超声波振动下SiC陶瓷颗粒与Zn-Al液态合金的相互作用机制.pdf

第４４卷第２期—２０１６年２月第２８３４页材料工Ｊｏｕｒｎａ１ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ程ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏ１．４４Ｎｏ．２—Ｆｅｂ．２０１６ＰＰ．２８３４超声波振动下ＳｉＣ陶瓷颗粒—与ＺｎＡｌ液态合金的相互作用机制ＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍＢｅｔｗｅｅｎＳｉＣ—ＣｅｒａｍｉｃＰａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄＬｉｑｕｉｄＺｎＡ１ＡｌｌｏｙＵｎｄｅｒＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＶｉｂｒａｔｉｏｎ张洋，宋博瀚，闰久春（１石家庄铁道大学河北省交通工程材料重点实验室，石家庄０５００４３；２哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨１５０００１）——ＺＨＡＮＧＹａｎｇ，ＳＯＮＧＢｏｂａｎ，ＹＡＮＪｉｕｃｈｕｎ（１ＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｒａｆｆｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＴｉｅｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５００４３，Ｃｈｉｎａ；２ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＷｅｌｄｉｎｇａｎｄＪｏｉｎｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）—摘要：采用半固态机械搅拌结合超声波振动过程制备了ＳｉＣ颗粒增强的ｚｎＡｌ合金复合材料，研究了超声波作刷下ＳｉＣ—陶瓷颗粒与液态ｚｎ－Ａ１合金的相互作用机制。结果表明，超声波作用在ｚｎ基复合材料上可以在液态ｚｎＡｌ合金内产生—强烈的空化作用，空化作用可以破坏ＺｗＡ１合金表面的氧化物及陶瓷颗粒表面吸附的气膜，使ＺｎＡｌ合金润湿裸露的—ＳｉＣ陶瓷颗粒表面并形成冶金结合。在超声振动下，ＳｉＣ颗粒与ｚｎＡ１合金界面非常平直且洁净，没有孔洞存在，是一种润湿型结合界面。”关键词：超声波振动；ｓｉｃ／ｚＡｌ复合材料；润湿机制；微观结构—ｄｏｉ：１０．１１８６８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１４３８１．２０１６．０２．００５中图分类号：ＴＧ４５６．９文献标识码：Ａ—文章编号：１００１－４３８１（２０１６）０２００２８０７——Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＺｎＡ１ａｌｌｏｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈＳｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｓｅｍｉｓｏｌｉｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｉｒｒｉｎｇｗｉｔｈｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．ＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＳｉＣｃｅｒａｍｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄ—ｌｉｑｕｉｄＺｎＡＩａｌｌｏｙｗｉｔｈａｉｄｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ——ｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｍｐｏｓｅｄｏｎｔｈｅＺｎｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃａｎｃａｕｓｅｈｉｇｈｃａｖｉｔａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｎｔｈｅｌｉｑｕｉｄＺｎＡ１—ａｌｌｏｙｗｈｉｃｈｄｉｓｒｕｐｔｓｓｕｒｆａｃｅｏｘｉｄｅｓｏｎｔｈｅＺｎＡ１ａｌｌｏｙａｎｄｇａｓｆｉｌｍｓａｄｓｏｒｂｅｄｏｎｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｔｈｅｒｅｂｙ—ａｌｌｏｗｉｎｇｔｈｅＺｎＡ１ａｌｌｏｙｔｏｗｅｔｔｈｅｂａｒｅＳｉＣｃｅｒａｍｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｓｓｕｒｆａｃｅａｎｄｆｏｒｍａｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｂｏｎｄ．ＴｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎＳｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄＺｎ～Ａｌａｌｌｏｙｉｓｒａｔｈｅｒｐｌａｎｅａｎｄｃｌｅａｎｗｉｔｈｎｏｖｏｉｄｓ．Ｗｈｉｃｈ————ｍｅａｎｔｈａｔａｗｅｔｔｙｐｅｂｏｎｄｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒｍｓｂｅｔｗｅｅｎＳｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄＺｎＡ１ａｌｌｏｙｕｎｄｅｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ＳｉＣ／ＺｎＡ１ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｗｅｔｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ高体积分数颗粒增强铝基复合材料具有低密度，高导热性能，与半导体及芯片材料的热膨胀性能匹配等优势，在电子及热控等领域受到广泛的关注和研究，主要用作微处理器盖板、微波及光电器件基座、高功率衬底等。为了使复合材料制成复杂的构件，具备使用价值，许多人研究复合材料的连接问题。复合材料中陶瓷增强相与基体金属之间的物理、化学性能差异很大，焊接性较差，难以获得理想的焊接接头ｊ。国内外对铝基复合材料的焊接研究多集中在熔化焊、固相焊及钎焊等领域。采用电弧焊或激光焊等熔化焊焊接方法来连接颗粒增强的铝基复合材料时存在的主要问题是其可焊性很差。复合材料熔化后黏度很高，流动性较差，焊缝很难成型。与熔化焊接等方式相比，高体积３４材料工程２０１６年２月［１３］［１４］［１５］［１６］ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：Ｂ，２０１２，１７７（２０）：１７５９１７６３．—ＸＵＨＢ，ＸＩＮＧＱＸ，ＺＥＮＧＹＩ，ｅｔａ１．ＳｅｍｉｓｏｌｉｄｓｔｉｒｒｉｎｇｂｒａｚｉｎｇｏｆＳｉＣＰ／Ａ３５６ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈＺｎ２７ＡＩｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌｉｎａｉｒ［Ｊ］．ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＷｅｌｄｉｎｇａｎｄＪｏｉｎｉｎｇ，２０１１，１６—（６）：４８３４８７．ＸＵＺＷ，ＹＡＮＪＣ，ＺＨＡＮＧＢＹ，ｅｔａ１．ＢｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｏｘｉｄｅｆｉｌｍａｔｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｉｄｅｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆＺｎＡｌａｌｌｏｙａｎｄＡ１ｚＯ３ｐ／６Ｏ６１Ａ１ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎａｉｒ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ—Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ：Ａ，２００６，４１５（１２）：８Ｏ一８６．—ＺＨＡＮＧＹ，ＹＡＮＪＣ，ＷＵＱ．Ｕｈｒａｓｏｎｉｃｂｒａｚｉｎｇｏｆｈｉｇｈｆｒａｃ—ｔｉｏｎｖｏｌｕｍｅｏｆＳｉＣｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄａｌｕｍｉｎｉｕｍｍａｔｒｉｘｃｏｒｎｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，２５（３）：—３７９３８２．丁文江，徐小平，邓祖成．ＳｉＣ颗粒真空处理对铸造铝基复合材—料制备过程的影响［Ｊ］．中国有色金属学报，１９９３，３（３）：５２５３．—ＤＩＮＧＷＪ，ＸＵＸＰ，ＤＥＮＧＺＣ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｖａｃｕｕｍｂａｋｉｎｇｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｏＳｉＣｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓｏｎｐｒｅｐａｒｉｎｇＡ１一ｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＳｏｃｉｅｔｙｏｆＣｈｉｎａ，１９９３，—３（３）：５２５３．［１７］潘蕾，陶杰，陈照峰，等．高能超声在颗粒／金属熔体体系中的声学效应口］．材料工程，２００６，（１）：３５～４２．ＰＡＮＬ，ＴＡＯＪ，ＣＨＥＮＺＦ，ｅｔａ１．Ａｃｏｕｓｔｉｃｅｆｆｅｃｔｏｆｈｉｇｈｉｎｔｅｎｓｉｔｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｉｎｐａｒｔｉｃｌｅｓ／ｍｅｔａｌｍｅｌｔ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉ—ａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００６，（１）：３５４２．基金项目：河北省高校重点学科建设项目资助；２０１４年国家级大学生创新创业训练计划项目资助（２０１４１０１０７０２１）——收稿日期：２０１４－０９０４；修订日期：２０１５－０４２５通讯作者：张洋（１９８Ｏ一），女，博士，主要从事金属基复合材料的焊接研究，联系地址：河北省石家庄市北二环东路１７号石家庄铁道大学材料—学院（０５００４３），Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｙａｎｇｈｉｔ＠１６３．ｃｏｒｎ