界面连接及其界面行为知识点

研究界面行为的必要性：
分析连接接头的形成机制阐明连接接头的形成原理保证提高连接质量
在气体吸附层之下为3--4nm厚的氧化膜层，常由氧化物的水合物、氢氧化物和碱式碳酸盐等成分组成
润湿：是指液体与固体接触后造成体系（固体+液体）自由能降低的过程。

⏹浸湿（浸渍润湿）沾湿（附着润湿）铺展润湿
PA=2σ/r 可见附加压力与表面张力成正比,与界面曲率半径成反比。

钎缝不致密性缺陷：钎缝中的夹气、夹渣、夹气夹渣、气孔和未钎透等。

直接测量接触角的困难和不精确性,所以在工程上还经常采用测量铺展面积、润湿时间和润湿力等方法。

影响钎料润湿性的因素：热力学观点来看,界面张力即比表面自由焓,它与各相的物性、成份、温度有关,所以润湿角必然受这些因素的影响。

从动力学观点来看,润湿角必然受时间的影响。

第二章
推动力：浓度梯度（化学位梯度)
分类：一是母材向液态钎料中的溶解；二是钎料组分向固态母材中的扩散
般可将扩散现象可以分成自扩散和互扩散两类。

互扩散还可以分成“原子扩散”和“反应扩散”两类
●按照扩散优先发生的部位来划分，又可分为晶内扩散（体扩散）晶界扩
散表面扩散晶格内面扩散（网格状扩散）选择性扩散
激活能的值取决于物质本质、晶体点阵类型、激活原子种类等
扩散系数D在扩散过程中并非常数，它与晶体结构、原子尺寸、合金成份、温度等因素有关
一般有如下这些机制：空位扩散机制换位扩散机制间隙扩散机制位错扩散机制晶界扩散机制表面扩散机制
影响因素：扩散温度、基体金属的性质、扩散元素的性质、扩散元素的浓度、合金元素、晶格类型、固溶体类型、晶体缺陷、磁性转变、其他因素.
钎料组分的扩散量与浓度梯度、扩散系数、扩散时间和扩散面积有关
钎缝的成份和组织常常是不均匀的，一般由三个区域组成(见右图)，即：母材上
靠近界面的扩散区，与之相邻的钎缝界面区和钎缝中心区。

第三章
为去除材料表面的氧化膜，可以采用物理的方法和化学的方法
金属表面的氧化膜的去除分为两个阶段，首先是钎前去膜，其次是钎焊时去膜。

氧化膜的去除机制因去膜方式和材料的差异而不同，大体上有以下几种方式：
机械刮擦——使氧化膜破碎
物理方式：
超声波振动——使氧化膜脱落
化学方式
常用硬钎剂：以硼砂、硼酸酐及其混合物为基体，添加碱金属或碱土金属的氟化物、氟硼酸盐等组元构成钎剂
常用软钎剂可以分为：
无机盐类软钎剂
⏹无机软钎剂
无机酸类软钎剂
树脂基软钎剂（以松香为主体）
⏹有机软钎剂
非树脂基软钎剂
免清洗钎剂
⏹其他水溶性钎剂
醇溶性钎剂
无机盐类软钎剂中最常用的是氯化锌和氯化铵，主要用于配合锡铅钎料钎焊钢、铜及铜合金。

无机酸类软钎剂主要有磷酸、盐酸和氢氟酸等
机软钎剂分为松香基软钎剂和非松香基软钎剂。

非松香基软钎剂：以有机物为主体，但不含有松香等树脂类物质的软钎剂。

这类钎剂的组成成分主要包括以下几类物质：
⏹有机醇
⏹有机酸
⏹有机卤化物
⏹有机胺和氨类化合物
氯化物钎剂主要含有三类物质：碱金属及碱土金属的氯化物碱金属及碱土金属的氟化物重金属的氯化物
第四章
钎焊接头虽然是依靠钎料熔化后填满间隙而形成的，但它的强度并非简单地由钎料的强度所决定，其强度还取决于焊过程中的各种金属学因素、工艺因素、接头结构因素和使用因素。

钎焊接头可能有各种形式。

但就其两被连接工件之间的相对位置来看，不外乎为对接、搭接、角接和T型接头几种基本形式。

确定接头间隙时要考虑以下几方面的因素：母材与钎料的匹配及其机械性能，钎焊接头的形式钎料与母材间的相互作用，钎焊缺陷及钎着率等
在确定钎焊间隙时除了要考虑材料热膨胀系数差异的影响之外，还要考虑下列因素的影响:
母材与钎料之间的相互作用程度钎剂工件表面粗糙度接头长度
第五章
不同材料在给定的连接工艺条件下，能否形成优质接头主要取决于被连接材料的物理性能、化学性能、化学成分和工艺措施。

扩散连接接头质量不仅与连接温度、连接时间、压力、真空度、连接表面状态等工艺因素有关，更重要的是和材料的物理化学性能有关。

异种材料扩散连接时，两种材料的晶体结构、原子直径、元素的电负性等直接
决定能否在界面产生元素扩散，从而决定能否进行连接。

材料的晶体类型与性质
1 离子型晶体
(2) 原子型晶体
(3) 分子型晶体
(4) 金属型晶体
相图是描述系统的状态、温度、压力及元素成分之间关系的一种图解，
扩散连接过程可以大致分为物理接触、接触表面的激活、扩散及形成接头三个过程。

扩散连接过程中，氧化膜的消除有以下途径：解吸升华溶解表面变形去膜化学反应
过渡液相连接大致可分为以下三个阶段。

1、液相的生成
2 、等温凝固过程
3 、成分均匀化
热应力的影响因素1）材料因素2）接头形状因素（3）温度分布的影响
第六章
热裂纹包括焊缝热裂纹、HAZ液化裂纹和再热裂纹。

第七章
、钛合金的成分
1.α-钛合金
β-钛合金
α+β钛合金
TiAl具有密度小、弹性模量高和抗氧化性能好等特点。

因此，它是一种很有应用前景的航空与航天高温材料。

但由于其室温塑性差，无法直接用于生产。

研究结果表明，合金化和微观组织的控制可改善其室温塑性。

此外，提高合金程度的纯度也有助于提高其塑性。

TiAl与40Cr钢直接扩散连接界面层的形成及长大过程可分为四个阶段：
）物理接触阶段TiC及脱碳层的形成阶段Ti3Al+FeAl+FeAl2层形成阶段4）各反应层的成长阶段
TiAl/Ti界面层的形成过程1）形成界面的有效物理接触2）生成Ti（ss.Al）层3）形成（Ti3Al+TiAl）层4）各反应层长大
第八章
新型陶瓷具有耐高温、抗腐蚀、耐磨及尺寸稳定、弹性模量大、热膨胀系数小、密度低和化学性质稳定等特点，但由于陶瓷塑性差，冷加工困难，不易制成大型或形状复杂的构件，因而其单独使用受到一定限制。

陶瓷连接的主要问题：（1）陶瓷和金属很难润湿
（2）界面存在很大的热应力
（3）容易生成脆性化合物（4）界面化合物很难进行定量分析（5）缺少数值模拟的基本数据
（6）接头强度的影响因素、质量控制方法
及其可靠性评价缺乏系统研究
2.影响因素
（1）连接温度的影响（2）连接时间（3）连接压力的影响
（4）表面加工状态的影响（5）连接气氛的影响
连接气氛是指被连接的陶瓷与金属在扩散连接过程中所处的环境，主要有真空、惰性气氛和氧化性气氛三种类型
的影响
（6）中间层选择的影响
Al2O3与其它金属的扩散连接
1.直接扩散连接
2采用中间层进行扩散连接
扩散连接工艺对接头性能的影响
1.表面状态的影响
2.环境气氛的影响
3.连接温度的影响
.SiC/Ti的界面反应
主要包括四个方面：（1）界面反应相的变化过程2）界面反应相的形成条件（3）反应相的成长规律4) 接头的力学性能
SiC/TiAl的扩散连接
反应相的形成过程
（1）表面物理接触阶段
（2）TiC层出现阶段
（3）（Ti5Si3Cx +TiC)层出现阶段
（4）各反应层的成长
连接条件对反应层厚度的影响
连接压力的影响
连接时间的影响
连接温度的影响。