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本文采用物理模拟的方式,通过金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和透射电镜等分析测试方法,研究非真空环境、SiCp/Zn-Al复合焊缝材料在超声场下的重熔凝固过程中陶瓷颗粒与Zn-Al共晶合金的相互作用行为及凝固组织。 SiCp/Zn-Al基复合焊料重熔后,静态水冷、空冷和炉冷三种冷却方式下,基体中的SiC颗粒出现上浮现象。试验中得出的SiC颗粒在Zn-Al合金中的上浮规律符合Stokes对重力场下颗粒的沉降速度的描述规律,但在数值上有所偏差。利用修正后的公式对颗粒的上浮速度进行了预测计算,并进行了试验验证,两者结果较为一致。 机械搅拌和机械振动的试验结果表明,对液态复合焊料施加外力场作用时,基体中的颗粒凝固后不再明显上浮,宏观上分布均匀,但仍存在微区团聚现象。 通过研究超声波振幅、振动时间和冷却方式对颗粒分布的影响发现,超声波可使复合焊料熔体中已经上浮的或微区偏聚的颗粒在基体中均匀弥散分布。对复合焊料熔体施加超声波振动时间小于10s时,颗粒在基体中分布均匀、弥散;当超声振动时间超过10s,熔体中出现颗粒聚集现象,而且随着超声波振幅的增加颗粒聚集程度加剧;冷却方式对颗粒的分布没有明显的影响。 复合焊料凝固过程中SiC颗粒与固液界面相互作用行为研究表明,无论凝固过程中是否施加超声振动,SiC颗粒均受到先共晶相的推斥而处于最后凝固的Zn-Al共晶区。当凝固过程无超声振动、冷却速度较低时,先共晶相β-Zn晶粒尺寸较大,SiC颗粒受到推移的程度较大,共晶区颗粒较为密集;加快冷却速度,当β-Zn晶粒大小与SiC颗粒的相当时,SiC颗粒受到周围β-Zn晶粒的同时“几何限位”而实现“原位凝固”,其分布更加均匀。复合焊料的凝固过程中施加超声后,基体组织得到细化,β-Zn晶粒外形规则圆整、大小均一。然而,复合焊料中出现SiC颗粒聚集区,偏聚的颗粒阻止了该区中基体晶粒的长大。