1. Mecanisme d'unió d'interfície de placa composta de titani/acer
L'enllaç d'interfície entre materials metàl·lics heterogenis es pot dividir en tres tipus: enllaç físic, enllaç químic i enllaç mecànic. Les forces de Van der Waals, els enllaços d'hidrogen i altres enllaços físics es troben habitualment en materials compostos basats en polímers. L'enllaç químic es refereix a la interacció i reacció química entre dos materials en condicions específiques de procés, donant lloc a la formació d'un enllaç químic, que es troba habitualment en materials compostos basats en metalls. La força d'unió mecànica inclou principalment la força de fricció, que està determinada per la rugositat superficial del material. Com més gran sigui la rugositat superficial del metall en materials compostos, més gran serà la força d'unió mecànica. Gairebé tots els materials compostos tenen força d'unió mecànica. A partir dels tres tipus de combinacions anteriors, els investigadors han proposat la teoria dels compostos de materials compostos des de múltiples perspectives.
(1) Teoria de la difusió
La teoria de la difusió sosté que dos materials heterogenis alliberaran una calor de deformació enorme a causa del contacte proper durant el processament de deformació plàstica gran. A mesura que la calor de deformació s'acumula gradualment, aquestes calors de deformació estimularan la difusió entre diferents elements, formant així una capa d'unió metal·lúrgica.
(2) Teoria de la recristal·lització
Segons la teoria de la recristal·lització, els àtoms heterogenis de l'àrea de contacte de la interfície de la placa metàl·lica es reorganitzen, apropant-se gradualment a la constant de la gelosia, i els àtoms metàl·lics es reorganitzen, donant lloc a la formació de grans comuns a les dues plaques metàl·liques. La teoria de la recristal·lització només és efectiva per al procés compost de làmines de metall calents i no pot explicar el fenomen d'unió de les lloses metàl·liques a baixes temperatures.
(3) Teoria de l'enllaç metàl·lic
Quan es pressuritzen metalls de diferents materials, s'acosten gradualment els uns als altres, i a mesura que disminueix la distància entre els àtoms, de la repulsió a l'atracció, es formen enllaços metàl·lics. La teoria de l'energia posterior va proposar que els àtoms de la interfície havien de complir determinades condicions energètiques per formar enllaços metàl·lics, que és un complement a la teoria de l'enllaç metàl·lic.
(4) Teoria de la pel·lícula fina
Quan el metall pateix una deformació plàstica, la capa d'enduriment superficial o la capa d'òxid està danyada i el metall fresc s'extreu sota l'acció de la força de rodament, aconseguint unió interfacial.
(5) Teoria de combinacions mecàniques
L'anomenat enllaç mecànic es refereix a la connexió mútua entre la matriu i el cos de reforç basat únicament en la força d'unió mecànica. És un material compost format per la matriu i el cos de reforç sota l'acció de la fricció, però aquesta forma de placa composta només pot suportar una única càrrega longitudinal.
El mecanisme d'unió de la interfície és complex i divers, i el mecanisme d'unió de la interfície entre diferents materials metàl·lics també és diferent. És difícil descriure-ho exhaustivament amb un únic mecanisme compost. En aplicacions pràctiques, la interfície dels materials compostos sovint té múltiples mecanismes d'enllaç diferents simultàniament.
La primera llei de Fick pot descriure bé la difusió en estat estacionari, però en la majoria dels casos, la difusió pertany a la difusió no estacionària. En el cas de la difusió inestable, la concentració d'una substància varia en funció de la distància i el temps de difusió, i la primera llei de Fick no s'aplica. Per abordar aquest problema, es va proposar la Segona Llei de Fick, que pot resoldre eficaçment el problema de la difusió inestable.
Teoria atòmica
La teoria atòmica explica el mecanisme de difusió. Segons la teoria atòmica, es poden descobrir tres mecanismes de difusió: buit, intercanvi i vacant. Els diagrames esquemàtics dels tres mecanismes de difusió es mostren a la figura 1-5.
Mecanisme de difusió del buit: quan hi ha àtoms de mida petita als buits de cristall, aquests àtoms poden difondre's als buits de la xarxa. En el procés de difusió, els àtoms difusos es mouen d'un buit a través d'àtoms adjacents a un altre buit de gelosia, provocant una distorsió de la gelosia, que es veu habitualment en la difusió atòmica en solucions sòlides intersticials.
Mecanisme de difusió d'intercanvi: els àtoms de solut i els àtoms de dissolvent tenen mides similars i aconsegueixen la difusió mitjançant l'intercanvi de posicions. Aquest tipus d'intercanvi posicional pot provocar una distorsió important de la gelosia i, a causa dels diferents coeficients de difusió d'àtoms diferents, és difícil aconseguir la difusió mitjançant el mecanisme d'intercanvi, que només és aplicable a àtoms del mateix tipus. Per tant, el seu paper en els aliatges és molt limitat.
Mecanisme de difusió de la vacant: la vacant es refereix a un defecte de l'estructura cristal·lina que representa la posició que falta d'un àtom o ió a l'estructura cristal·lina. El mecanisme de difusió de vacants es refereix a la transició i difusió de partícules o vacants dins de materials sòlids d'un punt de xarxa cristal·lina a un altre.
2. Factors que afecten la difusió
Estudis anteriors han demostrat que factors com la temperatura, la pressió / pressió, l'estructura cristal·lina, els defectes interns dels cristalls i la composició química tenen un impacte significatiu en la velocitat de difusió.
(1) Temperatura
Quan la temperatura augmenta, la freqüència de col·lisió i l'energia entre les partícules dins de la substància augmenten, i també augmenta la velocitat de les partícules, cosa que facilita que les partícules es difonguin des de zones d'alta concentració a zones de baixa concentració.
(2) Estructura cristal·lina
El mecanisme de difusió atòmica descrit en la teoria atòmica inclou principalment la difusió de vacants, la difusió per bretxa o la difusió d'intercanvi. Independentment del mecanisme de difusió que utilitzen els àtoms per a la difusió, les seves trajectòries de difusió han de passar per nodes de gelosia o buits de gelosia. L'estructura cristal·lina completa original es veu molt afectada per l'estructura del cristall i el tipus de cristall a causa de la distorsió de la xarxa causada per àtoms heterogenis.
(3) Defecte de cristall
Els defectes de l'estructura cristal·lina es poden dividir en defectes de punt, de línia i de superfície. La velocitat de difusió dels materials de defecte puntual té un efecte promotor, mentre que la influència dels defectes de la línia i de la superfície en la difusió és més complexa. Els diferents tipus i quantitats de defectes poden tenir diferents impactes en el procés de difusió.
(4) Pressió/Pressió
A mesura que augmenta la pressió, l'espai mitjà entre partícules disminueix i les seves interaccions es fan més fortes. Fa que sigui més fàcil que les partícules es moguin de zones d'alta concentració a zones de concentració baixa, augmentant així la velocitat de difusió.
