探索冷熱臺在工業(yè)過程的焊接和釬焊研究中的應用

在普通人眼里，焊接和釬焊不被認為是非常新奇有趣的研究，然而研究者眼中，釬焊更像是一門藝術，特別是在使用配備冷熱臺的顯微鏡觀察這些工藝過程時常常可觀測到令人贊嘆的視覺奇觀：

↑ 原位觀測熔融焊料在涂布過程中滴落在平坦的銅表面時發(fā)生的現象 ↑

· 焊接是在低于450°C的溫度下，利用熔點相對較低的第三種金屬或合金，將兩塊金屬緊密結合的過程。

· 釬焊則是一種在高于450°C的溫度下，將填充金屬或合金加熱至熔化狀態(tài)，隨后通過毛細作用滲透至兩個或多個緊密貼合的部件之間的連接工藝。

通過變溫原位觀測技術可觀察到，在液態(tài)下，熔化的填充金屬與助熔劑會與基體金屬形成一層薄薄的交互層，冷卻后，這一層將形成異常堅固的密封接合，這得益于晶粒結構的相互作用。對于某些特定金屬，如鎳鐵合金（Nitinol），它們之間可以形成低溫共晶，使得兩種金屬在遠低于各自熔點的溫度下就能緊密結合。

有研究機構正在研究聚焦于材料行為及制造過程中的傳輸現象（例如金屬連接——釬焊和焊接、界面現象以及相關的微觀與宏觀特性）。為了深入理解這些復雜的相互作用，了解并觀察各種金屬表面和界面上的過程至關重要。通過精確控制溫度和氣氛，研究團隊能夠模擬出過程特性，進而研究各種反應的動力學機制。

許多分析工作依賴于掃描電子顯微鏡（SEM）、能量色散光譜（EDS）以及電子探針微分析（EPMA）等傳統(tǒng)材料表征手段，冷熱臺搭配各類光學儀器也被證實為其中非常有效的一種技術。本次研究中使用冷熱臺系統(tǒng)適配光學顯微鏡及高幀率相機（高達500幀/秒）協同作業(yè)，從而觀測和記錄實驗結果。

↑ 案例：果果儀器CH600S光學冷熱臺適配光學顯微鏡進行材料表征測試實驗 ↑

↑ 果果儀器光學冷熱臺CH600S ↑

↑ 果果儀器超高溫熱臺H1500T ↑

↑ 一個關于如何研究單幀換面來探究相關過程中的信息的案例 ↑

如上圖所示，這四個幀的序列顯示了從包層熔化開始的鋁接頭的形成過程，我們可以清晰地觀察到熔融材料沿著自然形成的復雜凹槽網絡流動的景象。這一系列圖像是在恒定600°C條件下，歷經兩分鐘拍攝所得，放大倍數為40倍。

此外，類似的觀測流程同樣適用于研究如擴散和磨削等表面特性。在另一個案例中，研究團隊通過在15秒內將鋁焊條加熱至587~600°C的溫度范圍，成功捕捉到了材料表面變化的連續(xù)圖像。

↑ 加熱后的鋁焊條在不同溫度下的狀態(tài)的記錄圖像 ↑

這些觀察讓我們能夠更深入地洞察金屬界面上的各種過程。通過靈活調整大氣環(huán)境和溫度條件，我們有可能開發(fā)出更加系統(tǒng)化的設計方法，而非僅僅依賴傳統(tǒng)的、較為隨機的“藝術式”開發(fā)途徑。實時監(jiān)測這些現象為我們提供了豐富的信息，有助于構建關于釬焊和焊接過程中材料加工的科學理論，使這門原本已相當成熟的工藝藝術更加科學化。

科研人員通過實施動態(tài)加熱和等溫實驗，成功獲取了大量寶貴的工藝數據。這些數據對于他們的工業(yè)和學術合作伙伴而言，是實現研究目標的重要助力。不僅能幫助科研人員更透徹地理解釬焊過程中熔融金屬微層的流動機制以及結合的形成過程，還深入探索了金屬間化合物的形成及其對現代應用中無鉛焊料性能的影響。