Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Meta-stable conditions of diffusion brazing

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

Archives of Metallurgy and Materials

|

2011

|

Vol. 56, iss. 2

311-323

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.

2

Inżynieria materiałowa jako kierunek kształcenia w Szwajcarii

Janczak-Rusch J.

Inżynieria Materiałowa

|

2009

|

Vol. 30, nr 4

266-269

PL

Artykuł opisuje system kształcenia w zakresie inżynierii materiałowej (MSE) praktykowany w dwóch szwajcarskich, renomowanych uczelniach technicznych: Politechnice w Zurychu i Politechnice w Lozanie. Zarysowane zostały zarówno zasadnicze kierunki kształcenia merytorycznego jak i intelektualnego. Na podstawie analizy własnej sukcesu szwajcarskiej inżynierii materiałowej przedstawione zostają sugestie odnośnie aktualizacji polskiego programu MSE.

EN

The article describes the way of educating in Materials Science and Engineering (MSE) in Switzerland. This educational system has been designed, incorpora- ted and shown very successful at both world-class Swiss Federal Universities of Technology: ETH Zurich, and EPF Lausanne. The reader will find the general information about direction of the educational approach of those institutions in both form and substance. Based on the authors' success analysis of Swiss MSE, certain suggestions for the MSE programme in Poland are specified.

3

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

Wołczyński W., Janczak-Rusch J., Pogoda Z.

Archives of Foundry Engineering

|

2008

|

Vol. 8, iss. 1 spec.

337--342

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.

4

Design, brazing and characterization of metal- ceramics joints

Janczak-Rusch J.

Inżynieria Materiałowa

|

2007

|

Vol. 28, nr 3-4

547-551

EN

Vacuum brazing is a reliable and cost-effective process for production of metal-ceramics joints. The main problem encountered in brazing metal to ceramics is to achieve optimal wetting of the ceramic substrate by the molten filler metal. Even if a strong metallurgical bond is achieved, residual stresses induced during processing can become intolerable and lead to the joint failure. A short overview on design and processing of metal-ceramic joints produced in the vacuum brazing process will be given. Different solutions applied to enhance wetting ability (active brazing, ceramic pre-metallisation) and residual stress relaxation (application of interlayers, use of composite brazing fillers) in steel/Si3N4 joints are discussed and compared. The role of numerical modeling in the design of the braze zone is highlighted.

PL

Lutowanie próżniowe jest procesem pozwalającym na wytworzenie niezawodnych złącz metal-ceramika przy niskich kosztach operacji. Podstawowym problemem przy lutowaniu metali z ceramiką jest słaba zwilżalność ceramiki przez większość ciekłych metali lutowniczych. Nawet gdy uda się pokonać problem zwilżalności i wytworzyć dobrej jakości połączenie metalurgiczne, złącze może ulec zniszczeniu przy niewielkim obciążeniu na skutek wysokich naprężeń resztkowych. Publikacja ma na celu przegląd sposobów projektowania oraz kroków procesowych w produkcji wysokiej wytrzymałości złącz metal-ceramika metodą lutowania próżniowego. Przedstawione zostaną różne rozwiązania zastosowane w celu poprawy własności zwilżających (lutowanie aktywne, metalizacja ceramiki) i zwiększenia zdolności do relaksacji resztkowych naprężeń złącz stal/ Si3N4.

5

Macro/Micro gradient of solute concentration during solidification of the Ni/Al./Ni interconnections

Wołczyński W., Guzik E., Kurzydłowski K. J., Kloch J., Janczak-Rusch J.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2005

|

Vol. 50, iss. 1

231-240

EN

A new model of the formation of the diusion interconnections has been proposed. Formation of the diusion interconnection consists of dissolution, solidification and homogenization. Dissolution is treated as a process leading to creation of 1D solid — liquid system closed for the mass exchange. Also the nominal concentration of the Al-solute for solidifi-cation is obtained as a result of the dissolution. Subsequently, a solidification is shown as a process beginning at the nominal solute concentration. The nominal concentration is placed on the liquidus line of the Ni-Al phase diagram and applied to the solidification model. Solidification produces dierent intermetallic phases in sequence so that macro-gradient related to average solute content of the area centre within the all phases is considered. A development of micro gradient of the Al-solute content within each intermetallic phase is also studied. Both macro and micro gradients are shown due to simulation of the solidification for the Ni-Al-Ni interconnection of the nominal solute content measured in the experiment.

PL

Zaproponowano model kształtowania się złącza dyfuzyjnego. Formowanie złącza następuje w etapach i składa się z rozpuszczania składników, krystalizacji oraz homogenizacji. Rozpuszczanie jest traktowane jako zjawisko kształtowania się jednowymiarowego układu faza ciekła — faza stała, zamkniętego dla wymiany masy. Również, stężenie nominalne składnika stopowego jest wynikiem rozpuszczania. W rezultacie takich założen, krystalizacja jest pokazana jako proces startujacy od stężenia nominalnego, które jest ulokowane na linii likwidus diagramu Ni-Al i użyte w modelu krystalizacji. W wyniku krystalizacji powstają różne fazy i zwiazki miedzymetaliczne w sekwencji wynikajacej z diagramu fazowego. Istnieje zatem makro-gradient stężenia odniesiony do środków bary-centrycznych wszystkich faz jakie powstają w procesie krystalizacji. Dodatkowo, powstawanie mikrogradientu stężenia w obrębie danej fazy również może być analizowane z zastosowaniem modelu. Obydwa gradienty makro- i mikro- są pokazane stosownie do symulacji procesu krystalizacji w odniesieniu do złacza Ni/Al/Ni o stężeniu nominalnym zmierzonym w eksperymencie.

6

A model for solidification of intermetallic phases from Ni-Al system and its application to diffusion soldering

Wołczyński W., Janczak-Rusch J., Kloch J., Rutti T., Okane T.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2005

|

Vol. 50, iss. 4

1042-1054

EN

The physical limitations of the back-diffusion parameter for the formation of solid solution in the Bridgman system are discussed and referred to a schematically drawn equilibrium phase diagram. The back-diffusion parameter is employed to develop the model for redistribution to its new version describing the formation of intermetallic phases resulting from the peritectic reactions. Solute redistribution and thickness of sub-layers are measured in soldered Ni-Al-Ni interconnections. The confrontation of the solute redistribution profile predicted by the model and solute redistribution profile measured in the interconnections suggests that the model can be applied to reproduce both experimental redistribution and ratio of solidified sub-layers by the theoretical predictions. The effect of the back-diffusion onto thickening of sub-layers and solute redistribution in the Ni-Al-Ni interconnection is discussed.

PL

Analizuje się fizykalne ograniczenia parametru dyfuzji wstecznej dla formowania się pojedynczej fazy stałej w systemie Bridgman'a. Analiza odniesiona jest do diagramu fazowego. Parametr dyfuzji wstecznej wykorzystano do opracowania zmodyfikowanej wersji modelu redystrybucji opisującej powstawanie faz międzymetalicznych jako wynik reakcji perytektycznych. Redystrybucja składnika oraz szerokość warstewek zostały zmierzone w spajanym dyfuzyjnie złączu Ni-Al-Ni. Zestawienie profilu redystrybucji składnika przewidzianego modelem ze zmierzonym profilem redystrybucji składnika wskazuje że model może byc zastosowany celem teoretycznego odtworzenia zarówno redystrybucji eksperymentalnej jak też proporcji krzepnących warstewek. Dyskutuje się wpływ dyfuzji wstecznej na pogrubianie się warstewek i na redystrybucję składnika w złączu Ni-Al-Ni.

7

Formation of the structure within Ni-Al alloys of a special application

Wołczyński W., Janczak-Rusch J., Kloch J., Guzik E.

Archiwum Odlewnictwa

|

2004

|

R. 4, nr 11/2

288--293

EN

Formation of the structure during diffusion soldering/brazing is considered. Some intermetallic phases/compounds are growing in a sequence. The growth of the phases/compounds is described by means of the adequate equations. A joint containing Al3Ni2 phase and Al3Ni compound was frozen to reveal the segregation across them as well as the thickness of sub-layers. The applied theory was medified by introducing a parameter responsible for freezing. The Ni-Al-Ni joints were produced using a specially designed vacuum soldering /brazing apparatus with a facility for rapid cooling. The SEM technique was applied to identify the sequence of intermetallic phases/compounds.

PL

Analizowane jest kształtowanie się struktury podczas powstawania złącz dyfuzyjnych. Fazy i związki międzymetaliczne wzrastają w określonej sekwencji. Ich wzrost opisany jest odpowiednimi równaniami. Złącze złożone z fazy Al3Ni2 oraz związku Al3Ni zostało zamrożone celem ujawnienia segregacji na jego szerokości jak również określenia wymiaru podwarstw. Zastosowana teoria została zmodyfikowana przez wprowadzenie parametru odpowiedzialnego za mrożenie struktury. Wyprodukowano złącze dyfuzyjne Ni-Al-Ni przy użyciu specjalnie skonstruowanego urządzenia próżniowego.