snbi系合金熔体结构转变及其对凝固和润湿性的影响

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1、Sn—Bi系合金熔体结构转变及其对凝固和润湿性的影响摘要多年来，合金熔体过热处理得到了广泛而深入的研究，结果表明通过适当的熔体过热处理可以显著改善一些合金的组织和性能。虽然人们将熔体过热对凝固的影响作用归结于熔体结构状态的变化，但其本质及规律并不十分明了。近年，液态结构转变的发现与研究，为液一固依存关系的认知提供了一个新的契机，同时也避免了工艺探索上的盲目性，但对于熔体结构转变及其对凝固、合金性能影响的规律及本质仍需进一步探索。作为一种典型的二元共晶型合金和无铅钎料，Sn．Bi合金及以其为基的材料具有重要的研究及应用价值。本文采用电阻法研究了Sn．40％Bi合金在恒温和升温过程中

2、熔体结构转变的动力学行为，并运用相变动力学理论和热力学理论对其转变特征、机制与本质进行了理论分析与探讨。此外，本文通过凝固和铺展实验进一步揭示了Sn．Bi合金熔体结构转变与凝固组织及润湿性之间的联系。主要内容及结论归纳如下：(1)通过对Sn一40％Bi合金在不同恒温温度下熔体结构转变过程的动力学行为进行相变动力学分析，所得结论认为其电阻率随时间的变化规律与“自动催化"模式相符，转变过程属于形核一长大类型。此外，基于变速升温电阻率实验结果，运用Kissinger方程求出了Sn．40％Bi合金熔体结构转变开始温度处的表观激活能Ek，其较小的数值表明结构转变过程主要是局域原子的重排。(

3、2)以熔体结构转变为切入点，研究了Sn．40％Bi合金在简单过热处理下凝固行为和凝固组织的变化规律，结果表明运用熔体过热工艺来改变合金凝固行为，需要有合适的过热度及相应的保温时间，否则难以达到最佳效果。一定过热度及相应保温时间所引起的熔体结构转变导致凝固过冷度增大、晶粒明显细化且组织形态也发生改变。简单过热处理导致凝固组织的细化，其本质是由于熔体结构转变后的更加均匀、无序的熔体在更大的过冷度下凝固。(3)选择两种典型无铅焊料Sn．57％Bi和Sn．57％Bi．1％Ag，通过电阻法研究发现两合金均在液相线以上一定温度范围内发生液态结构转变且部分可逆，并且结构转变后的凝固组织发生显著

4、变化，再次验证了温度诱导熔体结构转变对凝固有较大的影响。此外，通过以不同方法制备(即熔体结构转变前和转变后凝固获得)的两种无铅焊料在铜板上施焊，初步探索了熔体结构转变对润湿性能的影响，发现熔体结构转变可以显著改善合金的润湿性能。本文的研究结果不仅有助于进一步地认识液态物质结构与性质，同时也为研发新型合金材料、开拓及改进材料加工工艺方法提供了科学依据。关键词：电阻率、熔体结构转变、凝固、润湿性、Sn．Bi合金TheStructureTransitionofSn．BiMeltsandtheEffectsonSolidificationandWettabilityAbstractove

5、rheatingtreatmentofalloymeltshasbeenwidelystudiedformanyyears，andithasbeenfoundthatthestructuresandpropertiesofsomealloyscouldbeobviouslyimprovedbysuchpropertreatment．Thoughtheeffectofoverheatingtreatmentonsolidificationisoftenascribedtothechangeofthemelt’Sstructurestate，itsnatureandrulesares

6、tillunclear．Inrecentyears，thediscoveryandresearchesofliquidstructuretransitionprovidethenewchanceandroadtorecognizetheintrinsicnatureoftheliquid．solidcorrelation．Butthecharacteristicandmechanismofthemeltstructuretransitionanditseffectonsolidificationstillneedtobeexploredfurther．Inaddition，asa

7、nexampleofappliedfieldofliquid．solidcorrelations，Sn．Bi．basedalloys，akindoflead—freesolder，werealsoselectedintheinvestigationofthispaper．Inthispaper，thekineticsoftemperature—inducedliquid-liquidstructuretransition(TI．LLST)processinSn一40％Bimelt