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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 2/2013

01.02.2013

An Interface-Enriched eXtended Finite Element-Level Set Simulation of Solutal Melting of Additive Powder Particles during Transient Liquid Phase Bonding

verfasst von: A. Ghoneim, J. Hunedy, O. A. Ojo

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 2/2013

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Abstract

A new numerical simulation model is developed by using an interface-enriched eXtended Finite Element-Level Set (XFE-LS) method to study the solute-induced melting of additive powder particles (APPs) during transient liquid phase (TLP) bonding. The robust model captures rapidly occurring concurrent interfacial events at multiple propagating liquid-solid interfaces to simulate the melting behavior. In contrast to the critical assumption in analytical models, numerical calculations show that solute-transport into the APPs during the equilibration of the liquid composition is a significant factor that affects the APPs melting behavior. Also, the study shows that the solute-transport dependence of extent of APPs melting is influenced by the kinetics of solid-state solute diffusion within the particles. The understanding generated by the numerical analysis has resulted in the use of interlayer powder mixture that contains base-alloy APPs to produce single crystal TLP joint that has matching crystallographic orientations with single crystal substrate material, at a substantially reduced processing time, which has been previously considered unfeasible.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat S.D. Duvall and W.A. Owczarski: Weld. J., 1967, vol. 46(9), pp. 423–32. S.D. Duvall and W.A. Owczarski: Weld. J., 1967, vol. 46(9), pp. 423–32.
2.
Zurück zum Zitat O.A. Ojo and M.C. Chaturvedi: Metall. Mater. Trans. A, 2007, vol. 38A, pp 356–369.CrossRef O.A. Ojo and M.C. Chaturvedi: Metall. Mater. Trans. A, 2007, vol. 38A, pp 356–369.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat D.S. Duvall, W.A. Owczarski, and D.F. Paulonis: Weld. J., 1974, vol. 53(4), pp. 203–14. D.S. Duvall, W.A. Owczarski, and D.F. Paulonis: Weld. J., 1974, vol. 53(4), pp. 203–14.
4.
Zurück zum Zitat A.A. Shirzadi and E.R. Wallach: Acta Mater., 1999, vol. 47(13), pp. 3551–60.CrossRef A.A. Shirzadi and E.R. Wallach: Acta Mater., 1999, vol. 47(13), pp. 3551–60.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat K. Tokoro, N. Wikstrom, O.A. Ojo, and M.C. Chaturvedi: Mater. Sci. Eng. A, 2008, vol. 477, pp. 311–18.CrossRef K. Tokoro, N. Wikstrom, O.A. Ojo, and M.C. Chaturvedi: Mater. Sci. Eng. A, 2008, vol. 477, pp. 311–18.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat B. Dutta and M. Rettenmayr: Metall. Mater. Trans. A, 2000, vol. 31A, pp. 2713–20.CrossRef B. Dutta and M. Rettenmayr: Metall. Mater. Trans. A, 2000, vol. 31A, pp. 2713–20.CrossRef
7.
Zurück zum Zitat E. Gamsjager, J. Svoboda, F.D. Fischer, and M. Rettenmayr: Acta Mater., 2007, vol. 55, pp. 2599–2607.CrossRef E. Gamsjager, J. Svoboda, F.D. Fischer, and M. Rettenmayr: Acta Mater., 2007, vol. 55, pp. 2599–2607.CrossRef
8.
Zurück zum Zitat M. Buchmann and M. Rettenmayr: J. Cryst. Growth, 2008, vol. 310, pp. 4623–27.CrossRef M. Buchmann and M. Rettenmayr: J. Cryst. Growth, 2008, vol. 310, pp. 4623–27.CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Y. Zhou and T. North: Model. Simul. Mater. Sci. Eng., 1993, vol. 1, pp. 505–16.CrossRef Y. Zhou and T. North: Model. Simul. Mater. Sci. Eng., 1993, vol. 1, pp. 505–16.CrossRef
11.
Zurück zum Zitat T.C. Illingworth and I.O. Golosnoy: J. Comput. Phys., 2005, vol. 209, pp. 207–25.CrossRef T.C. Illingworth and I.O. Golosnoy: J. Comput. Phys., 2005, vol. 209, pp. 207–25.CrossRef
12.
Zurück zum Zitat J.F. Li, P.A. Agyakwa, and C.M. Johnson: J. Mater. Sci., 2010, vol. 45, pp. 2340–50.CrossRef J.F. Li, P.A. Agyakwa, and C.M. Johnson: J. Mater. Sci., 2010, vol. 45, pp. 2340–50.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat J.M. Melenk and I. Babuska: Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 1996, vol. 39, pp. 289–314.CrossRef J.M. Melenk and I. Babuska: Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 1996, vol. 39, pp. 289–314.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat D. Chopp and J. Dolbow: Int. J. Numer. Methods Eng., 2002, vol. 54, pp. 1209–33.CrossRef D. Chopp and J. Dolbow: Int. J. Numer. Methods Eng., 2002, vol. 54, pp. 1209–33.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat N. Sukumar, D.L. Chopp, N. Moes, and T. Belytschko: Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 2001, vol. 190, pp. 6183–6200.CrossRef N. Sukumar, D.L. Chopp, N. Moes, and T. Belytschko: Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 2001, vol. 190, pp. 6183–6200.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat J. Chessa, H. Wang, and T. Belytschko: Int. J. Numer. Methods Eng., 2003, vol. 57, pp. 1015–38.CrossRef J. Chessa, H. Wang, and T. Belytschko: Int. J. Numer. Methods Eng., 2003, vol. 57, pp. 1015–38.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat R. Gracie, H. Wang, and T. Belytschko: Int. J. Numer. Methods Eng., 2008, vol. 74(11), pp. 1645–69.CrossRef R. Gracie, H. Wang, and T. Belytschko: Int. J. Numer. Methods Eng., 2008, vol. 74(11), pp. 1645–69.CrossRef
18.
Zurück zum Zitat T.P. Fries: Int. J. Numer. Methods Eng., 2008, vol. 75, pp. 503–32.CrossRef T.P. Fries: Int. J. Numer. Methods Eng., 2008, vol. 75, pp. 503–32.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat T. Belytschko, W.K. Liu, and B. Moran: Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures, John Wiley & Sons, New York, 2003, ISBN:0-471-98774-3. T. Belytschko, W.K. Liu, and B. Moran: Nonlinear Finite Elements for Continua and Structures, John Wiley & Sons, New York, 2003, ISBN:0-471-98774-3.
20.
Zurück zum Zitat H. Ji and J.E. Dolbow: Int. J. Numer. Methods Eng., 2004, vol. 61, pp. 2508–35.CrossRef H. Ji and J.E. Dolbow: Int. J. Numer. Methods Eng., 2004, vol. 61, pp. 2508–35.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat R. Duddu, D. Chopp, P. Voorhees, and B. Moran: J. Comput. Phys., 2010, vol. 230, pp. 1249–64.CrossRef R. Duddu, D. Chopp, P. Voorhees, and B. Moran: J. Comput. Phys., 2010, vol. 230, pp. 1249–64.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat N. Moes, M. Cloirec, P. Cartraud, and J.F. Remacle: Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 2003, vol. 192, pp. 3163–77.CrossRef N. Moes, M. Cloirec, P. Cartraud, and J.F. Remacle: Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 2003, vol. 192, pp. 3163–77.CrossRef
23.
Zurück zum Zitat S. Soghrati, A.M. Aragón, C.A. Duarte, and P.H. Geubelle: Int. J. Numer. Methods Eng., 2012, vol. 89(8), pp. 991–1008.CrossRef S. Soghrati, A.M. Aragón, C.A. Duarte, and P.H. Geubelle: Int. J. Numer. Methods Eng., 2012, vol. 89(8), pp. 991–1008.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat N. Sukumar and J. Prevost: Int. J. Solids Struct., 2003, vol. 40, pp. 7513–37.CrossRef N. Sukumar and J. Prevost: Int. J. Solids Struct., 2003, vol. 40, pp. 7513–37.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat S. Osher and J. Sethian: J. Comput. Phys., 1988, vol. 79(1), pp. 12–49.CrossRef S. Osher and J. Sethian: J. Comput. Phys., 1988, vol. 79(1), pp. 12–49.CrossRef
26.
Zurück zum Zitat S. Osher and R. Fedkiw: Level Set Methods and Dynamic Implicit Surfaces, Springer, New York, 2003, ISBN: 0-387-95482-1. S. Osher and R. Fedkiw: Level Set Methods and Dynamic Implicit Surfaces, Springer, New York, 2003, ISBN: 0-387-95482-1.
27.
Zurück zum Zitat A. Ghoneim and O.A. Ojo: Comput. Mater. Sci., 2011, vol. 50, pp. 1102–13.CrossRef A. Ghoneim and O.A. Ojo: Comput. Mater. Sci., 2011, vol. 50, pp. 1102–13.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat A. Ghoneim and O.A. Ojo: Metall. Mater. Trans. A, 2012, vol. 43A(3), pp. 900–11.CrossRef A. Ghoneim and O.A. Ojo: Metall. Mater. Trans. A, 2012, vol. 43A(3), pp. 900–11.CrossRef
29.
Zurück zum Zitat P.K. Liao and K.E. Spear: Bull. Alloy Phase Diag., 1986, vol. 7(3), p. 550.CrossRef P.K. Liao and K.E. Spear: Bull. Alloy Phase Diag., 1986, vol. 7(3), p. 550.CrossRef
30.
Zurück zum Zitat Y. Zhou, W.F. Gale, and T.H. North: Int. Mater. Rev., 1995, vol. 40, pp. 181–96.CrossRef Y. Zhou, W.F. Gale, and T.H. North: Int. Mater. Rev., 1995, vol. 40, pp. 181–96.CrossRef
31.
Zurück zum Zitat O.A. Idowu, O.A. Ojo, and M.C. Chaturvedi: Metall. Mater. Trans. A, 2006, vol. 37A, pp. 2787–96.CrossRef O.A. Idowu, O.A. Ojo, and M.C. Chaturvedi: Metall. Mater. Trans. A, 2006, vol. 37A, pp. 2787–96.CrossRef
32.
Zurück zum Zitat M.M. Abdelfattah and O.A. Ojo: Metall. Mater. Trans. A, 2009, vol. 40A, pp. 377–85.CrossRef M.M. Abdelfattah and O.A. Ojo: Metall. Mater. Trans. A, 2009, vol. 40A, pp. 377–85.CrossRef
33.
Zurück zum Zitat Y. Xinjian, B.K. Myung, and Y.K. Chung: Metall. Mater. Trans. A, 2011, vol. 42A, pp. 1310–24. Y. Xinjian, B.K. Myung, and Y.K. Chung: Metall. Mater. Trans. A, 2011, vol. 42A, pp. 1310–24.
34.
Zurück zum Zitat M.K. Dinkel, P. Heinz, F. Pyczak, A. Volek, M. Ott, E. Affeldt, A. Vossberg, M. Goken, and R.F. Singer: 11th International Symposium on Superalloys, 2008, pp. 211–20. M.K. Dinkel, P. Heinz, F. Pyczak, A. Volek, M. Ott, E. Affeldt, A. Vossberg, M. Goken, and R.F. Singer: 11th International Symposium on Superalloys, 2008, pp. 211–20.
Metadaten
Titel
An Interface-Enriched eXtended Finite Element-Level Set Simulation of Solutal Melting of Additive Powder Particles during Transient Liquid Phase Bonding
verfasst von
A. Ghoneim
J. Hunedy
O. A. Ojo
Publikationsdatum
01.02.2013
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 2/2013
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-012-1412-1

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