18977

۱۸۹۷۷

سينتيك و ترموديناميك اتصال آلياژ هاي آلومينيوم گروه ۶۰۰۰ به روش فاز مايع گذرا

كارشناسي ارشد

مواد - استخراجي

۱۳۹۲

فروردين ۱۳۹۶

دكتر منصور سلطانيه

مواد و متالورژي

از آلومينيم و آلياژ¬هاي آن به واسطه دارا بودن خواص منحصر به فرد در صنايع مختلف از جمله خودرو سازي، هواپيماسازي، صنايع مختلف نظامي، فناوري‌هاي پيشرفته و غيره استفاده مي‌شود كه اغلب مستلزم ايجاد اتصال بين آلومينيم، آلياژ‌هاي آن و ديگر فلزات است. يكي از اين روش‌هاي اتصال، لحيم‌كاري نفوذي است. به دليل پركاربرد بودن آلياژ‌هاي گروه 6000، اتصال آن‌ها و شناخت لايه‌واسط مناسب و نيز شرايط بهينه يك اتصال مطلوب اهميت فراواني دارد. در اين تحقيق به بررسي سينتيكي و ترموديناميكي نفوذ سيليسيم بين آلياژ Al-12Si و آلياژ 6063 توسط فرآيند اتصال از طريق فاز مايع گذرا (TLP) كه يك روش لحيم‌كاري نفوذي است، پرداخته شده است. هدف از انجام اين پژوهش ايجاد و تعيين متغير‌هاي بهينه شده يك اتصال مطلوب است كه در قالب بررسي رفتار سينتيكي و ترموديناميكي عناصر موجود در لايه‌واسط و فلزپايه صورت مي‌گيرد. اصلي ترين عنصر در اين بررسي‌ها، سيليسيم است كه شناخت رفتار اين عنصر نقش مهمي در برآورده كردن اهداف اين پژوهش دارد. در انجام اين تحقيق از آلياژ 6063 به عنوان فلزپايه و آلياژ 4047 به عنوان لايه‌واسط به ضخامت 544 ميكرومتر استفاده شد. فرايند TLP به روش لحيم‌كاري كوره اي انجام شد. قطعات آماده شده به وسيله فيكسچر تحت فشار معين و در زمان‌هاي 10 تا 60 دقيقه در كوره قرار داده شده و پس از آماده سازي نمونه‌ها، به وسيله ميكروسكوپ‌هاي نوري و الكتروني مورد بررسي قرار گرفتند. آزمون‌هاي ميكروسختي سنجي و گرماسنجي افتراقي نيز بر روي نمونه‌ها صورت گرفت. در نهايت تحليل‌هاي سينتيكي و ترموديناميكي تحت سه عنوان بررسي¬هاي ساختاري، بررسي¬هاي ميكروسختي سنجي و بررسي¬هاي گرماسنجي انجام شد. در اين ميان، تغييرات ساختاري در لايه‌واسط و فلزپايه به صورت كيفي و نيز تلفيق آن با نتايج كمي حاصل از تجزيه شيميايي EDS بيان شده و تغييرات غلظت عناصر مختلف بررسي شد. سپس تغييرات غلظت عنصر سيليسيم در طول زمان اندازه گيري شده و تطبيق نتايج حاصل از آن با مدل سينتيكي بررسي شد كه در نتيجه آن، كاهش ضريب نفوذ عنصر سيليسيم در فلزپايه با گذشت زمان اثبات شد. در ادامه با در نظر گرفتن شرايط يك اتصال مطلوب و نيز نتايج حاصل از تحليل تصاوير ميكروسكوپي، ضخامت بحراني براي لايه¬واسط به ميزان 100 ميكرون تعيين شد. در بررسي¬هاي ميكروسختي سنجي روند تغييرات سختي از مركز اتصال تا فلزپايه براي هر نمونه بدست آمده و در نهايت افزايش ميزان سختي نمونه¬ها با گذشت زمان در اثر نفوذ عناصر و وجود تركيب بين فلزي و نيز اكسيد¬هاي الومينيم موجود، شرح داده شد. در بررسي¬هاي گرماسنجي با استفاده از نمودار¬هاي موجود دماي بهينه براي اتصال مطلوب 585 درجه سانتيگراد تعيين شد. همچنين تغييرات آنتالپي در نمونه¬هاي مختلف بررسي شده و با استفاده از روابط حاكم بر آن¬ها، معادله حاكم بر زمان تكميل انجماد همدما بر اساس ضخامت لايه¬واسط اوليه بدست آمد كه از نتايج آن، زمان تكميل انجماد همدما با وجود لايه¬واسط اوليه با ضخامت 544 ميكرون به ميزان 038/63 دقيقه بدست آمد. كلمات كليدي: آلومينيم، سيليسيم، سينتيك و ترموديناميك، لحيم‌كاري نفوذي، TLP، فلزپايه، لايه‌واسط

1397/03/23

Kinetics and thermodynamics of the silicon diffusion through the joining of Al-12Si and 6000 series aluminum alloys by transient liquid phase bonding(TLP)

6/13/2018 12:00:00 AM

Aluminum (Al), due to its unique properties, is one of the important metals. Aluminum and its alloys are broadly used in various applications such as automobile, aircraft, army, high technologies and so on. Which require bonding among Al, it's alloys and other metals. One of these bonding methods is diffusional bonding. Due to high usage of Al alloys, group 6xxx, their bondings, proper filler metal and the optimal conditions for a desirable bonding are very important. In the present work, Si diffusion from Al-12Si into Al 6063 alloy through the diffusional bonding method of TLP is kinetically and thermodynamically studied. Our goals is to determine optimal parameters for a desirable bonding which will be achieved by studying the kinetic and thermodynamic behaviors of the elements here is Si which behavior characterization plays an essential role to achieve our goal. In this research, Al-6063 and Al-4047 are used as base metal and filler metal, respectively. The TLP treatment was done through the oven bonding and at T=585 oC. The samples were subjected to the pressure of 70 psi using some fixtures and were kept in the oven for 10 to 60 minutes. Then, the samples were studied using optic and electron microscope. Micro hardness test, XRD and the Simultaneous Thermal Analysis (STA) were also performed on the samples. Next, kinetic and thermodynamic analysis in terms of microstructural studies, micro hardness test and calorimetry were done. Amongst, structural changes in the filler metal and the base metal, the element's diffusion and corresponding concentration variations, diffusion coefficients and velocity, phone transformations in different regions, micro hardness variations, enthalpy variation and it's effect are analysed. Finally optimal conditions for a desirable bonding based on kinetic and thermodynamic parameters were suggested. Key words: Aluminum, silicon, kinetic and thermodynamic, diffusion bonding, TLP, base metal, filler metal