多元体系等温凝固过程分析

多数工程材料均不是纯金属，其含有大量的合金元素。扩散钎焊的中间层通常是根据母材的化学性能选择的，然后在其中添加一种或几种MPD成分。但是，应用不相似的材料也是为了满足中间层熔化温度范围的需要，如Cu/In复合中间层就已经成功用于扩散钎焊Au^[14]。中间层中加入第二种溶质将使扩散钎焊的过程变得更加复杂，这可以通过半无限固溶母材和二元共晶中间层的扩散钎焊得以说明。加热时，中间层将熔化，溶解过程随之发生。假设溶解沿如图11.5所示的直线从中间层的成分指向纯金属母材成分。这样，原始液相的成分将位于这条线与焊接温度下吉布斯等温线的液相边界的交点上。

与二元体系下的等温凝固过程类似，三元体系的等温凝固机理是穿过固液界面和扩散至母材内部的两种溶质的扩散过程。体系中这两种溶质的质量平衡可以根据式（11.1）依次表示如下：

研究质量平衡发现，在大部分条件下，各方法预测的界面移动速率是不同的，但是，界面向液相移动的速率只能有一个，因此，肯定存在一种控制等温凝固行为的机制。可以用吉布斯相律来解释：f=n-p，其中n是组元数；p是相数；f是系统自由度。二元体系的自由度为零，但三元体系中有一个附加的自由度，允许等温凝固的进行，这种机制通过液相成分的移动来实现。随着过程的进行，液相成分发生连续变化以维持质量平衡，从而控制界面运动。因此，最后凝固的液相成分与原始液相成分会有明显的不同，等温凝固的速率也将随时变化。(www.xing528.com)

图11.5 多元系的等温凝固机理

（以纯金属母材和二元中间层为例。假定溶解是沿着初始成分到母材的直线进行的，等温凝固沿着图中所示的线进行，直至完全凝固）