Formation of the Ni/Al/Ni joint structure applying an isothermal solidification

• Autorzy: Wołczyński W. , Janczak-Rusch J. , Pogoda Z.

Warianty tytułu

PL

Kształtowanie struktury złącza Ni/Al/Ni przy zastosowaniu krystalizacji izotermicznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The Ni/Al/Ni joints have been obtained under the imposed constant real temperature as required by the joining technology. A significant undercooling appears and vanishes cyclically during the formation of intermetallic multi-layer. The obtained sub-layers were formed under metastable conditions. At ftrst liquid Al transforms into its equilibrium solution as defined by the intersection of the real technological temperature with the liquidus line. Dissolution tends to create a typical Al- solute conccntration equal to the N₀, just at the surface of substrate. So, the equilibrium solution transforms into supersaturated solution of the Ni and Al. A super-saturation occurs until the supersaturated zone created at the substrate surface becomes liquid. Then the solidification begins and promotes the formation of the Al₃Ni and Al₃Ni₂ intermetallic sub-layers within the joint. The Gibbs phase rule is satisfied during solidification accompanied by dissolution and super-saturation. The Al-solute redistribution measured across the sub-layers confirms the theoretical prediction suggesting the formation of both mentioned intermetallic phases under metastable condition created during the isothermal solidification. The formation of the intermetallic phases is related to the undercooled peritectic reactions.

PL

Uzyskano złącza Ni/Al/Ni w warunkach zadanej stałej temperatury rzeczywistej tak jak tego wymaga technologia. Proces krystalizacji zatrzymywano po różnych okresach czasu i obserwowano zamrożoną morfologię złącza. Na tej podstawie opracowano założenia modelu krystalizacji odniesionego do diagramu fazowego równowagi stabilnej. Ponieważ proces przebiega w warunkach metastabilnych zatem wprowadzono pewne rozważania związane z diagramem fazowym równowagi metastabilnej przy okazji zastosowania kryterium maksymalnej temperatury frontu krystalizacji. Przeprowadzona symulacja profilu stężenia w poszczególnych podwarstwach a zwłaszcza proporcji szerokości podwarstw do symulowanej proporcji ilości fazy perytektycznej są zadowalające. Jednak, wnioskuje się modyfikację modelu celem wyznaczania produktów reakcji perytektycznej przy zastosowaniu diagramu fazowego równowagi metastabilnej.

Słowa kluczowe

EN

theory of crystallization; solidification process; undercooled peritectic reaction; intermetallic phase

PL

teoria krystalizacji; proces krzepnięcia; faza międzymetaliczna

• Wydawca: Komisja Odlewnictwa Polskiej Akademii Nauk Oddział w Katowicach
• Czasopismo: Archives of Foundry Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 8, iss. 1 spec.
• Strony: 337--342
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wołczyński W.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences , Reymonta 25, 30-059 Kraków, Poland

autor

Janczak-Rusch J.

• Laboratory of Joining and Interface Technology, EMPA, Dübendorf, Switzerland

autor

Pogoda Z.

• Institute of Mathematics, Jagiellonian University, Reymonta 4, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] D. Duvall, W. Owczarski, D. Paulonis, TLP* Bonding: a New Method for Joining Heat Resistance Alloys, Welding Journal, vol. 53, (1974), 203-214.
• [2] I. Tuah-Poku, M. Dollar, T. Massalski, A Study of Transient Liąuid Phase Bonding Process Applied to a Ag/Cu/Ag Sandwich Joint, Metallurgical Transactions, vol. 19A, (1988), 675-686.
• [3] J. Kloch, E. Guzik, J. Janczak-Rusch, D. Kopyciński, T. Rutti, J. Kim, H. Lee, W. Wolczyński, Morphological Characteristic of the Multi-layer/Substrate Systems, Proceedings of the 9-th European Congress on Stereology and Image Analysis, Zakopane, (2005), 375-382.
• [4] Y.K. Chuang, D. Reinisch, K. Schwerdtfeger, Kinetics of the Diffusion Controlled Peritectic Reaction during Solidification of Iron-Carbon Alloys, Metallurgical Transactions, vol. 6A, (1975), 235-238.
• [5] G.A. Lopez, S. Sommadossi, W. Gust, E. Mittemeijer, P. Zięba, Phase Characterization of Diffusion Soldered Ni/Al/Ni Interconnections, Interface Science, vol. 10, (2002), 13-19.
• [6] W. Wolczyński, J. Kloch, J. Janczak-Rusch, K. Kurzydlowski, T. Okane, Segregation Profile in Ditfusion Soldered Ni/Al/Ni Interconnections, Materials Science Forum, vol. 508, (2006), 385-392.
• [7] E. Scheil, Uber die Eutektische Kristallisation, Zeitschrift fur Metallkunde, vol. 34, (1942), 70-80.
• [8] H.D. Brody, M.C. Flemings, Solute Redistribution in Dendritic Solidification, Transactions of AIME, vol. 236, (1966), 615-624.
• [9] W. Wolczyński, E. Guzik, D. Kopyciński, T. Himemiya, J. Janczak-Rusch, Mass Transport during Diffusion Soldering or Brazing at the Constant Temperature, Proceedings of the 13th International Heat Transfer Conference - Sydney, ed. begell house, inc. publishers, eds G. de Vahl Davis & E. Leonardi, CD, (2006), MST-11, 12 pages.