)現(xiàn)象就被稱之為表面擴(kuò)散現(xiàn)象。由于結(jié)晶結(jié)構(gòu)與空間邊界處的原子總是易于沿著結(jié)晶表面流動(dòng)，一般認(rèn)為，這時(shí)的擴(kuò)散激活能是比較低的。在使用SnPb釬料釬焊Fe、Cu、Ag、Ni等母材金屬時(shí)，Sn在母材上有選擇地鋪展，進(jìn)而由于Pb引起表面張力下降效應(yīng)，使鋪展情況相應(yīng)改善，這種現(xiàn)象就是由表面擴(kuò)散造成的。

第五十九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理晶界擴(kuò)散(Grainboundarydiffusion)

熔融釬料的原子沿母材結(jié)晶界面擴(kuò)散的現(xiàn)象是為晶界擴(kuò)散。一般來(lái)說(shuō)，晶界擴(kuò)散的能量是比較小的。在相對(duì)較低的溫度下，它比體擴(kuò)散更易于進(jìn)行，并且其擴(kuò)散速度也比較快。由于原子排列的不規(guī)則性，結(jié)晶界面處常有空位等缺陷，其易溶于熔融金屬。一般象經(jīng)過(guò)機(jī)械加工的金屬是易于結(jié)合的，而經(jīng)過(guò)退火處理的金屬，由于進(jìn)行了再結(jié)晶，其雙晶較多，晶粒也很大，所以難于擴(kuò)散。退過(guò)火的不銹鋼難于釬焊就是這個(gè)原因。第六十頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理晶格內(nèi)面擴(kuò)散釬料組元沿母材晶體內(nèi)的特定晶面向特定方向的擴(kuò)散是為晶格內(nèi)面擴(kuò)散，也稱之為網(wǎng)格狀擴(kuò)散。這被認(rèn)為是由于固體金屬不規(guī)則，熔融金屬原子向某個(gè)晶面析出或有晶格缺陷等引起的。此外，有人認(rèn)為這種擴(kuò)散與結(jié)晶軸有關(guān)。發(fā)生晶格內(nèi)面擴(kuò)散時(shí)，釬料金屬將母材晶粒分割，產(chǎn)生與晶界擴(kuò)散相類似的現(xiàn)象。

第六十一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理選擇性擴(kuò)散當(dāng)釬料由兩種以上金屬構(gòu)成合金時(shí)，在釬焊過(guò)程中，如果只有某種元素?cái)U(kuò)散較快而其它金屬元素的擴(kuò)散較慢或是完全不擴(kuò)散，這種現(xiàn)象是為選擇性擴(kuò)散。例如:使用SnPb釬料釬焊銅或黃銅時(shí)，就只有Sn向母材中擴(kuò)散，而Pb則在結(jié)合面處聚集就屬于這種情形。第六十二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理擴(kuò)散現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述Fick定律柯根達(dá)爾效應(yīng)（柯肯道爾）（Kirkendall）反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程中新相長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散常數(shù)第六十三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理Fick第一定律在擴(kuò)散過(guò)程中，各處的濃度C只隨距離X變化，而不隨時(shí)間t變化，即?C/?t＝0，此時(shí)的擴(kuò)散稱之為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。在穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中，通過(guò)某一截面的擴(kuò)散流量J與垂直與此截面方向上的濃度梯度?C/?X成正比，其方向與濃度降低的方向一致，寫成公式為:(2-24)

此式即為一維條件下Fick第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。其中:(2-25)

而D為擴(kuò)散系數(shù)，ν為原子跳動(dòng)頻率，α為原子跳動(dòng)平均距離。第六十四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理Fick第一定律在三維條件下，F(xiàn)ick第一定律可以表述為：

(2-26)

其中為濃度梯度。當(dāng)擴(kuò)散存在各向異性時(shí)，可表述為：（2-26-1）

（2-26-2）

（2-26-3）其中，Dij(i,j=x,y,z)代表j方向的擴(kuò)散分量對(duì)i方向擴(kuò)散的貢獻(xiàn)。

第六十五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理Fick第二定律如果在擴(kuò)散過(guò)程中，各處的濃度度隨時(shí)間變化，即?C/?t≠0，此時(shí)通過(guò)各處的擴(kuò)散流量不再相等，且隨距離變化，這樣的擴(kuò)散稱之為非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。在非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程中，F(xiàn)ick定律具有如下形式:(2-27)

此式為Fick第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。在三維情況下，由于擴(kuò)散系數(shù)D在x、y、z方向上可能不同，故分別用Dx、Dy、Dz來(lái)表示。第六十六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理柯根達(dá)爾效應(yīng)Kirkendall和Smigelskas以實(shí)驗(yàn)證明，在銅－鋅合金中鋅的擴(kuò)散速率比銅大，即DZn>DCu或JZn>JCu，這個(gè)現(xiàn)象稱柯肯達(dá)爾效應(yīng)。第六十七頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理如果兩種不同金屬相接觸并發(fā)生擴(kuò)散，接觸界面要移向熔點(diǎn)低的金屬一側(cè)，并在低熔點(diǎn)金屬一邊形成分散的或集中的空位，其總數(shù)超過(guò)平衡空位濃度；而另一邊的空位濃度將減少至低于平衡空位濃度，因此也改變了晶體的密度?？驴线_(dá)爾試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)試樣的橫截面同樣發(fā)生了變化，如Ni-Cu金屬經(jīng)擴(kuò)散后，在原始界面附近銅的橫截面由于喪失原子而縮小，鎳的橫截面由于得到原子而膨脹。一般來(lái)說(shuō)，面心立方晶格的金屬相互擴(kuò)散時(shí)，常表現(xiàn)出具有柯肯達(dá)爾效應(yīng)，如Cr-Sn、Cu-Ni、Cu-Au、Cu-Ag、Fe-Ni、Ni-Co和Ni-Au等。有些體心立方晶格的金屬相互擴(kuò)散時(shí)，也具有這種現(xiàn)象，如Ti-Cr。第六十八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程中新相長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)在多相擴(kuò)散中包括以下兩個(gè)過(guò)程，一是原子擴(kuò)散過(guò)程，另一是界面上達(dá)到一定的濃度時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而形成新相的過(guò)程。反應(yīng)擴(kuò)散的特點(diǎn)是在相界面處產(chǎn)生濃度躍變，且躍變的濃度與狀態(tài)圖中相的極限溶解度相對(duì)應(yīng)。第六十九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程中新相長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)在溫度和壓力一定的情況下，根據(jù)相率有:F＝C－P(2-28)

在雙相區(qū)，P＝2，C＝2，故有F＝0。即在雙相區(qū)內(nèi)各相濃度不變。第七十頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程中新相長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)設(shè)純金屬A和B組成的擴(kuò)散試樣在各自的邊際固溶體中有極限溶解度，分別為Cαβ和Cβα(見(jiàn)右圖)，設(shè)界面處濃度為常數(shù)，且物質(zhì)沿x方向擴(kuò)散，則可以求出相界面ξαβ的移動(dòng)速度。當(dāng)界面由移動(dòng)到時(shí)，其物質(zhì)流量為:(2-29)第七十一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程中新相長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)則新相長(zhǎng)大的速度為:(2-30)第七十二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程中新相長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)經(jīng)過(guò)推導(dǎo)：也就是說(shuō)，新相界面移動(dòng)的距離與時(shí)間成拋物線關(guān)系。第七十三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程中新相長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)對(duì)于除了有邊界固溶體之外還有中間相出現(xiàn)的體系(見(jiàn)右圖)，設(shè)β相區(qū)寬度為Wβ，仿上述方法可得:

(2-38)對(duì)于多相體系，則有

(2-39)

其中:Wi為第i相的寬度;Bi為反應(yīng)擴(kuò)散的速度常數(shù)。第七十四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理反應(yīng)擴(kuò)散過(guò)程中新相長(zhǎng)大的動(dòng)力學(xué)根據(jù)Bi值得不同，有如下三種情況:①Bi＞0，即ξi，i+1－ξi-1，i＞0。說(shuō)明i相與i+1相的界面移動(dòng)比i-1相與i相的界面移動(dòng)快，此時(shí)i相出現(xiàn)，并按拋物線規(guī)律長(zhǎng)大;②Bi＝0，意味著相鄰兩相界面的移動(dòng)速度相等，此時(shí)Wi＝0，說(shuō)明i相不會(huì)出現(xiàn)，也就談不上長(zhǎng)大;③Bi＜0，則意味著i相的兩個(gè)界面之間的距離要縮小，所以此時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)i相。

第七十五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散常數(shù)

晶體中，原子從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置必須具有一定的能量Q，以便克服周圍原子對(duì)該原子的作用力。能量Q是原子脫離某位置所必須越過(guò)的能壘值，稱為原子的激活能。激活能的值取決于物質(zhì)本性、晶體點(diǎn)陣類型、激活原子種類等。此外晶體中的缺陷也與激活能有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，點(diǎn)缺陷的數(shù)量越多，激活能就越小。第七十六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散常數(shù)

實(shí)驗(yàn)表明，純金屬的自擴(kuò)散激活能Q與其熔點(diǎn)和熔化潛熱之間存在如下關(guān)系:Q＝150.7Tm(2-40)Q＝69.1Lm(2-41)

其中:Q為純金屬自擴(kuò)散激活能，單位為J/mol;Tm為金屬的熔點(diǎn)，單位為絕對(duì)溫度K;Lm為金屬的熔化潛熱，單位為J/mol。第七十七頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散常數(shù)

布佳科夫在研究了擴(kuò)散原子尺寸的影響后，提出了如下的經(jīng)驗(yàn)公式:Q＝Q0－α(V0－V)(2-42)

其中:Q和Q0分別為溶質(zhì)原子和溶劑原子的擴(kuò)散激活能，V0及V代表溶劑原子和溶質(zhì)原子的摩爾原子體積，α為系數(shù)。

(2-42)式僅考慮了尺寸因素，所以存在例外情況。第七十八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理擴(kuò)散激活能和擴(kuò)散常數(shù)

擴(kuò)散系數(shù)D在擴(kuò)散過(guò)程中并非常數(shù)，它與晶體結(jié)構(gòu)、原子尺寸、合金成份、溫度等因素有關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在其它條件一定的情況下，擴(kuò)散系數(shù)D與溫度T之間滿足如下關(guān)系:(2-43)

其中:擴(kuò)散常數(shù)D0和擴(kuò)散激活能Q與溫度無(wú)關(guān)。將上式取對(duì)數(shù)有:(2-44)

利用D與T在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)系中的線性關(guān)系，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定D0和Q的值，從而確定擴(kuò)散系數(shù)D與溫度T的關(guān)系。

第七十九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理空位擴(kuò)散機(jī)制換位擴(kuò)散機(jī)制間隙擴(kuò)散機(jī)制位錯(cuò)擴(kuò)散機(jī)制晶界擴(kuò)散機(jī)制表面擴(kuò)散機(jī)制第八十頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理空位擴(kuò)散機(jī)制在固態(tài)金屬中，每一溫度下都存在有一定濃度的空位。而空位的存在使其周圍的原子偏離平衡位置，勢(shì)能升高，因而原子跳入空位的勢(shì)壘降低，這樣原子跳入空位就比較容易?？瘴慌c相鄰原子不斷換位，就形

空位擴(kuò)散機(jī)制成了原子的擴(kuò)散遷移。

示意圖第八十一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理?yè)Q位擴(kuò)散機(jī)制有人設(shè)想擴(kuò)散是以相鄰原子交換位置的機(jī)制進(jìn)行的(見(jiàn)右圖)。Braune提出相鄰原子換位的條件是r＞r0。r為該原子熱振動(dòng)的振幅，r0為兩原子的平衡距離，是力學(xué)上的平衡點(diǎn)。第八十二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理間隙擴(kuò)散機(jī)制小尺寸的間隙原子在擴(kuò)散時(shí)由一個(gè)間隙位置跳到另一個(gè)間隙位置，從而造成原子的遷移（見(jiàn)右圖）。第八十三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理位錯(cuò)擴(kuò)散機(jī)制金屬晶體中存在大量的位錯(cuò)，位錯(cuò)線是晶格畸變的管道，互相聯(lián)通，形成位錯(cuò)網(wǎng)。擴(kuò)散原子通過(guò)位錯(cuò)管道進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)，激活能可以降低一半左右，所以位錯(cuò)成為擴(kuò)散的捷徑。并且位錯(cuò)線又是點(diǎn)缺陷的源頭和盡頭，空位移入位錯(cuò)線就消失，而結(jié)點(diǎn)原子跳入位錯(cuò)線就會(huì)形成空位。位錯(cuò)為金屬原子的空位擴(kuò)散機(jī)制提供了有利的條件，從而加速擴(kuò)散。第八十四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理晶界擴(kuò)散機(jī)制晶界、亞晶界和相界面都是金屬晶體中的面缺陷，一般具有幾個(gè)原子厚度。該處原子處于畸變狀態(tài)，易于跳動(dòng)。晶界到處與晶內(nèi)的位錯(cuò)網(wǎng)相連，小角度界面就是由位錯(cuò)組成的，擴(kuò)散原子沿界面的遷移更易于進(jìn)行。在溫度較低時(shí)，晶界擴(kuò)散比晶內(nèi)擴(kuò)散更快。第八十五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理表面擴(kuò)散機(jī)制金屬自由表面處于活性狀態(tài)，原子沿表面層跳動(dòng)比在晶內(nèi)易于進(jìn)行。金屬表面又存在大量位錯(cuò)露頭和晶界露頭，更有利于表面擴(kuò)散。所以表面擴(kuò)散激活能遠(yuǎn)低于體擴(kuò)散激活能。第八十六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理下表列出了銀的自擴(kuò)散激活能的實(shí)驗(yàn)值。由表可見(jiàn)，位錯(cuò)擴(kuò)散與晶界擴(kuò)散的激活能相近，僅有空位擴(kuò)散(體擴(kuò)散)激活能的一半，而表面擴(kuò)散激活能僅有體擴(kuò)散的1/4。

表2-6銀的自擴(kuò)散激活能(實(shí)驗(yàn)值)擴(kuò)散機(jī)制激活能(kJ/mol)空位機(jī)位位錯(cuò)機(jī)制晶界機(jī)制表面機(jī)制185～1938184.643.6第八十七頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理影響擴(kuò)散的因素由擴(kuò)散方程可以看出，決定擴(kuò)散速度的參數(shù)主要有兩個(gè)，一是擴(kuò)散系數(shù)D，二是濃度梯度?C/?x。許多因素都會(huì)影響到這兩個(gè)參數(shù)，從而影響到擴(kuò)散速度。

第八十八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理擴(kuò)散溫度如前所述，擴(kuò)散系數(shù)與溫度之間滿足式

所示的關(guān)系，對(duì)于任何元素，只要測(cè)出D0和Q的值，便可求出任意溫度下的擴(kuò)散系數(shù)D。基體金屬的性質(zhì)同一元素在不同基體金屬中擴(kuò)散時(shí)，其擴(kuò)散參數(shù)各不相同。一般規(guī)律是，基體金屬的結(jié)合越強(qiáng)，熔點(diǎn)就越高，其擴(kuò)散激活能就越大，擴(kuò)散也就越困難。第八十九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理擴(kuò)散元素的性質(zhì)不同元素在同一基體金屬中擴(kuò)散時(shí)，其擴(kuò)散參數(shù)也各不相同。一般規(guī)律是，擴(kuò)散元素在基體金屬中所造成的晶格畸變?cè)酱?，則擴(kuò)散就越容易，激活能也越小。所以，擴(kuò)散元素與基體金屬的原子半徑相差越大，固溶度越小，擴(kuò)散就越快。擴(kuò)散元素的濃度擴(kuò)散系數(shù)D與擴(kuò)散元素的濃度有關(guān)，濃度越高，則D值越大，擴(kuò)散就越快。第九十頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理合金元素在基體金屬中含有其它合金元素時(shí)，會(huì)對(duì)擴(kuò)散產(chǎn)生很大影響。例如:對(duì)于碳在γ-Fe中的擴(kuò)散，Cr、Mo、W強(qiáng)烈阻礙碳的擴(kuò)散，而Si、Mn、Al的影響則不大。晶格類型同一元素在不同晶格的基體金屬中擴(kuò)散時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)大不相同，并且擴(kuò)散具有各向異性。這在六方晶格金屬中比在立方晶格金屬中表現(xiàn)的更為明顯。在密排六方金屬中平行于Z軸的擴(kuò)散要比垂直于Z軸的擴(kuò)散快一些。

第九十一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理固溶體類型在不同類型的固溶體中，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速度不同，這與擴(kuò)散機(jī)制有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，間隙固溶體中的擴(kuò)散快于置換固溶體中的擴(kuò)散，而缺位固溶體中的擴(kuò)散也快于置換固溶體中的擴(kuò)散。晶體缺陷金屬晶體中的空位、位錯(cuò)、晶界和表面等晶體缺陷在擴(kuò)散過(guò)程中起著重要的作用。增加缺陷密度會(huì)加速金屬原子和置換原子的擴(kuò)散，而對(duì)于間隙原子來(lái)說(shuō)，一方面會(huì)加速其擴(kuò)散，另一方面會(huì)促使其偏聚，反而阻礙其擴(kuò)散，所以變化比較復(fù)雜。第九十二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日擴(kuò)散的基本概念和基本原理磁性轉(zhuǎn)變研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)合金在居里點(diǎn)以下表現(xiàn)為鐵磁狀態(tài)時(shí)，擴(kuò)散激活能較大，因而擴(kuò)散要慢一些，而當(dāng)其在居里點(diǎn)以上表現(xiàn)為順磁狀態(tài)時(shí)，擴(kuò)散激活能較小，因而其擴(kuò)散要快一些。其它因素在固態(tài)金屬中如果存在應(yīng)力差，溫度差和電勢(shì)差等，也會(huì)影響到擴(kuò)散過(guò)程。預(yù)先熱處理和冷加工會(huì)改變晶體缺陷的密度和分布，也會(huì)對(duì)擴(kuò)散產(chǎn)生影響。在多相組織中，第二相的形態(tài)、尺寸、數(shù)量和分布也將對(duì)擴(kuò)散產(chǎn)生影響?？傊绊憯U(kuò)散的因素是多方面的，對(duì)于具體情況要做具體分析。釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散第九十三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散

根據(jù)擴(kuò)散定律，釬焊時(shí)釬料向母材中的擴(kuò)散可確定如下:(2-56)

其中：dm－釬料組分的擴(kuò)散量；D－擴(kuò)散系數(shù)；

S－擴(kuò)散面積；dt－擴(kuò)散時(shí)間；

dC/dx－在擴(kuò)散方向上擴(kuò)散組分的濃度梯度。由上式可見(jiàn)，釬料組分的擴(kuò)散量與濃度梯度、擴(kuò)散系數(shù)、擴(kuò)散時(shí)間和擴(kuò)散面積有關(guān)。擴(kuò)散自高濃度向低濃度方向進(jìn)行，當(dāng)釬料中某組元的含量比母材中高時(shí)，由于存在濃度梯度，就會(huì)發(fā)生該組元向母材金屬中的擴(kuò)散。濃度梯度越大，擴(kuò)散量就越多。第九十四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散

表2-7列出了幾種元素在285℃下在鉛中的擴(kuò)散系數(shù)，數(shù)據(jù)表明，原子半徑越小，擴(kuò)散系數(shù)就越大。而當(dāng)合金元素存在且其與擴(kuò)散元素的親和力比與基體金屬的親和力更大時(shí)，就可能使擴(kuò)散系數(shù)減小，反之，則可能使擴(kuò)散系數(shù)增大。表2-7285℃下幾種元素在鉛中的擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散元素原子直徑(A)擴(kuò)散系數(shù)(cm2/Sec)AgCdSbSn1.441.521.611.689.1×10-82.0×10-96.4×10-101.6×10-11第九十五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散

用Cu釬焊Fe時(shí)，會(huì)發(fā)生液態(tài)Cu向Fe中的擴(kuò)散。右圖給出了在1100℃下Cu在Fe中的分布。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，不但Cu的擴(kuò)散深度增大，而且擴(kuò)散層中的Cu含量也增多。

銅釬焊鐵時(shí)，銅在擴(kuò)散區(qū)中的分布1.保溫1分鐘，2.保溫1小時(shí)

第九十六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散

用Al-28Cu-6Si釬料釬焊Al時(shí)，也可發(fā)現(xiàn)釬料組分向母材鋁合金中擴(kuò)散的現(xiàn)象(見(jiàn)右圖）。在釬縫中靠近界面處的母材上可以看到一條與釬縫平行的明亮條帶，它是釬焊時(shí)液態(tài)釬料中的Si和Cu向母材Al中擴(kuò)散而形成的固溶體。

Al-28Cu-6Si釬料釬焊鋁合金時(shí)的金相組織第九十七頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散

上述擴(kuò)散現(xiàn)象均為體擴(kuò)散。如果擴(kuò)散進(jìn)入母材的釬料組分濃度在飽和溶解度之內(nèi)，則形成固溶體組織，這對(duì)接頭的性能沒(méi)有不良影響。若冷卻時(shí)擴(kuò)散區(qū)發(fā)生相變，則組織會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，并因此而影響到接頭的性能。

第九十八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散

當(dāng)采用含硼鎳基釬料釬焊不銹鋼和高溫合金時(shí)，就可能發(fā)生硼向母材晶間滲入的情況(見(jiàn)下圖)。晶間滲入的產(chǎn)物大都比較脆，會(huì)對(duì)釬焊接頭產(chǎn)生極為不利的影響，尤其是在釬焊薄件時(shí)，晶間滲入可能貫穿整個(gè)焊件厚度而使接頭脆化，因此應(yīng)盡量避免接頭中產(chǎn)生晶間滲入。

含硼鎳基釬料釬焊不銹鋼時(shí)的晶間滲入

除了體擴(kuò)散之外，釬焊時(shí)也可能發(fā)生釬料組分向母材的晶間滲入的情況。第九十九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散

表2-9給出了幾種釬焊接頭出現(xiàn)晶間滲入的實(shí)例。由表可見(jiàn)，釬料和母材所構(gòu)成的狀態(tài)圖中都具有低熔點(diǎn)共晶體(見(jiàn)圖2-20(a)和(b))。

表2-9幾種釬料－母材體系中出現(xiàn)的晶間滲入

母材釬料系統(tǒng)狀態(tài)圖類型釬料的溶解度晶間滲入ZnBiNiNiCuSnSnNi-4BNi-3BeNi-8PZn-SnB-SnBi-BNi-BeCu-P圖2-20(a)圖2-20(a)圖2-20(b)圖2-20(b)圖2-20(b)~0.1~0.102.71.75中等中等強(qiáng)烈中等中等第一百頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散

圖2-20產(chǎn)生晶間滲入的系統(tǒng)典型狀態(tài)圖(a)簡(jiǎn)單共晶型，(b)存在中間相型第一百零一頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散

晶間滲入的產(chǎn)生是因?yàn)樵谝簯B(tài)釬料與母材接觸中，釬料組分向母材中擴(kuò)散，由于晶界處空隙較多，擴(kuò)散速度較快，結(jié)果造成了在晶界處首先形成釬料組分與母材金屬的低熔點(diǎn)共晶體。由于其熔點(diǎn)低于釬焊溫度，這樣就在晶界處形成了一層液態(tài)層，這就是所謂的晶間滲入。

第一百零二頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散從理論上來(lái)看，液態(tài)釬料要滲入到多晶體固態(tài)母材的晶界中去，就必須滿足如下條件:σGB≥2σLScos(θ/2)(2-58)

其中:σGB－多晶體晶界的界面能，也稱界面張力；

σLS－液態(tài)釬料與固態(tài)母材之間的界面能，即固液相界面張力。在多晶體內(nèi)，當(dāng)液相與固相達(dá)到平衡時(shí)(見(jiàn)圖2-21)，上式可以寫成:σGB＝2σLScos(θ/2)(2-59)

或cos(θ/2)＝σGB/2σLS(2-60)

其中:θ為二面角。當(dāng)σLS≥σGB/2

時(shí)，上式可以求解。產(chǎn)生晶間滲入時(shí)的界面張力平衡條件

第一百零三頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊過(guò)程中釬料組分與母材之間的擴(kuò)散隨著界面能之比σGB/σLS的增大，二面角θ將由180°向0°轉(zhuǎn)變。當(dāng)θ＜90°時(shí)可以認(rèn)為液態(tài)釬料能夠滲入到固態(tài)母材的晶界而產(chǎn)生晶間滲入。例如在1100℃下用Cu釬焊鋼時(shí)，γ-Fe奧氏體晶界的界面張力為0.85N/m，而γ-Fe和液態(tài)Cu之間的界面張力為0.43N/m，按(2-60)式計(jì)算可得，θ≈17.5°。也就是說(shuō)，液態(tài)Cu能夠潤(rùn)濕γ-Fe晶界而發(fā)生晶間滲入，這同實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是吻合的。釬焊接頭的金屬學(xué)形態(tài)第一百零四頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊接頭的金屬學(xué)形態(tài)

釬縫組織的不均勻性由于釬料與母材之間的相互作用，不但使釬縫的成份與釬料原有的成份不同，而且使釬縫的組織也與原始釬料的組織產(chǎn)生差異。釬縫的成份和組織常常是不均勻的，一般由三個(gè)區(qū)域組成(見(jiàn)右圖)，即：母材上靠近界面的擴(kuò)散區(qū)，與之相鄰的釬縫界面區(qū)和釬縫中心區(qū)。釬縫組織示意圖1-擴(kuò)散區(qū)，2-界面區(qū)，3-釬縫中心區(qū)第一百零五頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊接頭的金屬學(xué)形態(tài)

釬縫組織的不均勻性擴(kuò)散區(qū)是由釬料組分向母材中擴(kuò)散所形成的；界面區(qū)是母材組分向釬料中溶解并冷卻后形成的，它可能是固溶體或金屬間化合物；釬縫中心區(qū)由于母材的溶解和釬料組分的擴(kuò)散以及結(jié)晶時(shí)的偏析，其組織也不同于釬料的原始組織成分，釬縫間隙較大時(shí)，該區(qū)的組織形態(tài)與釬料原始組織形態(tài)比較接近，而間隙小時(shí)，則二者之間可能存在極大的差別。例如：用Ni-Cr-B-Si釬料釬焊不銹鋼的小間隙釬縫時(shí)，釬料本身為包晶組織，而釬縫卻由固溶體組成。第一百零六頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊接頭的金屬學(xué)形態(tài)結(jié)合區(qū)的組織形態(tài)母材與釬料的結(jié)合可以形成多種多樣的組織形態(tài)。在構(gòu)成釬縫的三個(gè)區(qū)域中，界面區(qū)的情況是最復(fù)雜的，并且加熱溫度和加熱時(shí)間等因素的影響使其進(jìn)一步復(fù)雜化，并且對(duì)接頭的性能也產(chǎn)生很大的影響。利用二元體系分析還是基本的方法！?。。〉谝话倭闫唔?yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊接頭的金屬學(xué)形態(tài)表2-10二元和金系的相互溶解度溶解度特征二元系結(jié)晶狀態(tài)無(wú)變化的完全互溶系A(chǔ)g-Au，Ag-Pd，Au-Pd，Ni-Pd，Pt-Rh，Cr-Mo，Cu-Ni，Ir-Pt，Mo-W高溫下完全互溶，低溫下產(chǎn)生同素異形轉(zhuǎn)變或形成化合物體系Ni-Pt，F(xiàn)e-V，F(xiàn)e-Pt，F(xiàn)e-Pd，F(xiàn)e-Ni，Cu-Pt，F(xiàn)e-Mn，Cu-Pd，Cr-Fe，Co-Ni，Cu-Mn，Co-Fe，Cd-Fe，Cd-Mg，Au-Pt，Au-Cu，Ni-Mn大溶解度的體系（用原子%表示）Ag中含Cd42%，Li中含Hg75%，Ag中含Hg36%，Cu中含Zn38%，Ag中含Pt40%，Ni中含Zn40%，Al中含Zn66%，Cr中含Ni47%，Pd中含In67%中等溶解度的體系Ni中含W16%，F(xiàn)e中含Zn18%，Cu中含Be16%，Ni中含Ta16%，Ni中含Sn10%，Ni中含Be15%，F(xiàn)e中含Si25%，F(xiàn)e中含Ge18%，Cu中含Sn9%，Mg中含Pb8%小溶解度的體系Cu中含Zr0.6%，α-Fe中含Cu1.2%，Cu中含Ti5.6%，Sn中含Pb1.5%極小溶解度的體系W中含Ni，Sn中含Ni，Si中含Ni，Zn中含Mn，Zn中含Mg，Sn中含Mg，Ni中含Mg，Cu中含B第一百零八頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊接頭的金屬學(xué)形態(tài)固溶體類型的界面區(qū)組織

結(jié)晶系相同(晶格類型相同)，原子半徑相近的元素間大多可以以任意比例固溶，這類金屬間的界面成份從一側(cè)到另一側(cè)連續(xù)變化。Ni-Cu系的熔化溫度連續(xù)變化，濃度也連續(xù)變化，在一個(gè)大晶粒內(nèi)部的濃度也有所變化。銅-鎳二元合金狀態(tài)圖第一百零九頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊接頭的金屬學(xué)形態(tài)固溶體類型的界面區(qū)組織

Cu-Mn系在Mn含量為35%時(shí)有最低熔點(diǎn)。二者的接觸面在這一最低點(diǎn)處溶解(接觸溶解)，凝固時(shí)如圖分為各相。銅-錳二元合金狀態(tài)圖銅釬焊錳時(shí)的組織形態(tài)

第一百一十頁(yè)，共一百二十五頁(yè)，2022年，8月28日釬焊接頭的金屬學(xué)形態(tài)固溶體類型的界面區(qū)組織當(dāng)釬料與母材為同基的合金時(shí)，在界面區(qū)也常常形成固溶體組織。鋁-硅二元合金狀態(tài)圖

鋁