1. Mecanism de lipire a interfeței plăcii compozite titan/oțel
Legătura de interfață dintre materialele metalice eterogene poate fi împărțită în trei tipuri: legătură fizică, legătură chimică și legătură mecanică. Forțele Van der Waals, legăturile de hidrogen și alte legături fizice se găsesc în mod obișnuit în materialele compozite pe bază de polimeri. Legătura chimică se referă la interacțiunea și reacția chimică dintre două materiale în condiții specifice de proces, rezultând în formarea unei legături chimice, întâlnită în mod obișnuit în materialele compozite pe bază de metal. Forța de lipire mecanică include în principal forța de frecare, care este determinată de rugozitatea suprafeței materialului. Cu cât este mai mare rugozitatea suprafeței metalului în materialele compozite, cu atât forța mecanică de lipire este mai mare. Aproape toate materialele compozite au forță de lipire mecanică. Pe baza celor trei tipuri de combinații de mai sus, cercetătorii au propus teoria compoziției materialelor compozite din mai multe perspective.
(1) Teoria difuziei
Teoria difuziei susține că două materiale eterogene vor elibera căldură de deformare enormă datorită contactului apropiat în timpul procesării mari de deformare plastică. Pe măsură ce căldura de deformare se acumulează treptat, aceste călduri de deformare vor stimula difuzia între diferite elemente, formând astfel un strat de legătură metalurgică.
(2) Teoria recristalizării
Conform teoriei recristalizării, atomii eterogene din zona de contact a interfeței plăcii metalice suferă o rearanjare, apropiindu-se treptat de constanta rețelei, iar atomii de metal sunt rearanjați, rezultând formarea de granule comune pe cele două plăci metalice. Teoria recristalizării este eficientă numai pentru procesul compozit al tablelor fierbinți și nu poate explica fenomenul de lipire al plăcilor metalice la temperaturi scăzute.
(3) Teoria legăturilor metalice
Când metalele din diferite materiale sunt presurizate, acestea se apropie treptat una de alta, iar pe măsură ce distanța dintre atomi scade, de la repulsie la atracție, se formează legături metalice. Teoria energetică ulterioară a propus că atomii de interfață trebuie să îndeplinească anumite condiții de energie pentru a forma legături metalice, ceea ce este un supliment la teoria legăturilor metalice.
(4) Teoria filmului subțire
Când metalul suferă o deformare plastică, stratul de întărire a suprafeței sau stratul de oxid este deteriorat, iar metalul proaspăt este stoars sub acțiunea forței de rulare, realizând lipirea interfacială.
(5) Teoria combinațiilor mecanice
Așa-numita legătură mecanică se referă la legătura reciprocă dintre matrice și corpul de armare bazată exclusiv pe forța de legare mecanică. Este un material compozit format din matrice și corpul de armare sub acțiunea frecării, dar această formă de placă compozită nu poate rezista decât la o singură sarcină longitudinală.
Mecanismul de legare a interfeței este complex și divers, iar mecanismul de legare a interfeței între diferite materiale metalice este, de asemenea, diferit. Este dificil de descris cuprinzător cu un singur mecanism compozit. În aplicațiile practice, interfața materialelor compozite are adesea mai multe mecanisme diferite de legare simultan.
Prima lege a lui Fick poate descrie bine difuzia în stare de echilibru, dar în cele mai multe cazuri, difuzia aparține difuziei în starea de echilibru. În cazul difuziei instabile, concentrația unei substanțe variază în funcție de distanța și timpul de difuzie, iar prima lege a lui Fick nu se aplică. Pentru a aborda această problemă, a fost propusă a doua lege a lui Fick, care poate rezolva în mod eficient problema difuziei instabile.
Teoria atomică
Teoria atomică explică mecanismul difuziei. Conform teoriei atomice, pot fi descoperite trei mecanisme de difuzie: gol, schimb și vacanță. Diagramele schematice ale celor trei mecanisme de difuzie sunt prezentate în figura 1-5.
Mecanismul de difuzie a golului: Când există atomi de dimensiuni mici în golurile de cristal, acești atomi pot difuza în golurile rețelei. În procesul de difuzie, atomii care difuzează se deplasează de la un gol prin atomi adiacenți la un alt spațiu de rețea, provocând distorsiunea rețelei, observată în mod obișnuit în difuzia atomică în soluțiile solide interstițiale.
Mecanismul de difuzie a schimbului: atomii de solut și atomii de solvenți au dimensiuni similare și realizează difuzie prin schimbul de poziție. Acest tip de schimb pozițional poate provoca o distorsiune semnificativă a rețelei și, datorită coeficienților diferiți de difuzie ai atomilor diferiți, este dificil să se realizeze difuzia prin mecanismul de schimb, care este aplicabil numai atomilor de același tip. Prin urmare, rolul său în aliaje este foarte limitat.
Mecanismul de difuzie a vacanței: vacanța se referă la un defect în structura cristalină care reprezintă poziția lipsă a unui atom sau ion în structura cristalină. Mecanismul de difuzie a locurilor libere se referă la tranziția și difuzarea particulelor sau a locurilor libere în materialele solide de la un punct al rețelei cristaline la altul.
2. Factori care afectează difuzia
Studiile anterioare au arătat că factori precum temperatura, presiunea/presiunea, structura cristalului, defectele interne ale cristalelor și compoziția chimică au un impact semnificativ asupra ratei de difuzie.
(1) Temperatura
Când temperatura crește, frecvența de ciocnire și energia dintre particulele din interiorul substanței cresc, iar viteza particulelor crește, de asemenea, ceea ce facilitează difuzarea particulelor din zonele cu concentrație mare în zonele cu concentrație scăzută.
(2) Structura cristalină
Mecanismul de difuziune atomică descris în teoria atomică include în principal difuzia vacante, difuzia în intervale sau difuzia schimbului. Indiferent de mecanismul de difuzie pe care atomii îl folosesc pentru difuzie, traiectoriile lor de difuzie trebuie să treacă prin nodurile rețelei sau prin goluri de rețea. Structura cristalină completă originală este foarte afectată de structura cristalină și tipul de cristal din cauza distorsiunii rețelei cauzate de atomii eterogene.
(3) Defect de cristal
Defectele structurii cristaline pot fi împărțite în defecte de punct, linie și suprafață. Viteza de difuzie a materialelor cu defecte punctiforme are un efect de promovare, în timp ce influența defectelor de linie și a defectelor de suprafață asupra difuziei este mai complexă. Diferite tipuri și cantități de defecte pot avea impacturi diferite asupra procesului de difuzie.
(4) Presiune/Presiune
Pe măsură ce presiunea crește, distanța medie dintre particule scade și interacțiunile lor devin mai puternice. Face mai ușor pentru particule să se deplaseze din zonele cu concentrație mare în zone cu concentrație scăzută, crescând astfel viteza de difuzie.
