Meta-stable conditions of diffusion brazing

• Autorzy: Wołczyński W. , Okane T. , Senderowski C. , Kania B. , Zasada D. , Janczak-Rusch J.

Warianty tytułu

PL

Metastabilne warunki spajania dyfuzyjnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A thermodynamic justification for the joint formation is developed on the basis of the diffusion brazing of the Ni/Al/Ni system. The phenomena of dissolution and solidification were included into the description. The first solid/solid transformation is also discussed. Mainly, a description for the isothermal brazing occurrence in the meta-stable conditions is developed. It involves the application of the criterion of higher temperature of the solid / liquid (s/l) interface. The dissolution of the filler metal in the substrate is described by the N0 - solute concentration within the dissolution zone (liquid film) distinguished at the substrate surface. The selection of the N0 - parameter by the dissolution is justified by the Thermocalc calculation of the Ni-Al phase diagram for meta-stable equilibrium. According to the model assumptions, the solidification is accompanied by partitioning or by undercooled peritectic reaction resulting in formation of the intermetallic phase. The average Al - solute concentration measured across some Al3Ni2/Al3Ni/Al3Ni2 joints confirms that the N0 - solute concentration is conserved within the analyzed joint sub-layers. The Ni-Al phase diagram for meta-stable equilibrium referred to the solidification is also calculated by means of the Thermocalc Software. It allows locating the solidification path, s/l interface path and redistribution path onto the mentioned diagram. Superposition of both calculated phase diagrams is also given to show that the joint formation occurs cyclically under the meta-stable conditions.

PL

Zaproponowano termodynamiczne uzasadnienie dla kształtowania się złącza na przykładzie spajania dyfuzyjnego systemu Ni/Al/Ni. Do proponowanego opisu włączono zjawiska rozpuszczania i krystalizacji. Pierwsza przemiana w stanie stałym również poddana jest dyskusji. Głównie, opis dotyczy przebiegu spajania dyfuzyjnego w warunkach metastabilnych. Wymaga on zastosowania kryterium wyższej temperatury frontu krystalizacji. Rozpuszczanie składnika łączącego (Al) w podłożu (Ni) jest opisane stężeniem N0 w strefie rozpuszczania (w ciekłej błonce wyróżnionej tuż przy powierzchni podłoża). Selekcja parametru N0 jest uzasadniona obliczeniami z użyciem program Thermocalc Software Programem tym wyznaczono diagram fazowy Ni-Al dla równowagi metastabilnej odniesiony do zjawiska rozpuszczania. Zgodnie z założeniami proponowanego opisu krystalizacji towarzyszą rozdział składnika lub przechłodzona reakcja perytektyczna skutkujące formowaniem się fazy międzymetalicznej. Średnie stężenie Al zmierzone w złączach Al3Ni2/Al3Ni/Al3Ni2 potwierdza, że stężenie N0 jest zachowane w podwarstwach analizowanych złącz. Również, wyznaczono diagram fazowy Ni-Al dla równowagi metastabilnej odniesiony do krystalizacji. Wykorzystano ponownie program Thermocalc Software. Pozwoliło to na zlokalizowanie ścieżki krystalizacji, ścieżki frontów krystalizacji, ścieżki redystrybucji na diagramie fazowym równowagi metastabilnej. Superpozycja obydwu obliczonych diagramów jest także pokazana celem zilustrowania, iż formowanie się złącza zachodzi cyklicznie w obserwowanych warunkach metastabilnych.

Słowa kluczowe

EN

meta-stable equilibrium; joint formation model; dissolution; solidification

PL

równowaga meta-stabilna; rozpuszczanie; krzepnięcie

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 56, iss. 2
• Strony: 311--323
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Wołczyński W.

autor

Okane T.

autor

Senderowski C.

autor

Kania B.

autor

Zasada D.

autor

Janczak-Rusch J.

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

Bibliografia

• [1] I. Tuah-Poku, M. Dollar, T. Massalski, A Study of the Transient Liquid Phase Bonding Process Applied to a Ag/Cu/Ag Sandwich Joint, Metallurgical Transactions 19A, 675-686 (1988).
• [2] J. Kloch, E. Guzik, J. Janczak-Rusch, D. Kopyciński, T. Rütti, J. Kim, H.M. Lee, W. Wołczyński, Morphological Characteristics of the Multi-layer/Substrate Systems, Proceedings of the 9th European Congress on Stereology and Image Analysis, Zakopane (Poland), 375-382 (2005).
• [3] W. Wołczyński, 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 (Australia), (2006), ed. begell house, eds. G. de Vahl Davis & E. Leonardi, CD, MST-11, 12 pages.
• [4] Y. K. Chuang, D. Reinisch, K. Schwerdtfeger, Kinetics of Diffusion Controlled Peritectic Reaction during Solidification of Iron-Carbon Alloys, Metallurgical Transactions 6(A), 235-238 (1975).
• [5] D. M. Jacobson, G. Humpston, Diffusion Soldering, Soldering & Surface Mount Technology 10, 27-32 (1992).
• [6] R. Jiangwei, L. Yajiang, F. Tao, Microstructure Characteristics in the Interface Zone of Ti/Al Diffusion Bonding, Materials Letters 56, 647-652 (2002).
• [7] W. Wołczyński, J. Kloch, J. Janczak-Rusch, K. Kurzydłowski, T. Okane, Segregation Profiles in Diffusion Soldered Ni/Al/Ni Interconnections, Materials Science Forum 508, 385-392 (2006).
• [8] D. Kopyciński, Krystalizacja faz międzymetalicznych i cynku na żelazie oraz jego nisko- i wysokowęglowych stopach podczas procesu cynkowania. Monografia AGH, 149, Kraków 2006, 131 stron.
• [9] T. Umeda, T. Okane, W. Kurz, Phase Selection during Solidification of Peritectic Alloys, Acta Materialia 44, 4209-4216 (1996).
• [10] W. D. MacDonald, T.W. Eagar, Isothermal Solidification Kinetics of Diffusion Brazing, Metallurgical and Materials Transactions 29A, 315-325 (1998).
• [11] D. Phelan, M. Reid, R. Dippenaar, Kinetics of the Peritectic Phase Transformation: Insitu Measurements and Phase Field Modelling, Metallurgical/Materials Transactions 37A, 985-989 (2006).