1. Механизъм за свързване на интерфейса на композитна плоча от титан/стомана
Интерфейсното свързване между хетерогенни метални материали може да бъде разделено на три типа: физическо свързване, химическо свързване и механично свързване. Силите на Ван дер Ваалс, водородните връзки и други физически връзки често се срещат в композитни материали на полимерна основа. Химическото свързване се отнася до взаимодействието и химическата реакция между два материала при специфични условия на процеса, което води до образуването на химическа връзка, често срещана в композитни материали на основата на метал. Механичната сила на свързване включва главно силата на триене, която се определя от грапавостта на повърхността на материала. Колкото по-висока е повърхностната грапавост на метала в композитните материали, толкова по-голяма е механичната сила на свързване. Почти всички композитни материали имат механична сила на свързване. Въз основа на горните три вида комбинации, изследователите са предложили теория за композитния материал от множество гледни точки.
(1) Теория на дифузията
Теорията на дифузията твърди, че два хетерогенни материала ще отделят огромна деформационна топлина поради близък контакт по време на обработка с голяма пластична деформация. Тъй като топлината от деформация постепенно се натрупва, тези топлина от деформация ще стимулират дифузия между различни елементи, като по този начин образуват металургичен свързващ слой.
(2) Теория на прекристализацията
Съгласно теорията за прекристализация, хетерогенните атоми в контактната зона на интерфейса на металната плоча претърпяват пренареждане, като постепенно се приближават до константата на решетката и металните атоми се пренареждат, което води до образуването на общи зърна върху двете метални плочи. Теорията за прекристализация е ефективна само за композитния процес на горещи метални листове и не може да обясни феномена на свързване на метални плочи при ниски температури.
(3) Теория на металната връзка
Когато металите от различни материали са под налягане, те постепенно се приближават един към друг и тъй като разстоянието между атомите намалява, от отблъскване към привличане, се образуват метални връзки. Последвалата енергийна теория предполага, че интерфейсните атоми трябва да отговарят на определени енергийни условия, за да образуват метални връзки, което е допълнение към теорията за металната връзка.
(4) Теория на тънкия филм
Когато металът претърпи пластична деформация, повърхностният втвърдяващ се слой или оксидният слой се повреждат и свежият метал се изстисква под действието на силата на валцуване, постигайки междинно свързване.
(5) Теория на механичните комбинации
Така нареченото механично свързване се отнася до взаимното свързване между матрицата и усилващото тяло единствено въз основа на механична сила на свързване. Това е композитен материал, образуван от матрицата и усилващото тяло под действието на триене, но тази форма на композитна плоча може да издържи само еднократно надлъжно натоварване.
Механизмът на интерфейсно свързване е сложен и разнообразен, както и механизмът на интерфейсно свързване между различни метални материали също е различен. Трудно е да се опише изчерпателно с един съставен механизъм. В практически приложения интерфейсът на композитните материали често има множество различни свързващи механизми едновременно.
Първият закон на Фик може да опише добре дифузията в стационарно състояние, но в повечето случаи дифузията принадлежи към дифузията в нестационарно състояние. В случай на нестационарна дифузия, концентрацията на веществото варира в зависимост от дифузионното разстояние и времето и първият закон на Фик не се прилага. За да се реши този проблем, беше предложен вторият закон на Фик, който може ефективно да реши проблема с нестабилната дифузия
Атомна теория
Атомната теория обяснява механизма на дифузия. Според атомната теория могат да бъдат открити три механизма на дифузия: празнина, обмен и ваканция. Схематичните диаграми на трите дифузионни механизма са показани на фигура 1-5.
Механизъм на дифузия на пролуките: Когато има атоми с малък размер в пролуките на кристалите, тези атоми могат да дифундират в пролуките на решетката. В процеса на дифузия дифузиращите атоми се преместват от една празнина през съседни атоми към друга междина на решетката, причинявайки изкривяване на решетката, което обикновено се наблюдава при атомна дифузия в интерстициални твърди разтвори.
Механизъм на обменна дифузия: Атомите на разтворените вещества и атомите на разтворителя имат сходни размери и постигат дифузия чрез обмен на позиции. Този тип позиционен обмен може да причини значително изкривяване на решетката и поради различните коефициенти на дифузия на различни атоми е трудно да се постигне дифузия чрез обменния механизъм, който е приложим само за атоми от същия тип. Следователно ролята му в сплавите е много ограничена.
Механизъм на дифузия на свободните места: Свободните места се отнасят до дефект в кристалната структура, който представлява липсващата позиция на атом или йон в кристалната структура. Механизмът на дифузия на свободни места се отнася до прехода и дифузията на частици или свободни места в твърди материали от една точка на кристална решетка в друга.
2. Фактори, влияещи върху дифузията
Предишни проучвания показват, че фактори като температура, налягане/налягане, кристална структура, вътрешни дефекти на кристалите и химичен състав имат значително влияние върху скоростта на дифузия
(1) Температура
Когато температурата се повиши, честотата на сблъсъка и енергията между частиците вътре в веществото се увеличават, а скоростта на частиците също се увеличава, което улеснява дифундирането на частиците от области с висока концентрация към области с ниска концентрация.
(2) Кристална структура
Механизмът на атомна дифузия, описан в атомната теория, включва главно дифузия на свободни места, дифузия на празнини или обменна дифузия. Независимо кой дифузионен механизъм атомите използват за дифузия, техните дифузионни траектории трябва да преминават през възли на решетката или междини на решетката. Оригиналната цялостна кристална структура е силно повлияна от кристалната структура и кристалния тип поради изкривяване на решетката, причинено от хетерогенни атоми.
(3) Кристален дефект
Дефектите на кристалната структура могат да бъдат разделени на точкови, линейни и повърхностни дефекти. Скоростта на дифузия на материалите с точкови дефекти има стимулиращ ефект, докато влиянието на линейните дефекти и повърхностните дефекти върху дифузията е по-сложно. Различните видове и количества дефекти могат да имат различно въздействие върху процеса на дифузия.
(4) Налягане/Налягане
С увеличаване на налягането средното разстояние между частиците намалява и техните взаимодействия стават по-силни. Това улеснява движението на частиците от области с висока концентрация към области с ниска концентрация, като по този начин увеличава скоростта на дифузия.
