Исследование взаимодействия железа и низкоуглеродистой стали с жидким галлием

ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................... 7 1 Анализ литературных данных .................................................................... 8 1.1 Взаимодействие жидких и твердых металлов .................................... 8 1.2 Основы теории диффузии ................................................................... 14 1.3 Реактивная диффузия в металлах и сплавах, кинетика образования промежуточных фаз ...................................................................... 17 1.4 Особенности взаимодействия расплавов галлия и твердых металлов ............................................................................................... 23 1.5 Применение припоев на основе галлия............................................. 24 2 Методика исследований ........................................................................... 26 2.1 Диаграмма состояния исследуемой системы ................................... 26 2.2 Схема эксперимента ............................................................................ 28 2.3 Исходные материалы и технологии получения образцов .............. 29 2.4 Металлографические исследования .................................................. 32 2.5 Исследования элементного и фазового состава .............................. 33 2.6 Определение микротвердости ........................................................... 34 3 Экспериментальные данные ..................................................................... 36 3.1 Исследование фазообразования в системе Ga–Fe ........................... 36 3.2 Элементный состав продуктов взаимодействия ............................... 38 3.3 Микротвердость фазовых и структурных составляющих .............. 43 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................ 48 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ......................................... 49 ?

1 Ким, С. Л. Стадии взаимодействия жидкого металла с твердым / С. Л. Ким; Томск: Вестник Томского государственного архитектурно строительного университета, 2017. – 150 с. 2 Долгов, Ю.С. Вопросы формирования паяного шва / Ю. С. Долгов, Ю. Ф. Сидихин; – М. : Машиностроение, 1973. – 136 с. 3 Стеклова, Е. О. Исследование биметаллических соединений методом термо¬эдс / Е. О. Стеклова, С.Л. Ким, С. Д. Соловьев, Д. В. Сурнин // Сварочное производство. – Томск, 2010. – № 3. – С. 15–18. 4 Шушков, А. А. Физико-механические свойства сталей и переходной зоны биметаллических соединений / А. А. Шушков, С. Л. Ким // Известия Туль¬ского государственного университета естественных наук; – Тула, 2011. – 7 с. 5 Дементьев, В. Б. Ким, С. Л. Исследование физико-механических свойств биметаллических соединений методом наноидентирования // Аналити-че¬ское оборудование и метрология в наноинженерии. – 2012. – № 4. – С. 32–37. 6 Дементьев, В. Б. Исследование переходной зоны биметалла 12ХМ+12Х18Н10Т, полученного сваркой взрывом / В. Б. Дементьев, Т. М. Махнева, А. А. Шушков, С. Л. Ким // Химическая физика и мезоскопия. – 2013. – № 2. – С. 254–261. 7 Малышев, В. Н. Повышение антифрикционных свойств износостойких МДО-покрытий / В. Н. Малышев, Б.М. Гантимиров, А. М. Волхин, С.Л. Ким // Химическая физика и мезоскопия. – 2013. – № 2. – С. 285–291. 8 Попов, А. А. Взаимная диффузия в двойных системах: учебно-методиче¬ское пособие / А. А. Попов, С. В. Гриб; – Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2006. – 23 с. 9 Лобанов, М. Л. Методы определения коэффициентов диффузии: учеб-ное пособие / М. Л. Лобанов, М. А. Зорина; – Екатеринбург : Издательство Уральского университета, 2017. – 100 с. 10 Булгаков, В. З. Диффузия в металлах и сплавах / В. З. Булгаков. – М. : Гос¬техиздат, 1949. – 206 с. 11 Лашко, Н. Ф. Контактные металлургические процессы при пайке / Н. Ф. Лашко, С. В. Лашко; – М.: Металлургия , 1977. – 192 с. 12 Булгаков, В. З. Диффузия в металлах и сплавах / В. З. Булгаков. – М. : Гос¬техиздат, 1949. – 207 с. 13 Любов, Б. Я. Диффузионные процессы в неоднородных твердых сре-дах: главная редакция физико-математической литературы / Б. Я. Любов. – М. : Наука, 1981. – 296 с. 14 Любов, Б. Я. Кинетическая теория фазовых превращений / Б. Я. Лю-бов. – М. : Металлургия, 1969. – 263 с. 15 Ширинян, А. С. Реакционная диффузия в бинарной наносистеме: фи-зика твердого тела / А. С. Ширинян; – Украина: Черкасский национальный университет им. Б. Хмельницкого, 2010. – т. 52, № 6. 16 Weaver, C. Diffiusion in evaporated films of silver–aluminium. The Philosophi¬cal Magazine: A Journal of Theoretical Experimental and Applied Physics, 17:149, 881- 897 / C. Weaver, L. C. Brown. – 2006. 17 Kidson, G. V. nucl. Mater, – 3,21. – 1961. 18 Темных В. И., Казаков В. С., Митяев А. Е. Формирование композицион¬ных структур припоев на основе галлия // Технология машинострое¬ния. 2006. № 9. С. 46–50. 19 Тихомирова О. И. Теоретические проблемы разработки галлиевых паст // Научные проблемы соединения материалов галлиевыми пастами / МГП НТО Машпром. М., 1972. С. 6–10. 20 Казаков, В. С. Разработка галлиевых паст-припоев для низкотемпера-тур¬ной пайки медных и титановых сплавов с керамикой: дис. канд. техн. наук: 05.03.06. / Казаков Владимир Сергеевич. Красноярск, 2007. – 3 с. 21 Яценко С. П. Композиционные припои на основе легкоплавких спла-вов / С. П. Яценко. – Екатеринбург : УрО РАН, 1997. – 186 с. 22 Яценко С. П., Перельштейн Г. Н., Локшин Д. В. Синтез и исследование свойств соединений редких элементов // Труды института химии УФАН СССР. 1968. № 18. С. 65–69. 23 Спасский А. Г., Смирнов Г. Н., Курочкина В. П. Цветная металлургия // Цветмет. информ. 1969. № 24. С. 28-30 24 Отчет ВНТИЦ. Исследование влияния примесей, сопутствующих алюми¬нию при его получении, на технологические свойства слитков из алюминие¬вых деформируемых сплавов и регламентация содержания галлия, лития, кальция и скандия в алюминиевых сплавах / Шифр работы: 1139-020. ВНТИЦ, 1987. – 43 с. 25 Федорченко И. М. Легкоплавкие сплавы: главная редакция Украин-ской советской научной энциклопедии / И. М. Федорченко – М. : Наука, 1977. – 694 – 696 с. 26 Лякишев, Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем: справочник / Н. П. Лякишев. – Москва : Машиностроение, 1996. – 992 с. 27 Шеин Е. А. Устройство работы рентгеновского дифракто¬метра общего назначения / Е. А. Шеин. – Оренбург : Материаловедение, 2013. – 5 с. 28 Бондаренко Д. А. / Исследования и разработка галлиевых паст-припоев с железо–никелевыми наполнителями для соединения разнородных материалов

1 Анализ литературных данных В данном разделе рассмотрены основы теории диффузии, основы пайки металлов, особенности галлиевых припоев, кинетика образования промежуточных фаз в пастах-припоях на основе галлия, изложены современные представления о реактивной диффузии в металлических системах, применение галлия и припоев на его основе. 1.1 Взаимодействие жидких и твердых металлов Основной особенностью физико-химического взаимодействия твердой и жидкой фаз является переход элементов основного твердого металла в расплав под действием процессов растворения, диспергирования и плавления. Их скорость определяется интенсивностью диффузии элементов в жидкости, которая во много раз больше скорости диффузии в твердой фазе, а также температурой расплава и временем продолжительности контактирования. Образование физического контакта связано с возникновением между поверхностными атомами двух металлических тел силы взаимного притяжения Ван-дер-Ваальса, источник которой – поляризованный эффект. Он вызван влиянием поля электронов, движущихся вокруг ядра одного атома, на движение электронов вокруг ядра другого атома другой поверхности. Для этого атомы должны находиться друг от друга на расстоянии не менее 8–10 A. Они не теряют своих индивидуальных свойств. Энергия их взаимосвязи составляет всего 20–50 кДж/моль, и такое соединение может быть легко нарушено. С позиций классической термодинамики движущей силой взаимодействия атомов поверхности с атомами окружающей газовой среды является стремление системы металл–газ (М_е–Г) к ее уменьшению. Процесс активации атомов металлической поверхности заключается в разрыве связей (рис. 1, а) и переводе их в состояние со свободной энергией (энергией активации? Е?_а) (рис. 1, б).