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金属及合金熔体的表面张力作为重要的物理化学参数与其流动、偏析和凝固等关系十分密切。研究Sn-Sb和Al-Si两种合金熔体的表面张力与润湿性等高温物性,对无铅焊锡材料、电镀、发动机及航空材料的开发等方面有着重要的学术与应用意义。本论文采用改进的静滴法对Sn-Sb和Al-Si合金熔体的表面张力、润湿性等高温物性进行测量和数值分析。
通过实验测量、理论计算与分析探讨,取得了如下研究结果:
(1)得到了不同温度下5Sb-Sn(XSb=0.05)与10Sb-Sn(XSb=0.10)合金熔体的表面张力及密度,并分析了随温度及含量等因素对其的影响。基于Butler方程及多元体系表面张力理论计算模型,计算得到了不同温度下Sn-Sb二元合金熔体的表面张力值以及表面相成分与体相成分的变化关系。研究结果表明,Sb元素的增加可以降低Sn合金熔体表面张力,提高了无铅焊锡材料的性能。
(2)5Sb-Sn与10Sb-Sn合金熔体在无氧Cu基板上的润湿铺展性的研究结果表明在1173 K下,Sn-Sb合金熔体对铜有良好的润湿铺展性,扫描电镜能谱分析结果显示,Cu相有明显的扩散,从Cu相到合金相Cu的浓度呈逐渐变小的规律,合金与Cu基板在界面上形成Cu6Sn5与Cu的混合物。
(3)Sn-Sb合金熔体在Fe基板润湿铺展研究表明在1173 K下,Sn-Sb合金对Fe基板的润湿性较Cu基板差,Sn元素的扩散程度较大,由于Sn含量的不同,SSb-Sn相对10Sb-Sn合会熔体在Fe基板上的铺展速度缓慢。
(4)测量了AlS120(Xsi=0.20)合金熔体在923~1123 K范围内的表面张力,得到AlSi20合金熔体在高温下的密度。实验结果表明,AlSi20合金熔体密度的实验值小于计算值,合金熔体的表面张力随温度升高基本呈线性规律下降,并用结合ESEM分析结果讨论了合金熔体表面张力随温度的变化关系。