پارامترهای فرآیند اتصال فاز مایع گذرا (TLP)
زمان اتصال (انجماد همدما)
اصولا زمان اتصال باید به اندازه کافی باشد تا کل مذاب تشکیل شده در منطقه اتصال به طور همدما منجمد گردد. باقیماندن مقداری مذاب در این منطقه در هنگام سرد کردن از دمای اتصال، باعث می شود که منطقه ای با ساختار یوتکتیکی در خط مرکزی اتصال به وجود آید که این منطقه علاوه بر پایین آوردن دمای کاری قطعه، (چون این منطقه نقطه ذوب پایینی دارد) باعث افت خواص مکانیکی و خوردگی اتصال هم می شود. به علاوه، در صورتی که بعدا بخواهیم این منطقه را از بین ببریم، مجیوریم این کار را در دمایی پایین تر از دمای اتصال انجام دهیم که به دلیل کاهش سرعت نفوذ در دماهای پایین تر، زمان فرآیند بسیار طولانی می شود و هزینه فرآیند بسیار بالا می رود.
شکل 1 نمونه ای از تشکیل ساختار یوتکتیکی در اتصال یک آلیاژ پایه نیکل با لایه واسط حاوی بور را نشان می دهد. این
ساختار مسیر کم مقاومتی را برای جوانه زنی و اشاعه ترک فراهم می کند و بنابراین باید از آن اجتناب شود.
دمای اتصال (انجماد همدما)
یکی از مواردی که در انتخاب دمای اتصال باید در نظر داشت، اجتناب از تشکیل ترکیبات بین فلزی است. (2) اگر چه عناصر کاهنده نقطه ذوب همچون بور یا فسفر که در لایه واسط وجود دارند دارای ضریب دیفوزیون بالایی در دماهای بالا هستند اما این عناصر معمولا با عناصر موجود در فلز پایه تشکیل ذرات بین فلزی را می دهند که که این ترکیبات سرعت نفوذ را به شدت کاهش می دهند و بنابراین تا جای ممکن باید از تشکیل آنها اجتناب شود. شکل 2 دیاگرام تعادلی پالادیوم سرب را نشان می دهد. در این شکل دیده می شود که در دمای T1 در فصل مشترک فاز مایع تشکیل خواهد شد اما برای آنکه سرب بتواند به داخل فاز زیرلایه (پالادیوم) نفوذ کند باید از سد پنج ترکیب بین فلزی عبور کند در حالی که با انتخاب دماهای T2 و T3 به ترتیب به دو و یک ترکیب بین فلزی برخورد خواهیم کرد. در دمای T4 علاوه بر اینکه حلالیت نسبتا بالای سرب در پالادیوم جامد را داریم، هیچ ترکیب بین فلزی ای هم در دمای اتصال تشکیل نمی شود و در نتیجه، سرعت فرآیند انجماد همدما به طرز قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت.
اما مسئله همیشه به این سادگی نیست. نتایج تجربی در مواردی خلاف این پیش بینی به ظاهر مسلم را نشان می دهند. در یک مورد (10)، در اتصال یک سوپر آلیاژ پایه نیکل، بالا رفتن دمای اتصال از 1175C به 1190C باعث شده است که انجماد همدما که در دمای پایین تر در 420 دقیقه کامل شده است، در دمای بالاتر در همین مدت تکمیل نگردد.(شکل 13) در موردی دیگر، (12) افزایش دما باعث کند شدن نرخ افزایش سرعت فرآیند شده است. در موردی دیگر، دمایی که انجماد همدما در کوتاه ترین زمان ممکن رخ می دهد، پیدا شده است. (13)در این گونه موارد، تفاوت در طبیعت و ترکیب فازهای تشکیل شده در دماهای مختلف، میتواند دلیلی بر کاهش سرعت فرآیند با بالارفتن دما باشد.
در مواردی (14) هم ممکن است برای تسریع در تبلور مجدد در فصل مشترک اتصال (در عملیات بعدی همگن سازی)، دمای اتصال پایین تر (به دلیل بیشتر بودن انرژی کرنشی لازم برای تبلور مجدد) ترجیح داده شود.
همگن سازی
همگن سازی با از میان بردن (یا کم کردن) گرادیان ترکیب شیمیایی در منطقه اتصال و نزدیک کردن ترکیب شیمیایی این منطقه به ترکیب شیمیایی فلز پایه، باعث بالا رفتن دمای کاری، خواص مکانیکی، و مقاومت به خوردگی مجموعه اتصال یافته می گردد. به عنوان نمونه، (15) در یک مورد در اتصال یک سوپرآلیاژ پایه کبالت، همگن سازی باعث شده است که انرژی شکست اتصال به میزان حدود 50 درصد نسبت به حالت همگن نشده افزایش یابد. (شکل 5)
در مواردی دیده شده است که افزایش بیش از حد دما یا زمان پس از تکمیل انجماد همدما، به دلیل اثرات ثانویه ای همچون افزایش اندازه دانه، موجب کاهش جزئی استحکام اتصال شده است. یک نمونه از چنین مواردی در شکل 6 دیده می شود.
سرعت گرم کردن
هرچه گرم کردن قطعه تا دمای اتصال سریع تر صورت گیرد، زمان اندکی برای نفوذ بین لایه واسط و زیر لایه وجود دارد و در نتیجه ضخامت بحرانی کاهش می یابد. امکان استفاده از یک لایه واسط نازک تر که با سرعت های بالای گرم کردن حاصل می شود، زمان لازم برای تکمیل فرآیند انجماد همدما را کاهش می دهد. این مسئله برای سیستم مس-قلع در شکل 7 تشریح شده است.
فشار گیره ها
دیده شده است که افزایش فشار تا حد معینی، باعث کم شدن عرض اتصال به دلیل رانده شدن فاز مایع از فضای بین دو سطح اتصال می شود و پس از آن حد معین، فشار تاثیری بر عرض اتصال نخواهد داشت. (17) نمونه ای از نتایج حاصل از افزایش فشار گیره ها بر عرض اتصال در شکل 8 دیده می شود.
در موردی (17) علاوه بر کاهش عرض گیره ها، افزایش فشار باعت کاهش ناخالصی ها در فصل مشترک اتصال شده است. (شکل 9) همچنین نقل شده است که اعمال فشاری برابر 9.8 مگاپاسکال بر اتصال مس با لایه واسط مس-فسفر، باعث افزایش انرژی ضربه شارپی شده است.
نوع اتمسفر
اگر چه بیشتر فرآیندهای بریزینگ نفوذی در اتمسفر خلا انجام می شوند اما در مواردی از اتمسفرهای دیگر هم استفاده شده است. در یک مورد (18) دیده شده است که استفاده از گاز آرگون به جای خلا، باعث ظهور حفرات در محل اتصال کاهش شدید استحکام برشی اتصال گردیده است که دلیل آن را به وجود ناخالصی در گاز آرگون استفاده شده، نسبت داده اند.(شکل 10)
پیام
دیدگاه و پیام شما
پیام محسن
با سپاس از سایت پویا و اطلاعات کامل و مفیدتون.
جسارتا بنده قصد استفاده از مطالب سایت رو دارم که احتمال میدم ترجمه مقالات و یا کتب باشه.برای استفاده بایستی حتما ذکر منبع اطلی داشته باشم.سپاسگزار میشم اگر بنده رو راهنمایی بفرمائید.
در پاسخ به محسن
پیام حسن علیقلی زفره
پیام مهدی
یک سوال دارم در مورد نوع کوره مورد استفاده در این روش اتصال، وقی گفته میشه کوره خلا یعنی مجموعه اتصال را با هم درون فیکسچر قرار داده و درون کوره ای تیوپی قرار داده و دما را تا دمای اتصال افزایش می دهیم؟ در این صورت ساختار فلز پایه در اثر اعمال حرارت آسیبی نمی بیند؟
در پاسخ به مهدی
پیام علیقلی
بله همین گونه است. بله بسته به جنس فلز پایه ممکن است تغییرات ناخواسته و مخربی در ساختار به وجود بیاید به خصوص اینکه علاوه بر بالارفتن دما در همه جای قطعه، مقداری ذوب برگشتی هم در ناحیه اتصال داریم و برای موادی که ساختارشان به صورت خاصی طراحی شده است، این روش قابل کاربرد نیست و قاعدتا باید به سراغ روشهای دیگر مثل جوشکاری سرد رفت.
برعکس در مواردی، این گرم شدن خود، باعث بهبود خواص قطعه می شود (در اثر همگن شدن ساختار پایه)
پیام حسن علیقلی زفره
پیام محمد
در پاسخ به محمد
پیام علیقلی
پیام مونا