Investigation of wetting between molten metals and ceramics with special regard to electrocapillary phenomenon, the role of surface concentration and specific surface size  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
73690
Type K
Principal investigator Takács, János Gábor
Title in Hungarian Nedvesedési folyamatok vizsgálata fémes olvadékok és kerámia fázisok között, különös tekintettel az elektrokapilláris jelenségek, a felületi koncentrációviszonyok és a fajlagos felület nagyságának szerepére
Title in English Investigation of wetting between molten metals and ceramics with special regard to electrocapillary phenomenon, the role of surface concentration and specific surface size
Keywords in Hungarian nedvesedés, felületi feszültség, elektrokapilláris, koncentráció, fajlagos felület
Keywords in English wetting, surface tension, electrocapillary, concentration, specific surface size
Discipline
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Materials technology
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Department of Automotive Technologies (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Balla, Sándor
Bánlaki, Pál
Bauernhuber, Andor
Cziráki, Ágnes
Lovas, Antal
Markovits, Tamás
Ozsváth, Péter
Pál, Zoltán
Szabó, Attila
Szilágyi, András
Tichy, Géza
Weltsch, Zoltán
Starting date 2008-04-01
Closing date 2012-06-30
Funding (in million HUF) 14.750
FTE (full time equivalent) 3.32
state closed project
Summary in Hungarian
A fémolvadékok és szilárd kerámia-fázisok közötti nedvesedési jelenségek tanulmányozása az utóbbi két évtizedben megújult az új típusú szerkezeti és szenzoranyag előállítási technológiáihoz kapcsolódóan (pl. CERMET-ek, grafitszállakkal erősített Al-mátrixok, üvegbevonatos lágymágneses szenzor-huzalok előállítása, stb.) ahol az alkotók fázisai közötti adhéziós kapcsolatok alapvető jelentőségűek.
A szerteágazó jelenségek mögött csaknem minden esetben olyan karakterisztikus méretű határrétegek fedezhetők fel, amelyekben topológiai és kémiai szempontból nem egyensúlyi atomi eloszlások érvényesülnek. Tipikusan ilyen mérettartományokba esnek a fázisok közötti nedvesedésben nagy szerepet játszó határrétegek is (10-100 nm). E jelenségkörhöz kapcsolódó néhány makroszkópos, másrészről szubmikroszkópos (réteg) vizsgálatot terveznek a pályázók Al2O3 / Sn, Pb, Al, Cu, Ag olvadékok, Bór-nitrid / Sn, Pb, Al, Cu, Ag, kvarc / Sn, Pb, Al, Cu, Ag, valamint grafit / Sn, Pb, Al, Cu, Ag olvadékok anyagpárok között.
Vizsgálatainkhoz a jól ismert ''nyugvó csepp'' módszert alkalmazzák (peremszög mérés). Az egyensúlyi cseppalak kialakulásának idő- és hőmérsékletfüggését, valamint az elektrokapilláris jelenséget tanulmányozzák nagy idő- és hőmérsékletfelbontású kamerák segítségével.
A pályázó kutatóhelyen a szükséges vizsgálati módszerek, mechanikai vizsgálatok, lézeres forrasztási és szinterelési tapasztalatok, valamint az eredmények értelmezéséhez szükséges kapacitás és kapcsolatrendszer rendelkezésre áll. Az anyagvizsgálat eszközrendszeréhez történő hozzáférést a programban résztvevő külső, tapasztalt kutatók bevonásával óhajtjuk megoldani.
A pályázat anyagi támogatást nyújthat két PhD dolgozat megírásához és ezzel a műszaki értelmiség magas szintű képzéséhez járul hozzá.
Summary
The renewed interest directed to the wetting phenomena between the molten metals and ceramics is associated with development of the new composite and sensor materials like the CERMETs, carbon-reinforced Al matrices, or the glass-coated soft magnetic micro wires. The appearance of technically promising properties is sensitively influenced by the characteristic distances, non-equilibrium topological and chemical atomic distributions in the vicinity of interface layers.
The macroscopic and sub microscopic aspects of the evolution of drop profile development will be studied in these systems, using the traditional sessile drop method together with the additionally applied electrocapillary effect. The temperature and time-dependence of drop profile will be monitored using high speed and high temperature resolution cameras.
The sub microscopic structure and compositional characterisation of the frozen-in interfaces will be analyzed.
The necessary devices like the drop monitoring or surface-mechanical characterisations, as well as the classical metallographic devices are available in the applicant Department. The necessary high resolution techniques for the surface characterisation will be realized in cooperation with the help of the joining senior researchers.
The impact of financial support can be measured directly in the composition production techniques as well as in the post gradual education.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Nagy hőmérsékletű nedvesedés mérésére alkalmas mérőberendezést fejlesztettünk ki, mely alkalmas a nyugvó csepp módszerrel maximum 1473K-ig vizsgálni a fázishatáron kialakuló nedvesdési peremszöget különböző nyomáson és védőgázban. A berendezéshez egyedi duplafalú kvarcüveg szigetelésű kemenceszigetelést fejlesztettünk ki. Automatikus peremszögmérő programot fejlesztettünk ki Matlab programozói környezetben, amellyel nagy hőmérsékleteken az izzó csepp peremszögét is nagy pontossággal tudja mérni. Vizsgáltunk áram bevezetés hatására bekövetkező peremszög változást, az úgynevezett eletrokapilláris jelenséget. Az eredményekből kiderült, hogy nincsen jelentős hatása a bevezetett áramnak, főleg az abból adódó hőmérsékletkülönbségnek tudható be a változás. Nagy sebességű kamerával (Olympus i-speed-3) vizsgáltuk a cseppkialakulás folyamatát, az eredményekből meghatároztuk a felületi rétegek nagy jelentőségét. Ag alapú ötvözetsorozaton meghatároztuk az elektronszerkezet nedvesedési peremszögre gyakorolt hatását, melyet egy elméleti modellel is alátámasztottunk. Al ötvözeteken vizsgáltuk a NOCOLOK flux anyagok oxidmentesítő hatását, megfelelő nedvesítés kialakítása érdekében. XRD, SEM, TEM vizsgálatokkal követtük és ellenőriztük a nedvesedési peremszög mérésen átesett mintákon bekövetkezett átalakulásokat. Kapcsolatot találtunk a megszilárdult minták szerkezete és az olvadék állapotban mért peremszöge között.
Results in English
A new experimental equipment has been developed for examination of the wetting ability at high temperature (1473K), different assisting gas and pressure, with sessile drop method. The equipment has a new double layer quartz glass furnace for heat isolation. The special software was developed in Matlab environment. It can measure automatically the contact angle with high precision. In the project the electro capillary effect on the wetting angle was examined. From the results it is clear, that there is no major change in the inflow current on the wetting parameters. Using high speed camera (Olympus i-speed-3) the beading effect was examined. From the results the huge importance of the surface layers can be seen. The electron structure effect to the contact angle was determined using Ag based alloys. The results were supported by a theoretical model. The removal of oxides of NOCOLOK flux materials on Al alloys was examined, in order of the good wetting. Parallel with the wetting angle measurement the structures of the samples were examined with XRD, SEM, TEM. A connection of experimental data between the solidified drop structure and the contact angle measured in the liquid phase was determined.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=73690
Decision
Yes





 

List of publications

  
Z. Weltsch, A. Lovas, J. Takács, A. Cziráki, G. Tichy, A.L. Toth, L. Illés: Wetting Ability of Ag Based Molten Alloys on Graphite Substrate, Nanocomposite Coatings and Nanocomposite Materials, Solid State Phenomena Vol. 159 pp 117-120, 2010
Z. Weltsch, A. Lovas: Alloying effects on wetting ability of diluted Ag-based melts on ceramic substrates, Materials Science Forum Vol. 659, ISSN: 1662-9752, pp 109-113., 2010
A. Lovas: New approach to the phenomenology of amorphous Curie-point relaxation, ACTA PHYSICA POLONICA A 118:(5) pp. 770-772. (2010), 2010
Z. Weltsch, A. Lovas, A. Cziráki, G. Tichy, A.L. Toth: Wetting ability of Ag(Cu, Zn, Ga) alloys on graphite substrate, International Journal of Applied Mechanics and Engineering, Vol. 15, No. 2, ISSN 1425-1655, pp. 389-395, 2010
Z. Weltsch, A. Lovas, G. Tichy, Z. Vandrus: Bulk Electron Concentration and the Surface Tension of Liquid Ag-Based Solutions, Perner’s Contact, Special Issue 2, Volume VI, Pardubice, ISSN 1801-674X, pp. 221-227, 2011
O. Udvardy, A. Lovas: On the shape of Ag-based phase diagrams and the wetting ability of Ag-based molten alloys on ceramic substrate, 15th conference on applied surface analysis--AOFA 15: Soest,, 2008
O. Udvardy, A. Lovas: Dynamic phenomena during sessile drop measurements due to oxide layer disruption, Materials Science Forum Vol. 589, ISSN: 1662-9752, pp 173-178., 2008
O. Udvardy, Z. Weltsch: On the shape of Ag-based phase diagrams and the wetting ability of Ag-based molten alloys on graphite substrate, Materilas Engineering, Vol. 15, No. 2a, ISSN 1335-0803, 2008
Z. Weltsch, A. Lovas: The Investigation of Wetting Phenomena between Ceramic Substrates and Molten Ag-M (M=Cd, Sn, Sb) Alloys, Journal of Machine Manufacturing, Volume XLIX. Issue E3-E5, Special Triple Edition, HU ISSN 0016-8580, pp 40-42, 2009
J. Hlinka, Z. Weltsch, J. Berzy, A. Szmejkál: Impovements of Sessile Drop Method for the Wetting Angle Determination, Perner’s Contact, Special Issue 2, Volume VI, Pardubice, ISSN 1801-674X, pp. 64-71, 2011
Z. Weltsch, T. Bodolai: Nagy sebességű kamera, mint korszerű vizsgálati technika, Anyagvizsgálók lapja, 2011/3-4, pp. 94-98, HU ISSN 1787-507, 2011
Z. Vandrus, G. Tichy: Fémek felületi feszültsége, Eötvös Loránd Tudományegyetem, Természettudományi Kar, Anyagfizikai Tanszék, 2009
Z. Weltsch, Zs. Fogarassy, A. Lovas, J. Takács, A. Cziraki and G. Tichy: Alloying effects on wetting ability of Ag-based melts on graphite substrates, publikálás alatt, 2012
A. Szabó, Z. Weltsch, A. Lovas: Compositional and stress-sensitive factors during the thermopower characterization of single phase crystalline and glassy alloys, Materials Science Forum Vol. 659, ISSN: 1662-9752, pp 109-113., 2010
Z. Weltsch, A. Lovas, J. Takács, A. Cziráki, A.L. Toth, G. Kaptay: Measurement and Modelling of the Wettability of Graphite by a Silver-Tin (Ag-Sn) Liquid Alloy, publikálás alatt, 2012
A. Lovas, K. Bán, S. Balla, A. Szabó, Z. Weltsch, A. Bárdos: Járműanyagok, Határfelületi jelenségek, egyetmi jegyzet, Typotex kiadó, 2012
Z. Weltsch, A. Lovas: The Relation between the Surface Tension and the Bulk Properties of Diluted Silver Based Melts, Materials Science Forum, megjelenés folyamatban, 2012
Z. Weltsch, A. Lovas: Wettability of Graphite Substrates by Silver Based Alloys, publikálás alatt, 2012
Z. Weltsch, J. Hlinka: The Effect of Reflow on Wettability of Sn 96.5 Ag 3 Cu 0.5 Solder, Materials Engineering, megjelenés folyamatban, 2012
Z. Weltsch, A. Lovas, G. Kaptay: Wettability of Ceramic Substrates by Silver Based Alloys, HTC 2012 Conference poster, Eilat Israel, 2012
Weltsch Zoltán: Peremszögmérés néhány termikus és dinamikai vonatkozása kerámia-fémolvadék nedvesedés-vizsgálata során, OTDK kiadvány, Miskolc, 2009
T. Markovits: Investigation of laser brazing of aluminim, OATK 2009, Materials Science Forum Vol. 659, ISSN: 1662-9752, 2010
Z. Weltsch, Z. Kalincsák: Wetting Problems on Soldering Pipes, Journal of Machine Manufacturing, Volume XLIX. Issue E3-E5, Special Triple Edition, HU ISSN 0016-8580, pp 43-45, 2009
B. Vehovszky, S. Balla: Resistometric and Volumetric Monitoring of Hydrogen-absorption-desorption Processes in Ni-Zr Based Metallic Glasses, Journal of Machine Manufacturing, Vol. XLIX. E3-E5 Special Edition pp. 35-38, HU ISSN 0016-8580, 2009
B. Vehovszky, S. Balla: Effect of Surface and Bulk Properties on Hydrogen Absorption and Desorption in NiZr Metallic Glasses, International Journal of Applied Mechanics and Engineering, Vol. 15/2, pp. 463-468. ISSN 1425-1655, 2010
L. Bazsika: A környező atmoszféra összetételének szerepe olvadék-kerámiák közötti nedvesedés vizsgálatában, Diplomamunka, BME-KSK, JJT, 2008
Z. Weltsch: Fémolvadékok és szilárd kerámiafázisok közötti nedvesedés vizsgálata nyugvó csepp módszer segítségével, Diplomamunka, BME-KSK, JJT, 2008




 

Events of the project

  
2013-01-26 12:50:15
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Járműgyártás és -javítás Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem), Új kutatóhely: Gépjárművek és Járműgyártás Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem).
2012-11-08 15:19:41
Résztvevők változása
2011-06-28 16:20:08
Résztvevők változása



Back »