Контактное плавление в тройных металлических системах в магнитном поле Аксельруд, Евгения Ароновна

Введение к работе

І. Актуальность темы исследования.Явление контактного плавления находит широкое применение. Проведение контактного плавления в определенных режимах позволяет определить ряд физико-химических характеристик: коэффициент взаикодифф-узии, ликвидусные параметры, уточнить диаграмма состояния, оценить эффективные заряды ионов. Контактное плавление лежит в основе контактно-реактивной пайки, используется для резки материалов и т.д. Основная часть работ по контактному плавлению /КП/ проведена на бинарных металлических легкоплпких системах, но гораздо больиез практическое применение имеют многокомпонентные системы, прежде всего, тройные. При переходе от двойных систем к тройным многократно возрастают трудности интерпретации результатов опытов. В настоящее время проводятся многие исследования, высказываются противоречивые суждения по-поводу способов прогнозирования самого процесса КП, состава и структура прослоек. Практическое применение КП при наличии внешних воздействий дает возможность интенсифицировать процесс, изменять состав и структуру прослоек. С другой стороны, изучение вли~ яния внешних воздействий на параметры КП дает новые сведения как о механизме,, так и о кинетике этого явления. К настоящему времени имеется болыпое число работ по изучении влияния магнитных полей на "родственные КП явления: кристаллизацию, диффузии, химические реакции. Применение магниго-гидродинамического воздействия дает в некоторых технологических процессах лучпие результаты, чем в космической технологій. Комплеко задач, относящихся к проблемам использования иагнкто-гидродинакических методов воздействия на расплав и фронт кристаллизации в настоящее время только начинает исследоваться. Обнаружение эффектов, связанных с воздействием магнитного поля на процесс КП и объяснение их причин дает воз-мохлоегь прояснить природу влияния магнитного поля на перечислен-

ные вкие процессы.

Работа выполнена в рамках координационного плана АН СССР и АН УССР по направлению I.I4 "физика, химия и механика поверхности по теме 1.14.2,,6.29 Лсследование механизма и кинетики образования новых фаз при контактном плавлении в сложных и многокомпонентных системах".

Целью работы является исследование закономерностей формирования контактных прослоек и их структурных составляющих при КП в тройных металлических системах в магнитном поле и выявление возможных механизмов влияния магнитного поля на эти процессы. При этом были поставлены следующие задачи:

I. Исходя из обыих термодинамических соображений, уточнить возможности прогнозирования состава и структуры контактных прослоек по равновесным диаграммам состояния тройных систем.

. 2. Обсудить, исходя из имеющихся теоретических и экспериментальных работ, возможный характер влияния магнитных полей на закономерности роста и структуру контактных прослоек в. трехкомпо-нентных системах.

3. Зксперіменгально исследовать влияние неоднородного и однородного магнитных полей на закономерности роста контактных прослоек и их структурных составляющих.

Научная новизна

1, Из обцих феноменологических соображений предложена и экспери-
мент'"!ьно подтверждена методика прогнозирования процесса КП, сос
тава и структуры контактных прослоек тройных кеталличесних сие- .
тем.

2. Впервые г'нарукены эффэкт поперечного массоперенооа при КП и
при растворении в маїнитном поле и явление компенсации действия
внеснего магнитного поля электрическим полем малого постоянного
тока, определена область их проявления.

3. Предложено объяснение перечисленным з п.2 эффектам, которое заключается в непосредственном воздействии на жидкий металл к твердо-жидкие зоны объемных электромагнитных сил, связанных о наличием "внутреннего тока", основной источник которого - электродиффузионный потенциал.

Практическая ценность работы

Разработана новая методика одновременного измерения температуры и координаты движущейся мехфазной границы твердое-зкидкость, на которую получено положительное решение о выдаче авторского свидетельства. Предложены практические применения КІЇ в магнитном поле. Получено положительное решение на способы КП, включавцие интенсификации процесса и вырацивакие морфологически различных твердых фаз. Полученные в работе результаты могут быть использованы в технологии выращивания кристаллов, в полупроводниковой промыялен--ности, в процессах пайки и сварки.

Основные положения, выносимые на завиту:

I.Контактное плавление в тройных системах имеет место, если в зоне контакта созданы условия для эвтектической реакции при температуре тройной эвтектики или моновариантных реакций при более высоких температурах.

Твердо-жидкие зоны могут образовываться не только на границе с твердыми образцами, но и в средней части контактной прослойки. Эти сегрегации чувствительны к изменениям концентрации компонентов, что позволяет исследовать влияние магнитного поля на

процесс КП.

1. Результаты экспериментов по изученио влияния магнитных полей на процесс КП, на закономерности роста конткктных прослоек и их структурных составляющих.

2. Наличие поперечного массопереноса при КП и растворении ъ трой-

- б -

кых металлических системах в магнитных полях и возможность компенсации действия магнитного поля скрещенным с ним электрическим полем малого постоянного тока.

4. Перечисленные в п.Э эффекты являются результатом воздействия на жидкий металл, и твердо-жидкие зоны объемных электромагнитных сил, вызванных наличием "внутреннего тока", основной источник которого - электро-диффузионный погеьциал.

5. Одним из вариантов интенсификации процесса КП и одним из способов Еыродивания морфологически различных твердых фаз является проведение КП в скрещенных электрическом и магнитном полях.

6. Новая методика одновременного измерения температуры и координаты движущейся мезг.фазной границы твердая фаза-жидкость.

Коькретное личное участие автора в получении научных результатов, изложенных в. диссертационной работе

Диссертантом лично и при ее непосредственном участии получены следующие результаты:

теоретически рассмотрен вопрос о способе прогнозирования процесса КП и строении контактных прослоек в тройных металлических системах;

проведено экспериментальное изучение влияния магнитных полей на процесс контактного плавления, на закономерности роста контактных прослоек и их структурных составляющих;

выполнен анализ теоретических и экспериментальных работ по вли-яьиг магнитных полей на физико-химические процессы;

обнаружены эффект поперечного мазсопереноса при КП и растворении в тройных металлических^сиотеьох в магнитных полях и возможность компе'"зацим действия магнитного поля скрещенным с ним электрическим полем малого постоянного і оке.;

разработана модель, объясняющая эти эффекты;

предлоьенн практические применения КП в магнитном поле;

- предложена новая методика одновременного измерении температуры и координаты двикуаеася мекфазнсп границы твердая фаза-жидкость.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы докладывались на следующих семинарах- и конференциях:

1. 17 (196Сг.), 7 (1983г.), 71 (1986г.) Всесоюзные конференции
по строению и свойствам металлических и шлакові* расплавов.

7НЦ АН СССР, г.Сзердловск.

2. I (1979г.), II (1982г.), Ш (1986г.) Всесоюзные научные конференции "Закономерности формирования структуры сплавов эвтектического типа", г.Днепропетровск.

3. X Лзесоюзная конференция "Поверхностные свойства расплавов и твердых тел на различных границах раздзла и применение в материаловедении", г.Няркач, 1986г.

_й4. 71 Всесоюзная конференция по диффузии в металлах. г.Тула, 1986г.

5. Ежегодные итоговые межвузовские конференции при КБГУ, г. Нальчик.

6. Региональный семинар по физике межфазных явлений им. проф. 'С.Н.Задумкина. г.Нальчик, КБГУ,-1987, 1988 г.

7. Семинар по физике контактного плавления при КБГ7, г.Нальчик, 1984-1988г.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав с виводами, общих выводов и списка использованной литературы. Общий объем работы составляет-160 стр., включая 122 страницы текста, 33 рисунка и графика, 3 таблицы и списка цитированной литературы, содержащего 133 наименования.