兰州理工大学林巧力教授团队：高温前驱膜的形成机理综述| CJME论文推荐

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引用论文

Lin, Q., Liu, L. & Zhu, W. Formation Mechanism of Precursor Films at High Temperatures: A Review. Chin. J. Mech. Eng. 35, 21 (2022). https://doi.org/10.1186/s10033-022-00686-4

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研究背景及目的

前驱膜是经典润湿领域中较为重要的现象之一，即超出宏观三相线部分的薄膜，它的出现总是伴随较好的最终润湿性(通常接触角小于90°)。目前关于其形成机制的研讨仍主要局限于室温下的惰性润湿体系，用于解决铺展过程中流体动力学模型关于宏观与微观三相线之间过渡存在奇点的数学假设。在金属材料加工所涉及的高温润湿领域中，较强的界面相互作用与物质交流以及原子液体的特性使得前驱膜形成机制与有机流体的惰性润湿体系与众不同。本文通过对高温润湿领域中前驱膜形成机制的综述，揭示了其形成规律与界面特征。基于本文内容，利用(诱导或抑制)前驱膜的形成对于材料加工过程中微观界面结构的优化有着重要的指导意义。

图1 高温润湿过程中四种前驱膜形成机制：(a) 表面扩散机制, (b) 蒸发冷凝机制, (c) 皮下潜流机制, (d) 快速吸附漫流机制

论述

1 金属/金属体系

理想条件下，即体系无氧化膜的影响，液态金属在固态金属表面润湿过程中出现的前驱膜大部分由分子动力学模拟验证得到。这类金属/金属体系主要为不互溶体系，表现为固-液金属相互极低的溶解度，固-液界面化学键大于液相自身，且两者的摩尔交换能通常为接近于零或正值。前驱膜形成的动力学规律通常符合R-t1/2(即前驱膜的铺展半径与时间的关系)，为典型的表面扩散机制。

在受氧化膜影响的金属/金属润湿体系中，出现的前驱膜大部分符合皮下潜流机制，且通常远离理想条件下的本征润湿性。前驱膜的宽度正比于氧化膜与基材金属间隙对液态金属所产生的毛细压力。在金属与易氧化的陶瓷基材润湿过程中也会出现相同机制的前驱膜，如Ag-Cu-Ti/SiC体系。

2 金属/陶瓷体系

前驱膜通常为吸附膜，其产生不出现明显的界面反应与溶解，符合快速吸附漫流机制的特征，且需要满足界面保持相对惰性又能在界面形成强界面结合的悖论。前驱膜的产生对界面物质交流较为敏感，较强的界面溶解与反应均会破坏界面相对惰性导致前驱膜消失。以Cu-20Sn-1Cr与石墨的润湿为基础，提出了活性组元有可能沿着降低表面张力的偏析层传输于固/液界面并发生界面反应而产生前驱膜的表面薄层传输机制。

结论与展望

本文综述了高温润湿领域中可能出现的四种前驱膜形成机制。在金属与金属的润湿体系中，大多数的分子动力学模拟工作中出现的前驱膜为不互溶金属/金属体系的表面扩散膜；大多数现实实验条件下出现的前驱膜为皮下潜流膜。在金属与陶瓷润湿的体系中，前驱膜本质上为吸附膜，其形成需要满足界面保持相对惰性又能在界面形成强界面结合的悖论。

前景与应用

前驱膜的形成往往伴随较好的最终润湿性，掌握润湿过程中前驱膜形成机制，在材料加工过程中通过利用(诱导或抑制)前驱膜的形成对界面微观结构的优化有着重要的指导意义。

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[5]庄鸿寿, 罗格夏特. 高温钎焊[M]. 国防工业出版社, 1989.

团队带头人介绍

林巧力，博士，教授，博士研究生导师，兰州理工大学材料科学与工程学院焊接技术与工程系主任。机械工程学会焊接青委会委员，国家自然科学基金委工程科学二处基金项目评议专家，甘肃省材料学会名誉主任，IIW国际焊接工程师认证专业考官。主持国家自然科学基金(三项)、教育部博士点基金、甘肃省杰出青年基金及校企合作横向课题等，参与国家自然科学基金重点项目与面上项目3项。以第一作者或通讯联系人身份发表SCI收录论文60余篇，EI收录20余篇。所发表的论文包括工程技术类顶尖杂志Acta Mater.(国际冶金领域排名第一)，Scripta Mater., Carbon等，涵盖Elsevier, Wiley, Springer三大主流数据库，作为评审专家多次受邀于国际知名学术期刊J. Alloys Compd., Composite B, JMR，Mater. Des.等，The Scientific World J.，Scanning特刊客座编辑。

团队研究方向

本团队多年来深耕高温润湿领域，主攻钎焊过程中润湿与界面微观调控，异种金属连接过程中界面行为研究等。

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编辑：谢雅洁    校对：向映姣

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