Dergiler / International Journal of Thermodynamics / 2011 / Cilt: 14 - Sayı: 3
Thermodynamic justification for the Ni/Al/Ni joint formation by diffusion brazing
- Sayfa
- 97–105
- DOI
- —
Özet
Yayınımlı sert lehimlemede bağlantı oluşumu için bir teorik model geliştirildi. Modele çözünme ve katılaşma olayları dahil edildi. Arakararlı (metastable) şartlarda eşsıcalclık lehimleme oluşmasının termodinamik gerekçelenmesi geliştirildi. Bu, katı/sıvı (k/s) ara yüzeyinin yüksek sıcaklıkta olması ölçütüne dayandırıldı. Dolgu metalinin temel madde içinde çözünmesi, temel madde yüzeyindeki çözünme bölgesinde (sıvı tabaka) çözünenin derişimi (konsentrasyonu) yardımıyla tanımlandı. Bu parametrenin seçimi Thermocalc yazılımının Ni-Al faz diyagramında arakararlı denge hesaplarıyla doğrulandı. Model varsayımlarına göre katılaşma sırasında peritektik reaksiyonlarla aşın soğutulmuş metaller arası faz oluşur. Bir $Al_3Ni_2/Al_3Nİ/Al_3Ni_2$ birleşmesinde birleşme çizgisine dik kesit boyunca ölçülen ortalama çözünmüş Al derişimi doğruladı İd eriyenin derişimi birleşmenin temel maddeleri içinde değişmemektedir. Katılaşmayı belirleyen arakararlı denge için Ni-Al faz diyagramı da Thermocalc yazılımıyla hesaplandı. Bu, söz konusu diyagram üzerinde katılaşma izini, k/s ara yüzeyinin izini ve yeni denge izini belirlemeye de imkan sağladı. Bağlantının arakararlı şartlarda çevrimsel biçimde oluştuğunu göstermek için hesaplanan her iki faz diyagramının üst üste bindirilişi (superposition) de gösterildi. Ölçülen parametre değerleri önerilen modele, çözülenin katılaşmadan sonraki derişim dağılımını ifade eden diferansiyel denklemleri çözmek için başlangıç şartı olarak dahil edildi. Eşsıcaklıkta Ni/Al/Ni bağlantılarının oluşumu şu farklı sıcaklıklarda gerçekleştirildi: 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000 $^circ C$. Katılaşma durduruldu ve gerçek morfolojiler donduruldu. Bu, her bir bağlantı eksenine dik doğrultuda ortalama eriyik Al derişimini belirlemek için EDAX mikro-analizcİ İle ölçme yapma imkanını sağladı. Sıcaklıktan bağtmsız olarak bütün katılaşma yollan aynıydı.
Abstract
A theoretical model for the joint formation was developed for diffusion brazing. The phenomena of dissolution and solidification were included into the model. A thermodynamic justification for the isothermal brazing occurrence in the meta-stable conditions was developed. It involved the application of the criterion of higher temperature of the solid / liquid (s/l) interface. The dissolution of the filler metal in the substrate was described by the $N _0$ - solute concentration within the dissolution zone (liquid film) situated at the substrate surface. The selection of the $N _0$ - parameter was justified by the Thermocalc calculation of the Ni-Al phase diagram for meta-stable equilibrium. According to the model assumptions, the solidification was accompanied by undercooled peritectic reactions resulting in formation of intermetallic phases. The average Al – solute concentration measured across a given $Al _3Ni _2/Al _3Ni/Al _3Ni_2$ joint confirmed that the $N _0$ - solute concentration was conserved within the joint sub-layers. The Ni-Al phase diagram for meta-stable equilibrium referred to for the solidification was also calculated by means of the Thermocalc Software. It allowed to locate the solidification path, s/l interface path and redistribution path onto the mentioned diagram. Superposition of both calculated phase diagrams was also given to show that the joint formation occurred cyclically under the meta-stable conditions. Isothermal formation of the Ni/Al/Ni joints has been performed at different temperatures. The following $T _R$ - temperatures have been applied: 700, 750, 800, 850, 900, 950, and 1000 0C. The solidification was arrested and the actual morphologies frozen. It allowed to make a measurement of the Al - solute concentration across each joint by means of the EDX micro-analyzer to estimate average solute concentration, $overline {N} _0.$ Regardless of the $T _R$ - temperature, the solidification path was always the same.