材料分析方法在铝钢熔钎焊中应用.docVIP

2012 年 春 季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目 : 材料分析方法 学生所在院（系） : 材料科学与工程 学生所在学科 : 材料加工工程 学 生 姓 名 : 学 号 : 学 生 类 别 : 考核结果 阅卷人 材料分析方法在铝钢电弧熔钎焊中的应用 摘要： 针对不同材料分析方法在铝钢电弧熔钎焊焊缝组织分析中的特点，介绍相应的分析方法及特点，包括对焊缝目标物质成分、结构分析，也包括焊缝组织表面与界面分析、微区分析、形貌分析等。具体有金相组织观察，SEM 组织成分分析，TEM组织结构分析，微区 XRD 物相分析，通过以上分析，研究了接头微观结构特征，深入分析了界面层的组织形态与反应产物，建立了界面结构与力学性能之间的联系。进一步，从焊接能量控制与合金元素作用两方面展开研究，分析了焊接热输入对界面温度场分布的影响，通过热力学与动力学分析，揭示了TIG熔-钎焊界面层生长机制，深入研究了合金元素对界面结构的作用，分析了其控制界面层生长的作用机理，实现了铝/钢异种合金的可靠连接。 关键词： 材料分析方法，铝钢焊，熔钎焊 材料分析方法在铝钢熔钎焊焊缝组织分析中应用概述 针对不同材料分析方法在铝钢电弧熔钎焊焊缝组织分析中的特点，介绍相应的分析方法及特点，包括对焊缝目标物质成分、结构分析，也包括焊缝组织表面与界面分析、微区分析、形貌分析等。具体有金相组织观察，SEM 组织成分分析，TEM组织结构分析，微区 XRD 物相分析，通过以上分析，研究了接头微观结构特征，深入分析了界面层的组织形态与反应产物，建立了界面结构与力学性能之间的联系。进一步，从焊接能量控制与合金元素作用两方面展开研究，分析了焊接热输入对界面温度场分布的影响，通过热力学与动力学分析，揭示了TIG熔-钎焊界面层生长机制，深入研究了合金元素对界面结构的作用，分析了其控制界面层生长的作用机理，实现了铝/钢异种合金的可靠连接。 材料分析的主要内容：表面和内部组织形貌；晶体的相结构；化学成分和价键；有机物的分子结构。 相应地，材料分析方法可以分为形貌分析、物相分析、成分与价键分析及分子结构分析 四大类。此外，基于其他物理性质或电化学性质与材料的特征关系而建立的色谱分析、质谱 分析、电化学分析及热分析等方法也是材料分析的重要方法。 针对本研究中具体内容，介绍如下的材料分析方法。 1.1组织形貌分析 包括光学显微技术和扫描电子显微镜技术，及扫描探针显微分析技术。着重介绍扫描探针显微分析技术。 1.1.1扫描隧道显微镜（STM） STM使用一种非常锐化的导电针尖，而且在针尖和样品之间施加偏置电压，当针尖和样品接近至大约的间隙时，取决于偏置的电压的极性，样品或针尖中的电子可以“隧穿”过间隙到达对方由此产生的隧道电流随着针尖一样品间隙的变化而变化， 故被用作得到STM图像的用作得到信号。上述隧穿效应产生的前提，样品应是导体或半导体，所以STM不能像原子力显微镜那样对绝缘体样品成像。如图1-1所示。 图1-1 STM的针尖一样吕相互作用示意图 隧道电流是间距的指数函数；如果针尖与样品间隙级尺度）隧道电变化10%，隧道电流则变化一个数量级。这种指数关系赋予STM很高的灵敏度，所得样品表面图像具有高于0.1mm的垂直精度和原子级的横向分辨率。 STM可工作于两种扫描模式，即恒定高度模式和恒定电流模式。在恒高模式下，针尖在样品上方的一个水平面上运行，隧道电流随样品表面形貌和局域电子特性而变化。在样品表面每个局域检测到的隧道电流构成数据组，并进而转化成形貌图像。在恒电流模式下，的反馈控制系统通过调整扫描器在每个测量点的高度动态地保证隧道电流不变。比如，当系统检测到隧道电流增加时，就会调整加在压电扫描器上的电压来增加针尖一样品间隙。如果系统把隧道电流恒定在的范围以内，则针尖与样品间的距离变化可以保持在1PM以内。因此在与样品表面距离变化可以保持在直的方向上的深度分辨率可以达到几个PM两种模式各有利弊。恒高模式扫描速率较高，因为控制系统不必上下移动扫描器，但这种模式仅适用于相对平滑的表面。恒电流模式可以较高的精度测量不规则表面，但比较耗 时。 近似地讲，隧穿电流像表述样品的形貌，但更为精确地，隧穿电流对应的是表面电子态密度。实际上STM检测的是在由偏压决定的能量范围之间、费米能级附近被充满和密度。实际上，未充满的电子态的数量，或者说是具有恒定隧穿几率的曲面，而不是物理形貌。 1.1.2 原子力显微技术 原子力显微镜的研究对象除导体和半导体之外，还扩展至绝缘体。原子力显微镜的工作原理如图所示。原子力显微镜针尖长为若干微米，直径通常小于，被置于100-200微米长的悬臂