Ti_Ni_Cu三元扩散偶的界面研究_李敏
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第四章-扩散页数:4
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扩散偶技术在相图测定中的应用页数:12
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扩散(课件)页数:110
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第五章-扩散动力学简介页数:74
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扩散相变解答页数:5
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【国家自然科学基金】_电子探针微区分析_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
2014年 科研热词 推荐指数 紫金山铜金矿 1 等温截面 1 相平衡 1 电子探针分析 1 激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪1 方沸石 1 扩散偶 1 微钻取样 1 微量元素 1 岩石薄片 1 地球化学 1 含水硅酸盐矿物 1 原位微区 1 准确分析 1 x射线衍射分析 1 x射线粉晶衍射仪 1 mg-y-gd三元系 1 cu-s体系矿物 1
推荐指数 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
科研热词 锈蚀层 铁锰矿物 细观结构 物相组成 氟铁云母 晶体结构测定 晶体结构模型 扫描 成因 成分特征 富钴结壳 中太平洋海山 x射线衍射 x射线粉末衍射 rietveld结构精修
2008年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
科研热词 离心铸造 界面 电磁场 析出相 双金属 等温截面 砂岩 相图 界面迁移 界面双电层 物源区分析 柱状构造 扩散溶解反应层 扩散偶 富钴结壳 地球化学 同位素年代学 副矿物 ti-ni-cu三元扩散偶 fe-ni-nb
第六章-扩散与固态相变全文编辑修改
关系式便可进行一些
扩散问题的计算。
间隙扩散 ：当一个间隙 原子从一个间隙位置迁 移到另一个空的间隙位 置的过程，称为间隙扩
散，如图5-5所示。
在金属合金中，由于间隙 原子的半径较小，因此可 移动性强，间隙扩散比空 位扩散快得多。而且空的 间隙位置比空位数目多很 多，因此间隙原子移动的
可能性也比空位扩散大。
个微分方程式。
（1） 一维扩散
如图3所示，在扩散方向上取体积元 Ax, 和J x J分xx别表
示流入体积元及从体积元流出的扩散通量，则在Δt时间内， 体积元中扩散物质的积累量为
m (J x A J xx A)t
m
J x J xx
xAt
x
C J
t
x
C (D C ) t x x
如果扩散系数与浓度无关，则上式可写成
对于半无限固体其表面 浓度保持不变，例如对 于气体扩散问题，其表 面分压保持一定的情况 下，进行如下假设：
1)扩散前任何扩散 原子在体内的分布是均 匀的,此时的浓度设为C0
2)在表面的值设为 零且向固体内部为正方 向；
3)在扩散开始之前 的时刻确定为时间为零
Cx C0 1 erf x
Cs C0
图5-5 间隙扩散示意图
扩散前间隙原子 的位置
扩散后间隙原子 的位置
扩散系数
扩散系数是计算扩散问题的重要参数 ，目前普遍采用下式来求扩散系数，
即：D D0eQ / RT （5-5）
式中D0为扩散常数。Q为扩散激活能。对于 间隙扩散，Q表示每mol间隙原子跳跃时需越
过的势垒，Q表示NA个空位形成能加上每 1mol原子向空位跳动时需越过的势垒。
克肯达尔效应的实际意义续
Ni-Cu扩散偶经扩散后，在 原始分界面附近铜的横截面 由于丧失原子而缩小，在表 面形成凹陷，而镍的横截面 由于得到原子而膨胀，在表 面形成凸起。
AlTi液固界面扩散溶解层形成机制及生长规律
２．１
镶嵌式扩散偶技术制备ＡＩ／Ｔｉ扩散偶，在铝熔点以上 Ｔｉ熔点以下的不同温度下进行扩散热处理，研究Ａｌ／Ｔｉ 液／固扩散偶的组织结构演变、形成机制及生长规律， 为Ａｌ／Ｔｉ复合结构的制备提供一定的实验及理论基础。
１
实验结果
扩散溶解层形貌特征 Ａ１／Ｔｉ扩散偶在８００℃下保温５，２０，３０，６０
ｒａｉｎ，
图４是８００℃的热处理温度下扩散溶解层厚度与保
温时间的关系曲线，图５是６０ ｒａｉｎ的保温时间下扩散 溶解层厚度与温度的关系曲线。 从图４可以看出，在２０ ｍｉｎ之前，扩散溶解层厚 度随保温时间的延长增长很快，基本上呈线性关系，
而２０ ｍｉｎ以后，增长速度变缓，基本上呈抛物线关系。
文献［８】指出，如果扩散溶解层厚度与时间呈线性关 系，则说明扩散溶解层的生长受反应控制，如果呈抛 物线关系，则是受扩散控制。由此可以推断，在保温
分别保温５，２０，３０，６０ ｒａｉｎ，在８００，８５０，９００，１０００
℃的热处理温度下各自保温６０ ｒａｉｎ，随炉冷却，得到 不同热处理条件下的扩散溶解层。 扩散偶经不同条件热处理后，经打磨、抛光，在 金相显微镜下观察界面结合情况及扩散溶解层的组织 结构；利用电子探针能谱定点分析技术及线分析技术 测定扩散溶解层各定点成分及元素分布情况，结合相 图判定扩散溶解层物相组成。 ２
作者简介：蒋淑英，女，１９７４年生，博士生，讲师，中国石油大学（华东）机电学院材料系，山东东营２５７０６１，电话：０５４６－８３９３９０７， Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｓｙ０４３０＠ｇｍａｉｌ．ｔｏｍ
万方数据
稀有金属材料与Ｔ程
第４０卷
始，穿过打散溶解层刮铝基；线扫描能谱曲线如图３ｂ 所示，点１到点５的定点能谱分析数据如表ｌ所示。
镶嵌式扩散偶技术制备ＡＩ／Ｔｉ扩散偶，在铝熔点以上 Ｔｉ熔点以下的不同温度下进行扩散热处理，研究Ａｌ／Ｔｉ 液／固扩散偶的组织结构演变、形成机制及生长规律， 为Ａｌ／Ｔｉ复合结构的制备提供一定的实验及理论基础。
１
实验结果
扩散溶解层形貌特征 Ａ１／Ｔｉ扩散偶在８００℃下保温５，２０，３０，６０
ｒａｉｎ，
图４是８００℃的热处理温度下扩散溶解层厚度与保
温时间的关系曲线，图５是６０ ｒａｉｎ的保温时间下扩散 溶解层厚度与温度的关系曲线。 从图４可以看出，在２０ ｍｉｎ之前，扩散溶解层厚 度随保温时间的延长增长很快，基本上呈线性关系，
而２０ ｍｉｎ以后，增长速度变缓，基本上呈抛物线关系。
文献［８】指出，如果扩散溶解层厚度与时间呈线性关 系，则说明扩散溶解层的生长受反应控制，如果呈抛 物线关系，则是受扩散控制。由此可以推断，在保温
分别保温５，２０，３０，６０ ｒａｉｎ，在８００，８５０，９００，１０００
℃的热处理温度下各自保温６０ ｒａｉｎ，随炉冷却，得到 不同热处理条件下的扩散溶解层。 扩散偶经不同条件热处理后，经打磨、抛光，在 金相显微镜下观察界面结合情况及扩散溶解层的组织 结构；利用电子探针能谱定点分析技术及线分析技术 测定扩散溶解层各定点成分及元素分布情况，结合相 图判定扩散溶解层物相组成。 ２
作者简介：蒋淑英，女，１９７４年生，博士生，讲师，中国石油大学（华东）机电学院材料系，山东东营２５７０６１，电话：０５４６－８３９３９０７， Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｓｙ０４３０＠ｇｍａｉｌ．ｔｏｍ
万方数据
稀有金属材料与Ｔ程
第４０卷
始，穿过打散溶解层刮铝基；线扫描能谱曲线如图３ｂ 所示，点１到点５的定点能谱分析数据如表ｌ所示。
Ni修饰八面体TiO_(2)纳米颗粒的制备及其产氢性能研究
Ni修饰八面体TiO_(2)纳米颗粒的制备及其产氢性能研究姬圆圆;谢鹏;秦俊豪;黄涛;唐爱国;李敏
【期刊名称】《陶瓷学报》
【年(卷),期】2024(45)2
【摘要】TiO_(2)因其优异的光催化活性被广泛用于光催化产氢性能的研究。
以钛酸钾纳米线为原料,以NH_(4)Cl和NH_(3)·H_(2)O为混合溶液,通过一步水热法合成了结晶性和均匀性较好的八面体TiO_(2)纳米颗粒,并采用光沉积技术将Ni修饰到TiO_(2)的表面获得Ni修饰八面体TiO_(2)纳米颗粒。
产氢性能测试表明,相比于原始八面体TiO_(2),Ni的修饰能够显著抑制其光生电子—空穴的复合,极大地提高了其光催化产氢性能。
当Ni的修饰量为3 wt.%时,其光解水制氢的效率达到最佳,在1 h内产氢量可以达到2.11 mmol·g^(-1)。
【总页数】7页(P325-331)
【作者】姬圆圆;谢鹏;秦俊豪;黄涛;唐爱国;李敏
【作者单位】湖北工业大学材料与化学工程学院;湖北工建绿色材料投资有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TQ174.75
【相关文献】
1.利用Ni(OH)x助催化剂修饰提高g-C3N4纳米片/WO3纳米棒Z型纳米体系的可见光产氢活性的研究
2.镁基合金与碳纳米纤维复合储氢材料的制备与性能研究(Ⅰ)——以化学镀Ni碳纳米纤维为前驱物热扩散法合成Mg_2Ni-CNFs复合储氢
材料3.纳米TiO_(2)的制备及其光催化甲酸产氢性能研究4.Ni/TiO_(2)-VO纳米线自支撑薄膜的界面工程与电催化产氢性能5.Ag_(2)S修饰TiO_(2)纳米管复合电极的制备及其析氢性能研究
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2012届毕业生毕业设计选题表
2012届毕业生毕业设计选题表说明：1.红色标示人员，为小组长，负责组织学生与指导教师联系。
2.放假前必须与指导教师取得联系，相关联系方式可以到辅导员处获取。
3.下学期开学第一周（2012年2月13日）毕业设计工作正式开始，学生必须按时返校。
无故缺席一周以上者取消毕业设计资格。
4.毕业设计期间如果有事外出，必须进行请销假制度。
请假条需有指导教师意见、辅导员意见，系教学主任、院相关领导（教学院长或党委副书记）签字后才能外出。
擅自外出，出现任何事故，均与指导教师、系无关。
5.李立英、王勇、韩彬、韩涛、孙建波、曹宁，赵卫民所带学生由张勇，张蒙科总负责与韩彬、赵卫民老师联系。
6.欲到校外做毕业设计的，实行校内校外双导师制。
外出毕业设计必须征得指导教师同意，获得校外单位的邀请函，明年开学第一周办理相应手续。
出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。
宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。
将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。
亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。
先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。
侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。
臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。
先帝不以臣卑鄙，猥自枉屈，三顾臣于草庐之中，咨臣以当世之事，由是感激，遂许先帝以驱驰。
科学家揭示重金属离子与三元插层纳米材料的作用机制
袋 中取 出一 个 轻薄 的 扬声
器 ，随 手贴 在墙 壁 上 ，就 能将 演讲 传送 给 室 内 的所有 人 ，
用 方式不 同。Ｃ ｄ （ Ｉ Ｉ ） ， Ｚ ｎ （ Ｉ Ｉ ） ， Ｃ ｕ （ Ｉ Ｉ ） ， Ｈｇ （ Ｉ Ｉ ） 这些共存 干扰离子
属 一绝缘层 一金属”结构 中表现为可变形双极 子的可压 缩带 聚酰亚胺 和聚丙烯铁 电等环保的多层 或薄片物质制 造而成 。 电空隙 ，以及声压交替波被忠实地传导至交替 的电信号 。 再添加离 子，让设备 中的每 一层都包含 带 电粒子 。因此 ，当
在 此 的 研 究 重 点 主 要 是 能 量 采集 ，研 究 人 员 专 注 于 读 取 设备受到人体运动或机械能量压缩时 ，就会产生 电能。
科学家揭示重金属离子与三元插层纳米 材料的作用机 制
近期 ，中国科学 院合肥物质 科学研究 院智 能机械研 究所
Ｐ Ｓ技术详细研究 了重金属离 子与 设备 ，将 机械能 转化为 电能。如今的最新 突破 ，更进一 步扩 研究员黄行 九课题组结合 Ｘ Ｆ ｅ ／ Ｍｇ ／ Ｎ ｉ 三元插 层 纳米 材料 （ Ｆ ｅ ／ Ｍｇ ／ Ｎｉ － Ｌ ＤＨ） 的 作 用 展了Ｆ Ｅ ＮＧ的可用性。 机制 并成功实现对 Ｐ ｂ （ Ｉ Ｉ ） 的高选择性 检测 。相 关的研究成果 研究人 员发 现 ，这种 高科技材料 可 以作为麦 克风 （ 从声 已发表在 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈａ ｚ ａ ｒ ｄ ｏ ｕ ｓ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ 。 音或机械能 中撷取振动 ，并将其 转换 为 电能 ） 以及扬声器 （ 反 由于实 际水环境 中大量共存 离子 的存在 ，如何 实现 目标 向操作 ：将 电能转换为机械能 ） 。 为 了展示 麦克风 的效果 ，研 究人员设计 了～ 款 Ｆ Ｅ ＮＧ安 有 害重金属离子 高灵敏无干扰 的检 测一直是 电分析 领域 的一 全增补程序 ，可用语 音识别存 取计算机 。这个 增补程序 成功 个 巨大 挑战。课题组 前期的研究工 作发现纳米 材料 对重金属 的 电化学 检测性 能与其对重金属离 子的吸 附性 能密切相 关。
器 ，随 手贴 在墙 壁 上 ，就 能将 演讲 传送 给 室 内 的所有 人 ，
用 方式不 同。Ｃ ｄ （ Ｉ Ｉ ） ， Ｚ ｎ （ Ｉ Ｉ ） ， Ｃ ｕ （ Ｉ Ｉ ） ， Ｈｇ （ Ｉ Ｉ ） 这些共存 干扰离子
属 一绝缘层 一金属”结构 中表现为可变形双极 子的可压 缩带 聚酰亚胺 和聚丙烯铁 电等环保的多层 或薄片物质制 造而成 。 电空隙 ，以及声压交替波被忠实地传导至交替 的电信号 。 再添加离 子，让设备 中的每 一层都包含 带 电粒子 。因此 ，当
在 此 的 研 究 重 点 主 要 是 能 量 采集 ，研 究 人 员 专 注 于 读 取 设备受到人体运动或机械能量压缩时 ，就会产生 电能。
科学家揭示重金属离子与三元插层纳米 材料的作用机 制
近期 ，中国科学 院合肥物质 科学研究 院智 能机械研 究所
Ｐ Ｓ技术详细研究 了重金属离 子与 设备 ，将 机械能 转化为 电能。如今的最新 突破 ，更进一 步扩 研究员黄行 九课题组结合 Ｘ Ｆ ｅ ／ Ｍｇ ／ Ｎ ｉ 三元插 层 纳米 材料 （ Ｆ ｅ ／ Ｍｇ ／ Ｎｉ － Ｌ ＤＨ） 的 作 用 展了Ｆ Ｅ ＮＧ的可用性。 机制 并成功实现对 Ｐ ｂ （ Ｉ Ｉ ） 的高选择性 检测 。相 关的研究成果 研究人 员发 现 ，这种 高科技材料 可 以作为麦 克风 （ 从声 已发表在 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈａ ｚ ａ ｒ ｄ ｏ ｕ ｓ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ 。 音或机械能 中撷取振动 ，并将其 转换 为 电能 ） 以及扬声器 （ 反 由于实 际水环境 中大量共存 离子 的存在 ，如何 实现 目标 向操作 ：将 电能转换为机械能 ） 。 为 了展示 麦克风 的效果 ，研 究人员设计 了～ 款 Ｆ Ｅ ＮＧ安 有 害重金属离子 高灵敏无干扰 的检 测一直是 电分析 领域 的一 全增补程序 ，可用语 音识别存 取计算机 。这个 增补程序 成功 个 巨大 挑战。课题组 前期的研究工 作发现纳米 材料 对重金属 的 电化学 检测性 能与其对重金属离 子的吸 附性 能密切相 关。
Ni合金相图_相平衡及其相变的热力学研究浅析
赵铭等采用高纯Ｚｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｉ 金属粉末 为原料，在惰性气体环境下，通过反复熔 炼，退火后得到Ｖ－７．４Ｚｒ－７．４Ｔｉ－７．４Ｎｉ 合 金 。采 用 金 相 显 微 镜 、扫 描 电 镜 和 Ｘ 射 线 衍 射仪分析合金的显微组织结构，结果表明， 该合金由Ｖ基固溶体相和Ｌａｖｅｓ 相组成。并 且，该合金的主要吸放氢相为Ｖ基固溶体， 计算结果和ＰＣＴ测试结果相近。 2.3 Y-Co-Ni 合金
霍国燕等对Ｎｉ合金二元相图进行了研
究， 通 过 Ｘ 射 线 衍 射 对 不 同 退 火 时 间 、不 同 退火温度的Ｎｉ合金进行物相分析，用电子 探针进行化学成分测定；通过扫描电子显 微镜和差热分析对扩散偶Ｃｒ－Ｎｉ样品进行 测 定 分 析，构筑Ｃ ｒ － Ｎ ｉ 二 元 体 系 的 相 图 。在 此相图中存在σ、 、α相，他们的相结构分 别属于Ａ２、Ａ１、Ｄｂ８ 型结构。σ相右相界线上 成分点的晶胞参数随温度和Ｃｒ含量的变化 而变化，？相的晶胞参数随温度和Ｃｒ含量的 增加呈线性增加，α相中Ｃｒ含量随温度的 升 高 而 降 低 。并 且 它 们 的 晶 胞 参 数 与 温 度 和Ｃｒ含量有关，随着温度的增加和Ｃｒ含量 的 增 加 而 增 大 。在 未 退 火 的 熔 炼 样 品 和 差 热分析后的样品中存在σ相，并且属于不 稳定相。 2.2 V-7.4Zr-7.4Ti-7.4Ni 储氢合金
Ｎｉ 合金用途广泛， 在军用、民用及工业 应 用 中 占 有 举 足 轻 重 的 地 位 。在 不 锈 钢 合 金、Ｎ ｉ 基 高 温 合 金 中，Ｎｉ 作 为 掺 杂 元 素， 大 大 地 提 高 了 材 料 的 性 能 。从 实 际 用 途 的 角 度上， Ｎ ｉ合金材料可分为高温合金、耐磨合 金 、耐 蚀 合 金 、精 密 合 金 、电 磁 合 金 和 形 状 记忆合金。Ｎｉ 合金材料的相图、相平衡及其 相变热力学研究一直是当前的热点课题。 很多人为提高Ｎｉ合金的性能，做了大量研 究。Ｎ ｉ 基 高 温 合 金 的 制 备 中 容 易 出 现 拓 扑 密堆相，造成晶界析出，影响材料的韧性， 导致断裂，为此，通用公司曾提出的一种名 为ＰＨＡＣＯＭＰ的材料设计方法。
霍国燕等对Ｎｉ合金二元相图进行了研
究， 通 过 Ｘ 射 线 衍 射 对 不 同 退 火 时 间 、不 同 退火温度的Ｎｉ合金进行物相分析，用电子 探针进行化学成分测定；通过扫描电子显 微镜和差热分析对扩散偶Ｃｒ－Ｎｉ样品进行 测 定 分 析，构筑Ｃ ｒ － Ｎ ｉ 二 元 体 系 的 相 图 。在 此相图中存在σ、 、α相，他们的相结构分 别属于Ａ２、Ａ１、Ｄｂ８ 型结构。σ相右相界线上 成分点的晶胞参数随温度和Ｃｒ含量的变化 而变化，？相的晶胞参数随温度和Ｃｒ含量的 增加呈线性增加，α相中Ｃｒ含量随温度的 升 高 而 降 低 。并 且 它 们 的 晶 胞 参 数 与 温 度 和Ｃｒ含量有关，随着温度的增加和Ｃｒ含量 的 增 加 而 增 大 。在 未 退 火 的 熔 炼 样 品 和 差 热分析后的样品中存在σ相，并且属于不 稳定相。 2.2 V-7.4Zr-7.4Ti-7.4Ni 储氢合金
Ｎｉ 合金用途广泛， 在军用、民用及工业 应 用 中 占 有 举 足 轻 重 的 地 位 。在 不 锈 钢 合 金、Ｎ ｉ 基 高 温 合 金 中，Ｎｉ 作 为 掺 杂 元 素， 大 大 地 提 高 了 材 料 的 性 能 。从 实 际 用 途 的 角 度上， Ｎ ｉ合金材料可分为高温合金、耐磨合 金 、耐 蚀 合 金 、精 密 合 金 、电 磁 合 金 和 形 状 记忆合金。Ｎｉ 合金材料的相图、相平衡及其 相变热力学研究一直是当前的热点课题。 很多人为提高Ｎｉ合金的性能，做了大量研 究。Ｎ ｉ 基 高 温 合 金 的 制 备 中 容 易 出 现 拓 扑 密堆相，造成晶界析出，影响材料的韧性， 导致断裂，为此，通用公司曾提出的一种名 为ＰＨＡＣＯＭＰ的材料设计方法。
【doc】Cu-Ni三元金属间化合物粉末
Cu-Ni三元金属间化合物粉末第33卷第1期2006年2月湖南大学(自然科学版)JournalofHunanUniversity(NaturalSciences)V ol_33.No.1Feb.2006文章编号:1000—2472(2006)01—0098—04固液反应球磨制备AI.Cu.Ni三元金属间化合物粉末蔡建国,陈刚,周冰(湖南大学材料科学与工程学院,湖南长沙410082)摘要:利用固液反应球磨技术制备了Al—Cu—Ni三元合金粉末.采用Ni球球磨叫Ar33.2%WCu,叫Al-54%wcu(Cu)和"gOAl一70%wc.(A1Cu)-~TL合金熔体,在893K 分别球磨Al-33.2%叫熔体12h和24h后均生成了Cu4Ni粉末;在893K球磨"COAl一54%wcul2h后生成Cu4Ni粉末,在993K和1123K球磨"gOAl一54%叫cu(AI2Cu)24h后均生成al0.28Cu0~69Ni0.粉末;在1123K球磨叫Ar70%WCu(A12Cu)24h后生成.28Cu0.69Ni0.粉末同时,对一Cu-Ni三元合金相形成规律进行了研究,对固液反应球磨机理进行了探讨.关键词:固液反应球磨;机械力化学;三元合金;金属间化合物;Al—Cu.Ni合金中图分类号:TB383文献标识码:AFabricationofA1—.Cu—.NiTernaryAlloyPowders bySolid—liquidReactionMillingCAIJian—guo.CHENGang,ZHOUBing (CollegeofMaterialsScienceandEngineering,HunanUniv.Changsha,Hunan410082.Chi na)Abstract:A1.Cu..Niternaryalloypowderswerefabricatedwithanewsolid..1iquidreaction millingtechnolo..gy.AI7Cu4NipowderwereobtainedbymillingWAI一33.2%7A)Cmassfriction)eutecticalloymeltat893Kfor12or24hours,andA17Cu4NipowderwerealsopreparedwhenWAl一54%"g.UCualloymeltweremilledat893Kfor24hours.al0.28Cu0.69Ni0.powderwereobtainedbymillingW Al一54%wc~(AlzCu)hypereutecticalloymeltat993Kor1123Kfor24hours.Al0.280U069Ni0powderwastheresultofmillingWAl一70%叫cu(A1Cu)alloymeltat1123Kfor24hours.Moreover,thereactionmechanismandadvantageswereanalyzed anddiscussed.Keywords:solid～liquidreactionmilling;mechanicalalloying;ternaryalloys;intermetalliccompounds;A1一Cu—Nialloy固液反应球磨技术…是在机械力化学【2j和机械合金化_3J基础上发展起来的一种新型的材料制备技术.在现有的反应球磨技术研究工作中,对固一固反应体系,固一气反应体系的研究较多l4j,对固一液反应体系的研究却开展得很少.目前,采用固.液反应球磨已成功地制备了Fe—zn,Fe—Sb,Fe—sn,Fe一,收稿日期:2005一O120基金项目:国家自然科学基金资助项目(50304008)作者简介:蔡建国(1972一),男,湖南益阳人,湖南大学讲师,博士E-mail:*****************Ni—Al,-ri—Al,A1一Cu—Fe和一Si—Fe等多种其它工艺难以获得的二元系和三元系金属间化合物[j.本文采用固液反应球磨技术以Ni球为球磨介质,熔融Al—Cu合金为球磨对象,开展三元合金系的固液反应球磨的研究.为研究磨球作用下三元合金固液反应的相形成规律及机理,丰富固液反应球磨工艺的第1期蔡建国等:固液反应球磨制备AI—cuNi三元金属间化合物粉末99 内容,进一步探讨该工艺机理提供参考1实验过程本实验采用的固液反应球磨设备是自行设计和发明的专利装置——卧式固液反应球磨机,密封的球磨罐在可控温加热电炉内工作,球磨罐转速由调速电机控制.在本实验中球磨罐为Ni质,球磨机转速为80r/min(为0,75Vl临界),球料质量比为11:1.每次二元母合金配料为200g.当球磨时间达到预定值后,快速冷却至室温,将得到的粉末混合均匀然后按化学分析法取样或取块状产物进行钻屑均匀混合取样,球磨产物在德国西门子的D5000型衍射仪上进行物相分析,衍射靶为Cu靶,加速电压为30kV,记数率仪的时间常数为0.5s,测角仪连续扫描速度为0.01o/s,扫描范围为10～100.,采用H800型电显微镜对粉末状产物进行形貌和显微组织分析.本实验是采用Ni球在一定温度下分别对液态强鼎W AI一33.2%WCu,一54%ZUC,WAI一70%WC进行球磨.训Al一33.2%WCu,叫Ar54%WCu,W AI一70%"WCu的液相点分别是821K,864K,1073K,所以选定在893K温度下对W AI-33.2%W(=I,进行球磨,在893K,993K,1123K温度下对训Ar54%训c进行球磨,在1123K温度下对训AI-70%WCu进行球磨.球磨一定时间后,快速冷却球磨筒及球磨产物,取出粉末样品进行物相和形貌分析.2实验结果2.1采用Ar33.2%WCu母合金的球磨实验结果在893K下来用Ni球球磨WAI一33.2%训cu熔体12h和24h后,产物的物相分析结果.Ni球下W AI-33.2%训,熔体时发生了固一液化学反应,生成物的主相是三元金属间化合物A17CuaNi,图1所示为在893K下用Ni球球磨训AI-33,2%训c熔体l2h和24h后产物的x射线衍射图,2o1(o)(a)在893K球磨12h20/(.)(b)在893K球磨:24h图1用Ni球球磨叫A1—33.2%硼熔体后产物的X射线衍射图谱Fig.1XRDpatternoftheasmilledproductsobtainedbymillingtheAI一33,2%Cumelt 2.2采用Ar54%c¨母合金的球磨实验结果Ar54%('u熔体在选定温度下与Ni球发生了化学反应.在893K时球磨12h后生成的三元化合物是A17CtaNi,在993K和1123K时球磨24h生成的三元化合物均是A28Cuo.69Nio.与前面实验结果对比发现,母合金中Cu含量增加对球磨产物有明显影响.图2所示为在不同条件下球磨时得到的产物的x射线衍射图谱.由图可见,A1o.2sCuo.69Nio相的纯度很高.100湖南大学(自然科学版)20o6年越氍趟崩2o/(.)(a)在893K球磨12h△--AI~28c69N二垒全I.全一—J0-.一'.'''一——T一2O304OSO6O7OB09010020/(.)(b)在993K球磨24h2or(o)(c)在1123K球磨24h图2用Ni球球磨wA1—54%叫熔体后产物的X射线衍射图谱big.2XRDpatternoftheasmilledproductsobtainedbymillingtheWAI一54%叫cumelt 2.3采用W AJ-70%WCu母合金的球磨实验结果图3所列为在1123K下用Ni球球磨WAr70%WWcu(Cu)熔体24h后产物的物相分析结果.从表3中可以看出:叫Ar70%WCu熔体在选定的温度(由于受球磨机使用温度的限制,无法在更高温度下进行球磨)与Ni球发生了固一液化学反应,生成的三元化合物相是.28Cuo.69Nio一.图3所示为球磨产物的x射线衍射图谱.'20/(o)图3用Ni球球磨训一70%W(熔体后产物的X射线衍射图谱Fig.3XRDpatternoftheas-n~lledpreductsobtainedbymillingthe删A1—70%wc~melt 照片,图4(c),图4(d)为A10瑚Cu0.69Nio一合金粉末的2-4粉末显微组织分析TEM照片,照片显示粉末颗粒粒径在150nm以内,图4(a),图4(b)为A17Cu4Ni合金粉末的TEM且粉末颗粒明显存在层状组织. ∞帅∞帅∞∞∞05O5O505第1期蔡建国等:固液反应球磨制备A1一Cu—Ni三元金属问化合物粉末101 (a)AICu4Ni粉末(×40000)(c)AI.2sCu009Nio_粉末(X80000)3实验结果分析(b)AI,Cu,Ni粉末(×100000)(d)AI8Cu069Nio_粉末(×100000)图4A1一Cu—Ni系球磨产物的TEM照片Fig.4TEMphotographoftheas-milledproductsobtainedbymillingAI—Cu—Ni1)随着一Cu二元母合金中Cu的含量的增加,球磨时的固一液反应难度加大,生成的三元化合物相中Ni的含量减少,同时Al的含量也相应减少.2)提高球磨温度,延长球磨时间,形成的三元合金产物中的Ni和的含量减少,Cu的含量增加,且有利于三元合金产物的形成.3)球磨温度超出二元母合金熔点越高,则固一液反应越容易进行.4)一Cu—Ni系固液反应球磨过程中可直接生成三元化合物微细粉末.4结论1)采用采用Ni球球磨成分为AI-33.2%0.的合金熔体,在8933K下球磨12h和24h后生成的三元化合物均是AICu4Ni粉末.2)采用Al一54%WCu合金熔体时,在893K球磨12h后形成的三元化合物是A1Cu4Ni粉末,在993K球磨24h时生成的三元化合物则是舢l28Cu0.69Nio.粉末.3)采用Al一70%c合金熔体时,在1123K,球磨24h后生成的三元化合物足.28Cu0.69Ni0粉末.4)AI—Cu—Ni系在固一液反应球磨过程中生成的金属间化合物粉末颗粒尺寸在150nrn左右,形状不规则.5)AI—Cu—Ni系在同一液反应球磨过程机理符合打击一剥落模型.参考文献[1]严红单,陈振华.反应球磨技术原理及其在材料制备中的应用[J] 功能材料,1997,28(1):15一l8.12JFOXPG.ReviewIIlelllyitfitiat~tchern.icalreactionins~d[J] JaumlofMateriaksScience,1975,10(4):340一.360.[3]BENJAMINjs,Fuv~talsofmechanicalalloying[J]MatersciFo-r1.~l,1992,(88):1—5[4]【](II)G,MULASG,SCHIFFIN1L.Mechanicalalbyingpmcandr~-tiveuiT1g_J].¨ImofMetaLs,1995,47(3):1621.[5]陈鼎,陈振华,黄培云.固液反应球磨制备Zn和Fe-Sb系金属问化合物[J]湖南大学,2004,31(1):12—16.[6]陈鼎,陈刚.固液反应球磨制备Fe-Sn金属问化合物粉末[J].中国有色金属,2oo3,13(3):579—583.[7]陈鼎,陈振华,陈刚,等.固液反应球磨制备Al,N._Al和FAl金属问化台物[J].湖南大学,2004,31(2):20—24,[8]陈鼎,黄培云.固液反应球磨制备AI.Cu-Fe与AI-Si.Fe二元合金[J].中南大学,2004,35(4):537—542.[9]蔡建国,陈刚,徐红梅.固液反应球磨制备AICuzCo二元金属问化合物[J],湖南大学,2005,32(3):28—32,。
【国家自然科学基金】_界面反应层_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801
科研热词 推荐指数 界面反应 5 钎焊 3 界面 3 钛合金 2 冶炼 2 不锈钢 2 tini 2 tife 2 bazro3 2 高铌tial合金 1 锆合金 1 铝合金 1 金属基复合材料 1 金刚石 1 轧焊 1 轧制复合 1 超高频 1 组织转变 1 纳米压痕 1 碳纤维增强碳化硅复合材料 1 石墨型 1 真空平板玻璃 1 界面特征 1 界面反应层 1 电阻点焊 1 电弧熔钎焊 1 热等静压扩散连接 1 热应力 1 润湿性 1 浸渗 1 泡沫铝 1 氧化钇陶瓷型 1 氧 1 氢化钛 1 有限元分析 1 显微组织 1 断裂行为 1 抗弯强度 1 扩散连接 1 感应钎焊 1 层压复合材料 1 封接性能 1 固溶体层 1 动力学模拟 1 动力学 1 力学性能 1 中间层 1 三明治结构 1 w基片 1 ti/al异种合金 1 ti 1 si3n4陶瓷 1
推荐指数 5 4 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
53 54 55 56 57 58 59
ni-cr-w合金 m23c6 k418b fgh91 cu50zr50非晶合金 al ag-cu-ti+mo复合钎料
Si(Ni-Cr合金)Cu扩散偶950℃时的界面反应
3.2 Cu/Cr-Ni 扩散偶界面检测结果
图 3 为 950℃下 Cu/Cr-Ni 三元扩散偶反应的背散射电子相。 左侧白亮区域为原来铜片所 在位置，界面右侧略深色区域为原合金基体位置。在 Cr-Ni 基体一侧明显看到有两种不同的 析出物，一种是颜色较深的富 Cr 的 bcc 相，另外一种是白色的富 Cu 的 fcc 相，不规则的分 各相的平衡成分如表 2 在界面左边的 Cu 片侧，Ni 扩散通过界面进入 Cu 中，但 Cr 扩散通 过界面的量较少。
1. 引言
随着集成电路集成度的提高，内连材料线宽尺寸不断降低，Al 作为内连材料其性能已 难以满足集成电路的要求。20 世纪 90 年代以来，Cu 由于具有低的电阻率和高的抗电迁移 与抗应力迁移能力，可作为 Al 的替代材料，得到了广泛研究[1]。 与 Al 相比，Cu 具有室温下电阻率低、抗电迁移和应力迁移特性好等优点。Cu 的电阻 率为 µΩ·cm，仅为 Al 的 %；Cu 在 ℃条件下测得的电应力引起的离子漂移速度分 别为 Au 和 Al 的 和 ,Cu 发生电迁移的电流密度的上限为 5×106A/cm2，而 Al 的上限 为 2×105A/cm2；Cu 的应力特性也远远好于 Al[2]。所以，无论从减少互连延迟的角度，还是 从互连可靠性的角度，Cu 互连的性能都超过 Al 互连。但是，Cu 互连也存在一些问题。首 先，是 Cu 污染问题。对于 Si 半导体，Cu 是间隙杂质，即使在很低的温度下也可以迅速地 在 Si 中扩散，从而影响器件的少数载流子寿命和结的漏电流，使器件的性能变坏，甚至失 效。其次，是当 Cu 淀积到硅片后经 200℃退火 300min 便会形成高阻的铜硅化物，而且 Cu 与 Si 层的粘附性较差。 为了解决 Cu 污染和形成高阻铜硅化物及粘附性较差等问题， 人们提 出了增加扩散阻挡层的解决方案。 好的阻挡层材料应该有高的熔点， 因为扩散性与基质材料的熔点直接相关。 大多数研究 集中在各种高熔点的纯金属(如Cr，Ti，Nb，Mo，Ta和W)和化合物(如TiN)作为Cu和Si之间 的扩散阻挡层[3]。双金属淀积层是一种有效的扩散阻挡层，可适应日益广泛的浅结器件对薄 膜型欧姆接触的要求[4]。这种扩散阻挡层是通过将贵金属A（一般为Pt，Pd和Ni等）和难熔 金属B（一般为W，V和Cr等）的合金淀积在硅衬底上，将沉积后的固溶体薄膜在一定的温 度退火，合金沉淀层便发生相分离，A与Si发生反应形成硅化物，难熔金属B仍留在薄膜的 表面层变成双层结构，对Cu与Si之间的扩散起到双层阻挡的效果。张丽娟、王芳[5]等人研制 的Cr-Ni薄膜电阻材料可靠高、高稳定性好，应用在具体电路中，可以得到满意的效果。 本文针对半导体硅片（Si）−扩散阻挡层（Cr-Ni 合金）−金属互连材料（Cu）构成的体 系，制备 Si/Cr-Ni/Cu 扩散偶，在 950℃温度下退火，模拟金属/半导体接触材料承受的高温 作用，对界面反应的新相生成序列进行实验测定和分析研究。
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关键词： Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 三元扩散偶； 扩散溶解反应层； 界面迁移
中图分类号： ＴＧ４５３＋．９； ＴＧ１１１．６
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－３８１４（２００８）０４－００１７－０３
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ ｉｎ Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ Ｔｒ ｉｐｌｅ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｃｏｕｐｌｅｓ
ｂｅｆｏｒｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ
《热加工工艺》２００８ 年第 ３７ 卷第 ４ 期
１７
材料热处理技术 Ｍａｔｅｒｉａｌ ＆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
２００８ 年 ２ 月
试样在扩散热处理后， 沿垂直于界面的方向 磨平、抛光。首先用光镜初步观察扩散溶解反应层 的形成情况， 然后借助 ＳＥＭ 背散射技术分析界 面的迁移情况， 用电子探针微区元素分析技术确 定各反应层的元素分布， 并且和相图的各相排列 进行了对比。
在一定条件下， 不同金属原子在扩散偶的界面 上会发生迁移。界面上原子的这种行为影响了材料的 各种性能， 如 Ｚｎ／Ａｌ 合金的超塑性变形就是 Ｚｎ／Ａｌ 界 面 原 子 迁 移 效 应 调 节 的 结 果［１］。Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 合 金 是 一种重要的形状记忆合金， 目前的研究主要集 中在其形状记忆功能以及马氏体相变等方面 ， ［２－４］ 较 少提及其界面原子的扩散。诸葛兰剑等人研究了 Ｎｉ－Ｔｉ－Ｃｕ 的机械合金化［５］， 发现 Ｎｉ、Ｔｉ 和 Ｃｕ 原子之 间都互有扩散， 但以 Ｎｉ 和 Ｃｕ 向 Ｔｉ 中扩散为主。本 文采用“铆钉法”制备了界面为曲面的 Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 扩 散偶， 分析其进行热处理后界面迁移情况。
ＣｕＮｉ２９Ｔｉ２０ ＴｉＮｉ
Ｔｉ２Ｎｉ
Ｃｕ
Ｔｉ
Ｃｕ３ＮｉＴｉ６
ＴｉＮｉ２Ｃｕ Ｎｉ Ｃｕ１２ＮｉＴｉ
ＴｉＮｉＣｕ ＴｉＣｕ
ＴｉＣｕ ４
ＴｉＣｕ４
图３ 相区分布示意图 Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
由图 ２（ｂ）和图 ３ 可以看到， 在 Ｔｉ－Ｎｉ 侧生成的 各扩散溶解反应 层中 ＴｉＮｉ 层厚度 最厚。对于 纯 Ｔｉ－Ｎｉ 扩散偶， Ｖａｎｄａｌ 等人在一定条件下， 得到了 由 Ｔｉ 向 Ｎｉ 的三个扩散层［８］， 依次为 Ｔｉ２Ｎｉ、ＴｉＮｉ 和 ＴｉＮｉ３， 其 最 终 扩 散 溶 解 反 应 层 结 构 是 Ｔｉ／Ｔｉ２Ｎｉ／ＴｉＮｉ／ＴｉＮｉ３／Ｎｉ。根据各反应产物的生成自 由能［９］不难知道， ＴｉＮｉ３ 优先在界面处生成。随着扩 散 时 间 的 延 长 金 属 间 化 合 物 ＴｉＮｉ３ 层 逐 渐 增 厚 ， 与此同时， 母材钛原子继续向界面进行扩散， 只是 Ｔｉ 原子的数量越来越少。当 ＴｉＮｉ３ 层生长到一定 的厚度， Ｔｉ、Ｎｉ 原子的扩散通量接近 １ 时， ＴｉＮｉ 层 的热力学形核生长条件满足， 由此金属间化合物 ＴｉＮｉ 开 始 在 ＴｉＮｉ３／Ｔｉ 界 面 上 形 核 生 长 。 同 理 当 ＴｉＮｉ／Ｔｉ 界 面 处 的 Ｔｉ、Ｎｉ 原 子 的 扩 散 通 量 接 近 ２ 时， Ｔｉ２Ｎｉ 在 ＴｉＮｉ／Ｔｉ 界面处出现。同时 Ｖａｎｄａｌ 等 人还发现， 在 纯 Ｔｉ－Ｎｉ 扩散偶中 ， 在 ＴｉＮｉ 和 ＴｉＮｉ３ 层各有一个柯肯达尔面， 这意味着原始界面分布 在这两个层中。在本实验中， Ｔｉ、Ｎｉ 的原始界面交 界处形成了 Ｃｕ 原子扩散的高速通道， 如 图 １（ｃ）， 在 Ｔｉ、Ｎｉ 原子相互扩散的同时， Ｃｕ 原子在此处大 量扩散进入。又 ＴｉＮｉ 为 ｂｃｃ 结构， ＴｉＮｉ３ 为 ｈｃｐ 结 构， Ｃｕ 原子在 ｈｃｐ 结构中的扩散激活能远大于在 ｂｃｃ 结构中的扩散激活能。因此， Ｃｕ 原子的扩散
属相界面和焊接工艺； 电 话：１５９６３８８３０５７； Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｍｉｎ８２０５０７＠１６３．ｃｏｍ．
（ａ） Ｔｉ－Ｎｉ 扩散偶
（ｂ）Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 三元扩散偶
ｃ
ｂ
ａ
（ｃ）Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 三元交点局部 Ａ 处 放大图
图１ 热处理前扩散偶示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍｓ ｏｆ Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｕｐｌｅｓ
ＬＩ Ｍｉｎ， ＬＩ Ｓｈｉｃｈｕｎ， Ｓｏｎｇ Ｙｕｑｉａｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｉｎ Ｃｈｉｎａ， Ｄｏｎｇｙｉｎｇ ２５７０６１， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ ｔｒｉｐｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｕｐｌｅｓ ｗｉｔｈ ｃｕｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒｐａｒｅｄ ｂｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｚｏｎｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ （ＯＭ）， ＳＥＭ ｂａｃｋ－ｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ ａｎｄ Ｘ－ｒａｙ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ １０ ｒｅａｃｔｅｄ ｚｏｎｅｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｕｐｌｅｓ ａｎｎｅａｌｅｄ ａｔ ９７３ Ｋ ｆｏｒ ２００ ｈ． Ｉｎ ｔｈｅｓｅ ｒｅａｃｔｅｄ ｚｏｎｅｓ， ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ５ ｂｉｎａｒｙ ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ， Ｔｉ２Ｎｉ， ＴｉＮｉ， ＴｉＣｕ， Ｔｉ３Ｃｕ４ ａｎｄ ＴｉＣｕ４， ａｎｄ ５ ｔｅｒｎａｒｙ ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ， ＴｉＮｉ２Ｃｕ， ＣｕＮｉ２９Ｔｉ１０， Ｃｕ３ＮｉＴｉ８， Ｃｕ１２ＮｉＴｉ７， Ｔｉ５０Ｎｉ３２Ｃｕ１８． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ ｔｒｉｐｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｕｐｌｅｓ； ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ； ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ
１ 试样制备和测试方法
Ｔｉ 块作为基体， 而把热膨胀系数较大的 Ｎｉ 和 Ｃｕ 作 为 内 嵌 铆 钉 （见 图 １）。 将 制 备 好 的 试 样 放 入 ＷＫ－Ｉ 型真空退火炉中， 在 ９７３ Ｋ 进行扩散热处理 ２００ ｈ， 真空度为 １×１０－３ Ｐａ。
Ｎｉ
Ｔｉ
Ｎｉ Ｃｕ Ｔｉ
Ｔｉ Ｎｉ
Ａ Ｔｉ Ｎｉ Ｃｕ
结 合 图 ２（ｂ）和 表 １ 可 知，此 扩 散 偶 中 各 扩 散 溶解反应层， 在 Ｔｉ－Ｎｉ 一侧， 由 Ｔｉ 向 Ｎｉ 侧的扩散 层 依 次 是 Ｔｉ２Ｎｉ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮｉ２Ｃｕ 和 ＣｕＮｉ２９Ｔｉ１０； 在 Ｔｉ－Ｃｕ 一侧， 由 Ｔｉ 向 Ｃｕ 侧依次为 Ｃｕ３ＮｉＴｉ８、ＴｉＣｕ、 Ｔｉ３Ｃｕ４、Ｃｕ１２ＮｉＴｉ７ 和 ＴｉＣｕ４。三角 形 状 区 扩 散 层 为 Ｔｉ５０Ｎｉ３２Ｃｕ１８。虽然背散射 和能谱分 析 技 术 只 能 确 定元素浓度在各区域中的分布， 但是辅以热力学 计算和相图知识， 可以确认出以上的化合物。扩散 溶解反应层的相区分布特征如图 ３ 所示。
２ 结果及讨论
图 ２（ａ）是 Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 三元扩散偶在 ９７３ Ｋ 扩散
热处理 ２００ ｈ 后的金相图片。从图片可以观察到
在 Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 三 元 扩 散 偶 的 界 面 处 发 生 了 明 显 的
扩散， 形成了不同成分的扩散溶解反应层。利用（ａ）金 相 照 片（ｂ）背 散 射 照 片
Ｃｕ Ｎｉ
１８
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８， Ｖｏｌ．３７， Ｎｏ． ４
下半月出版
Ｍａｔｅｒｉａｌ ＆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 材料热处理技术
更易发生在 ｂｃｃ 结构的 ＴｉＮｉ 层中， 而不易发生在 ｈｃｐ 结构的 ＴｉＮｉ３ 层中。另外由于 ｂｃｃ 结构的点 １、 ２ 处的扩散溶解反应层中 Ｃｕ 的溶解度较大， 可达 ６．０％， 而 ｈｃｐ 结构的 Ｎｉ３Ｔｉ 层中 Ｃｕ 原子的溶解度只 有不到 １％， 因此造成了 Ｃｕ 原子扩散进入 ＴｉＮｉ 层， 生成的 ＴｉＮｉ２Ｃｕ 三元系金属间化合物中 Ｃｕ 的含量 比 Ｃｕ 原子扩散进入 ＴｉＮｉ３ 层形成的 ＣｕＮｉ２９Ｔｉ１０ 三元 系金属间化合物中 Ｃｕ 的含量高很多， 见图 ４。同时
Ｔｉ
（ａ） ＴｉＮｉ 层
ＣＰＳ!
Ｎｉ Ｎｉ
Ｔｉ ０２
Ｃｕ Ｎｉ Ｃｕ
Ｎｉ
Ｔｉ Ｎｉ
４６ Ｔｉ
８ １０ １２ １４ １６ １８ ２０ Ｅ／ ｋｅＶ
扩 散 溶 解 反 应 层 中 各 元 素 含 量（ａｔ％）
Ｔｉ
Ｎｉ
Ｃｕ
６８．４０
２９．４６
２．１３
５１．８０
４５．２５
２．９５
３５．０６
４８．００
１６．９４
２６．２６
７２．２２
１．５１
７０．５８
８．６８
２０．７４
５１．３０
２．５２
４６．１８
４５．１２
１．７８
５３．１０
３３．９５
４．６７
６１．３８
２１．３２
图片如图 ２（ｂ）所示。可以看出， 在靠近三元交界点
的部分， Ｔｉ－Ｎｉ 之间生成了 ４ 层扩散溶解反应 层，
Ｔｉ－Ｃｕ 之间则生成了 ５ 层。在与 Ｔｉ、Ｎｉ 和 Ｃｕ 三组
元交界点相对的地方则生成了一个三角形状的相
区。用电子探针微区成分的方法分析 ９７３ Ｋ 时生
成的各相层的成分， 结果见表 １。
１．５４
７７．１５
５０．７６
３１．３４
１７．９０
对应的表达式
Ｔｉ２Ｎｉ ＴｉＮｉ ＴｉＮｉ２Ｃｕ ＣｕＮｉ２９Ｔｉ１０ Ｃｕ３ＮｉＴｉ８ ＴｉＣｕ Ｔｉ３Ｃｕ４ Ｃｕ１２ＮｉＴｉ７ ＴｉＣｕ４ Ｔｉ５０Ｎｉ３２Ｃｕ１８
中图分类号： ＴＧ４５３＋．９； ＴＧ１１１．６
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－３８１４（２００８）０４－００１７－０３
Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ ｉｎ Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ Ｔｒ ｉｐｌｅ Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｃｏｕｐｌｅｓ
ｂｅｆｏｒｅ ａｎｎｅａｌｉｎｇ
《热加工工艺》２００８ 年第 ３７ 卷第 ４ 期
１７
材料热处理技术 Ｍａｔｅｒｉａｌ ＆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
２００８ 年 ２ 月
试样在扩散热处理后， 沿垂直于界面的方向 磨平、抛光。首先用光镜初步观察扩散溶解反应层 的形成情况， 然后借助 ＳＥＭ 背散射技术分析界 面的迁移情况， 用电子探针微区元素分析技术确 定各反应层的元素分布， 并且和相图的各相排列 进行了对比。
在一定条件下， 不同金属原子在扩散偶的界面 上会发生迁移。界面上原子的这种行为影响了材料的 各种性能， 如 Ｚｎ／Ａｌ 合金的超塑性变形就是 Ｚｎ／Ａｌ 界 面 原 子 迁 移 效 应 调 节 的 结 果［１］。Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 合 金 是 一种重要的形状记忆合金， 目前的研究主要集 中在其形状记忆功能以及马氏体相变等方面 ， ［２－４］ 较 少提及其界面原子的扩散。诸葛兰剑等人研究了 Ｎｉ－Ｔｉ－Ｃｕ 的机械合金化［５］， 发现 Ｎｉ、Ｔｉ 和 Ｃｕ 原子之 间都互有扩散， 但以 Ｎｉ 和 Ｃｕ 向 Ｔｉ 中扩散为主。本 文采用“铆钉法”制备了界面为曲面的 Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 扩 散偶， 分析其进行热处理后界面迁移情况。
ＣｕＮｉ２９Ｔｉ２０ ＴｉＮｉ
Ｔｉ２Ｎｉ
Ｃｕ
Ｔｉ
Ｃｕ３ＮｉＴｉ６
ＴｉＮｉ２Ｃｕ Ｎｉ Ｃｕ１２ＮｉＴｉ
ＴｉＮｉＣｕ ＴｉＣｕ
ＴｉＣｕ ４
ＴｉＣｕ４
图３ 相区分布示意图 Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
由图 ２（ｂ）和图 ３ 可以看到， 在 Ｔｉ－Ｎｉ 侧生成的 各扩散溶解反应 层中 ＴｉＮｉ 层厚度 最厚。对于 纯 Ｔｉ－Ｎｉ 扩散偶， Ｖａｎｄａｌ 等人在一定条件下， 得到了 由 Ｔｉ 向 Ｎｉ 的三个扩散层［８］， 依次为 Ｔｉ２Ｎｉ、ＴｉＮｉ 和 ＴｉＮｉ３， 其 最 终 扩 散 溶 解 反 应 层 结 构 是 Ｔｉ／Ｔｉ２Ｎｉ／ＴｉＮｉ／ＴｉＮｉ３／Ｎｉ。根据各反应产物的生成自 由能［９］不难知道， ＴｉＮｉ３ 优先在界面处生成。随着扩 散 时 间 的 延 长 金 属 间 化 合 物 ＴｉＮｉ３ 层 逐 渐 增 厚 ， 与此同时， 母材钛原子继续向界面进行扩散， 只是 Ｔｉ 原子的数量越来越少。当 ＴｉＮｉ３ 层生长到一定 的厚度， Ｔｉ、Ｎｉ 原子的扩散通量接近 １ 时， ＴｉＮｉ 层 的热力学形核生长条件满足， 由此金属间化合物 ＴｉＮｉ 开 始 在 ＴｉＮｉ３／Ｔｉ 界 面 上 形 核 生 长 。 同 理 当 ＴｉＮｉ／Ｔｉ 界 面 处 的 Ｔｉ、Ｎｉ 原 子 的 扩 散 通 量 接 近 ２ 时， Ｔｉ２Ｎｉ 在 ＴｉＮｉ／Ｔｉ 界面处出现。同时 Ｖａｎｄａｌ 等 人还发现， 在 纯 Ｔｉ－Ｎｉ 扩散偶中 ， 在 ＴｉＮｉ 和 ＴｉＮｉ３ 层各有一个柯肯达尔面， 这意味着原始界面分布 在这两个层中。在本实验中， Ｔｉ、Ｎｉ 的原始界面交 界处形成了 Ｃｕ 原子扩散的高速通道， 如 图 １（ｃ）， 在 Ｔｉ、Ｎｉ 原子相互扩散的同时， Ｃｕ 原子在此处大 量扩散进入。又 ＴｉＮｉ 为 ｂｃｃ 结构， ＴｉＮｉ３ 为 ｈｃｐ 结 构， Ｃｕ 原子在 ｈｃｐ 结构中的扩散激活能远大于在 ｂｃｃ 结构中的扩散激活能。因此， Ｃｕ 原子的扩散
属相界面和焊接工艺； 电 话：１５９６３８８３０５７； Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｍｉｎ８２０５０７＠１６３．ｃｏｍ．
（ａ） Ｔｉ－Ｎｉ 扩散偶
（ｂ）Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 三元扩散偶
ｃ
ｂ
ａ
（ｃ）Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 三元交点局部 Ａ 处 放大图
图１ 热处理前扩散偶示意图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍｓ ｏｆ Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｕｐｌｅｓ
ＬＩ Ｍｉｎ， ＬＩ Ｓｈｉｃｈｕｎ， Ｓｏｎｇ Ｙｕｑｉａｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ ｉｎ Ｃｈｉｎａ， Ｄｏｎｇｙｉｎｇ ２５７０６１， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ ｔｒｉｐｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｕｐｌｅｓ ｗｉｔｈ ｃｕｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒｐａｒｅｄ ｂｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｚｏｎｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ （ＯＭ）， ＳＥＭ ｂａｃｋ－ｓｃａｔｔｅｒｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈ ａｎｄ Ｘ－ｒａｙ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ １０ ｒｅａｃｔｅｄ ｚｏｎｅｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｕｐｌｅｓ ａｎｎｅａｌｅｄ ａｔ ９７３ Ｋ ｆｏｒ ２００ ｈ． Ｉｎ ｔｈｅｓｅ ｒｅａｃｔｅｄ ｚｏｎｅｓ， ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ５ ｂｉｎａｒｙ ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ， Ｔｉ２Ｎｉ， ＴｉＮｉ， ＴｉＣｕ， Ｔｉ３Ｃｕ４ ａｎｄ ＴｉＣｕ４， ａｎｄ ５ ｔｅｒｎａｒｙ ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ， ＴｉＮｉ２Ｃｕ， ＣｕＮｉ２９Ｔｉ１０， Ｃｕ３ＮｉＴｉ８， Ｃｕ１２ＮｉＴｉ７， Ｔｉ５０Ｎｉ３２Ｃｕ１８． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ ｔｒｉｐｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｃｏｕｐｌｅｓ； ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ； ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ
１ 试样制备和测试方法
Ｔｉ 块作为基体， 而把热膨胀系数较大的 Ｎｉ 和 Ｃｕ 作 为 内 嵌 铆 钉 （见 图 １）。 将 制 备 好 的 试 样 放 入 ＷＫ－Ｉ 型真空退火炉中， 在 ９７３ Ｋ 进行扩散热处理 ２００ ｈ， 真空度为 １×１０－３ Ｐａ。
Ｎｉ
Ｔｉ
Ｎｉ Ｃｕ Ｔｉ
Ｔｉ Ｎｉ
Ａ Ｔｉ Ｎｉ Ｃｕ
结 合 图 ２（ｂ）和 表 １ 可 知，此 扩 散 偶 中 各 扩 散 溶解反应层， 在 Ｔｉ－Ｎｉ 一侧， 由 Ｔｉ 向 Ｎｉ 侧的扩散 层 依 次 是 Ｔｉ２Ｎｉ、ＴｉＮｉ、ＴｉＮｉ２Ｃｕ 和 ＣｕＮｉ２９Ｔｉ１０； 在 Ｔｉ－Ｃｕ 一侧， 由 Ｔｉ 向 Ｃｕ 侧依次为 Ｃｕ３ＮｉＴｉ８、ＴｉＣｕ、 Ｔｉ３Ｃｕ４、Ｃｕ１２ＮｉＴｉ７ 和 ＴｉＣｕ４。三角 形 状 区 扩 散 层 为 Ｔｉ５０Ｎｉ３２Ｃｕ１８。虽然背散射 和能谱分 析 技 术 只 能 确 定元素浓度在各区域中的分布， 但是辅以热力学 计算和相图知识， 可以确认出以上的化合物。扩散 溶解反应层的相区分布特征如图 ３ 所示。
２ 结果及讨论
图 ２（ａ）是 Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 三元扩散偶在 ９７３ Ｋ 扩散
热处理 ２００ ｈ 后的金相图片。从图片可以观察到
在 Ｔｉ－Ｎｉ－Ｃｕ 三 元 扩 散 偶 的 界 面 处 发 生 了 明 显 的
扩散， 形成了不同成分的扩散溶解反应层。利用（ａ）金 相 照 片（ｂ）背 散 射 照 片
Ｃｕ Ｎｉ
１８
Ｈｏｔ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２００８， Ｖｏｌ．３７， Ｎｏ． ４
下半月出版
Ｍａｔｅｒｉａｌ ＆ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ 材料热处理技术
更易发生在 ｂｃｃ 结构的 ＴｉＮｉ 层中， 而不易发生在 ｈｃｐ 结构的 ＴｉＮｉ３ 层中。另外由于 ｂｃｃ 结构的点 １、 ２ 处的扩散溶解反应层中 Ｃｕ 的溶解度较大， 可达 ６．０％， 而 ｈｃｐ 结构的 Ｎｉ３Ｔｉ 层中 Ｃｕ 原子的溶解度只 有不到 １％， 因此造成了 Ｃｕ 原子扩散进入 ＴｉＮｉ 层， 生成的 ＴｉＮｉ２Ｃｕ 三元系金属间化合物中 Ｃｕ 的含量 比 Ｃｕ 原子扩散进入 ＴｉＮｉ３ 层形成的 ＣｕＮｉ２９Ｔｉ１０ 三元 系金属间化合物中 Ｃｕ 的含量高很多， 见图 ４。同时
Ｔｉ
（ａ） ＴｉＮｉ 层
ＣＰＳ!
Ｎｉ Ｎｉ
Ｔｉ ０２
Ｃｕ Ｎｉ Ｃｕ
Ｎｉ
Ｔｉ Ｎｉ
４６ Ｔｉ
８ １０ １２ １４ １６ １８ ２０ Ｅ／ ｋｅＶ
扩 散 溶 解 反 应 层 中 各 元 素 含 量（ａｔ％）
Ｔｉ
Ｎｉ
Ｃｕ
６８．４０
２９．４６
２．１３
５１．８０
４５．２５
２．９５
３５．０６
４８．００
１６．９４
２６．２６
７２．２２
１．５１
７０．５８
８．６８
２０．７４
５１．３０
２．５２
４６．１８
４５．１２
１．７８
５３．１０
３３．９５
４．６７
６１．３８
２１．３２
图片如图 ２（ｂ）所示。可以看出， 在靠近三元交界点
的部分， Ｔｉ－Ｎｉ 之间生成了 ４ 层扩散溶解反应 层，
Ｔｉ－Ｃｕ 之间则生成了 ５ 层。在与 Ｔｉ、Ｎｉ 和 Ｃｕ 三组
元交界点相对的地方则生成了一个三角形状的相
区。用电子探针微区成分的方法分析 ９７３ Ｋ 时生
成的各相层的成分， 结果见表 １。
１．５４
７７．１５
５０．７６
３１．３４
１７．９０
对应的表达式
Ｔｉ２Ｎｉ ＴｉＮｉ ＴｉＮｉ２Ｃｕ ＣｕＮｉ２９Ｔｉ１０ Ｃｕ３ＮｉＴｉ８ ＴｉＣｕ Ｔｉ３Ｃｕ４ Ｃｕ１２ＮｉＴｉ７ ＴｉＣｕ４ Ｔｉ５０Ｎｉ３２Ｃｕ１８