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金属表面氧化物对材料性能的影响

【摘要】:金属表面总是存在着氧化物,而金属氧化物本身的表面张力比金属的表面张力要低得多。如Fe2O3、CuO、Al2O3的表面张力分别为σSV=0.35N/m、0.76N/m、0.56N/m。例如,含铝、钛沉淀强化的高温合金,虽然铝、钛含量较少,但加热时的表面氧化膜几乎都是Al2O3;含镁的铝合金尽管镁含量很少,在表面膜中也明显出现MgAlO3相。不同的氧化膜对钎料的润湿性的影响不同。

金属表面总是存在着氧化物,而金属氧化物本身的表面张力比金属的表面张力要低得多。如Fe2O3、CuO、Al2O3的表面张力分别为σSV=0.35N/m、0.76N/m、0.56N/m(纯金属在熔点时的表面张力见表3-1-1)。根据杨氏方程,液体润湿固体时要满足的基本条件是σSVσSL。而覆盖着氧化膜的母材表面比起无氧化膜的洁净表面,表面张力显著减小,致使σSVσSL,导致液态钎料形成球状(θ>90°),出现不润湿现象。另外许多钎料合金表面也存在一层氧化膜,而且氧化物的熔点一般都比较高,在钎焊温度下为固态。当钎料熔化后被自身的氧化膜包覆,此时其与母材之间是两种固态的氧化膜之间接触,因此也不产生润湿。

一般钎料都为多元合金,其形成的氧化膜就要考虑合金系中的组元和氧的亲和力及是否能降低表面能而向界面偏聚(形成正吸附),这样的组元即使在固体状态也在不停地向表面扩散,加热时就更加明显。例如,含铝、钛沉淀强化的高温合金,虽然铝、钛含量较少,但加热时的表面氧化膜几乎都是Al2O3;含镁的铝合金尽管镁含量很少,在表面膜中也明显出现MgAlO3相。不同的氧化膜对钎料的润湿性的影响不同。母材氧化膜的去除,保证了钎料的正常润湿,是钎焊过程的一个重要环节,了解母材表面氧化膜的组成、性质是非常必要的。