Phase Field Modeling Applied to Reactive Air Brazing: Investigating Reaction Kinetics with Focus on Oxygen Exchange
Phase Field Modeling Applied to Reactive Air Brazing: Investigating Reaction Kinetics with Focus on Oxygen Exchange
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相场建模应用于反应空气钎焊：以氧交换为重点研究反应动力学
DOI：
10.1002/adem.201400103
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发表时间：
2014
影响因子：
3.6
通讯作者：
Böttger
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Berger;Böttger
采用相场模拟方法研究了氧交换对Ag-Cu钎料反应空气钎焊（RAB）组织形成和反应动力学的作用。除了微观结构的演变，模拟允许计算差示扫描量热法（DSC）曲线的总焓变化作为一个很好的代表性的反应动力学。反应动力学的研究，重点是在相的形成和氧交换之间的相互作用的钎料和环境气氛。对于氧交换，引入了一个简单的渗透率模型，该模型基于气-熔体相边界的界面迁移率，并描述了与平衡分压差Δp成比例的氧通量j。据观察，L1液相可作为“缓冲液”，为相转化反应提供或吸收氧气。这种“缓冲”改变了氧的活性，这又影响了反应温度，从而允许通过调节环境气氛中的氧分压来控制反应温度：较高的氧含量增加了CuO形成的温度，这需要氧，并降低了fcc-Ag固化的转变温度，这本身释放了氧，可能导致气孔形成。
The role of oxygen exchange for the microstructure formation and reaction kinetics in reactive air brazing (RAB) using Ag–Cu brazing fillers is investigated by means of phase‐field modeling. In addition to the microstructure evolution, the simulations allow computing differential scanning calorimetry (DSC) curves from the overall enthalpy change as a good representation for the reaction kinetics. The reaction kinetics are investigated with a focus on the interplay between the phase formation and oxygen exchange between the brazing filler and the ambient atmosphere. For the oxygen exchange, a simple permeability model is introduced, which is based on the interface mobility of the gas‐melt phase boundary and which describes the oxygen flux j proportional to the equilibrium partial pressure difference Δp. It is observed that the L1 liquid phase can serve as a “buffer,” providing or absorbing oxygen for phase transformation reactions. This “buffering” changes the oxygen activity, which in turn affects reaction temperatures and thus allows controlling reaction temperatures by adjusting the oxygen partial pressure in the ambient atmosphere: Higher oxygen levels increase the temperature of CuO formation, which requires oxygen, and lower the transformation temperatures for fcc‐Ag solidification, which itself releases oxygen possibly leading to gas pore formation.
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