1. Interface-verbindingsmechanisme van titanium/staal composietplaat
De grensvlakbinding tussen heterogene metalen materialen kan worden onderverdeeld in drie typen: fysieke binding, chemische binding en mechanische binding. Van der Waals-krachten, waterstofbruggen en andere fysieke bindingen worden vaak aangetroffen in composietmaterialen op polymeerbasis. Chemische binding verwijst naar de interactie en chemische reactie tussen twee materialen onder specifieke procesomstandigheden, resulterend in de vorming van een chemische binding, die vaak wordt aangetroffen in composietmaterialen op metaalbasis. De mechanische hechtkracht omvat voornamelijk wrijvingskracht, die wordt bepaald door de oppervlakteruwheid van het materiaal. Hoe hoger de oppervlakteruwheid van het metaal in composietmaterialen, hoe groter de mechanische hechtkracht. Bijna alle composietmaterialen hebben een mechanische hechtkracht. Op basis van de bovengenoemde drie soorten combinaties hebben onderzoekers de composiettheorie van composietmateriaal vanuit meerdere perspectieven voorgesteld.
(1) Diffusietheorie
De diffusietheorie stelt dat twee heterogene materialen enorme vervormingswarmte zullen afgeven als gevolg van nauw contact tijdens de verwerking van grote plastische vervormingen. Naarmate de vervormingswarmte zich geleidelijk ophoopt, zal deze vervormingswarmte de diffusie tussen verschillende elementen stimuleren, waardoor een metallurgische hechtlaag wordt gevormd.
(2) Herkristallisatietheorie
Volgens de herkristallisatietheorie ondergaan de heterogene atomen in het grensvlakcontactgebied van de metalen plaat een herschikking, waarbij ze geleidelijk de roosterconstante benaderen, en worden de metaalatomen herschikt, wat resulteert in de vorming van gemeenschappelijke korrels op de twee metalen platen. De herkristallisatietheorie is alleen effectief voor het composietproces van hete metaalplaten en kan het hechtingsfenomeen van metalen platen bij lage temperaturen niet verklaren.
(3) Metaalbindingstheorie
Wanneer metalen van verschillende materialen onder druk worden gezet, naderen ze elkaar geleidelijk, en naarmate de afstand tussen atomen kleiner wordt, van afstoting naar aantrekking, worden metaalbindingen gevormd. De daaropvolgende energietheorie stelde voor dat grensvlakatomen aan bepaalde energievoorwaarden moeten voldoen om metaalbindingen te vormen, wat een aanvulling is op de theorie van metaalbindingen.
(4) Dunnefilmtheorie
Wanneer metaal plastische vervorming ondergaat, wordt de oppervlakteverhardingslaag of oxidelaag beschadigd en wordt vers metaal eruit geperst onder invloed van de walskracht, waardoor grensvlakbinding wordt bereikt.
(5) Mechanische combinatietheorie
De zogenaamde mechanische verbinding heeft betrekking op de onderlinge verbinding tussen de matrix en het versterkingslichaam uitsluitend gebaseerd op mechanische verbindingskracht. Het is een composietmateriaal dat wordt gevormd door de matrix en het versterkingslichaam onder invloed van wrijving, maar deze vorm van composietplaat is slechts bestand tegen een enkele longitudinale belasting.
Het mechanisme van grensvlakbinding is complex en divers, en het grensvlakbindingsmechanisme tussen verschillende metalen materialen is ook verschillend. Het is moeilijk om het uitgebreid te beschrijven met een enkel samengesteld mechanisme. In praktische toepassingen beschikt het grensvlak van composietmaterialen vaak over meerdere verschillende verbindingsmechanismen tegelijk.
De eerste wet van Fick kan steady-state diffusie goed beschrijven, maar in de meeste gevallen behoort diffusie tot niet-steady-state diffusie. In het geval van onstabiele diffusie varieert de concentratie van een stof afhankelijk van de diffusieafstand en -tijd, en de eerste wet van Fick is niet van toepassing. Om dit probleem aan te pakken werd de Tweede Wet van Fick voorgesteld, die het probleem van onstabiele verspreiding effectief kan oplossen
Atoom theorie
Atoomtheorie verklaart het mechanisme van diffusie. Volgens de atoomtheorie kunnen er drie diffusiemechanismen worden ontdekt: kloof, uitwisseling en vacature. De schematische diagrammen van de drie diffusiemechanismen worden getoond in figuur 1-5.
Gap-diffusiemechanisme: Wanneer er kleine atomen in de kristalspleten zitten, kunnen deze atomen in de roosterspleten diffunderen. Tijdens het diffusieproces bewegen diffunderende atomen van de ene opening door aangrenzende atomen naar een andere roosteropening, waardoor roostervervorming ontstaat, wat vaak wordt gezien bij atomaire diffusie in interstitiële vaste oplossingen.
Uitwisselingsdiffusiemechanisme: Opgeloste atomen en oplosmiddelatomen hebben vergelijkbare afmetingen en bereiken diffusie door middel van positie-uitwisseling. Dit type positionele uitwisseling kan aanzienlijke roostervervorming veroorzaken, en vanwege de verschillende diffusiecoëfficiënten van ongelijksoortige atomen is het moeilijk om diffusie te bereiken via het uitwisselingsmechanisme, dat alleen van toepassing is op atomen van hetzelfde type. Daarom is de rol ervan in legeringen zeer beperkt.
Leegstanddiffusiemechanisme: Leegstand verwijst naar een defect in de kristalstructuur dat de ontbrekende positie van een atoom of ion in de kristalstructuur vertegenwoordigt. Het vacaturediffusiemechanisme verwijst naar de overgang en diffusie van deeltjes of vacatures in vaste materialen van het ene kristalroosterpunt naar het andere.
2. Factoren die de verspreiding beïnvloeden
Eerdere studies hebben aangetoond dat factoren zoals temperatuur, druk/druk, kristalstructuur, interne defecten van kristallen en chemische samenstelling een aanzienlijke invloed hebben op de diffusiesnelheid.
(1) Temperatuur
Wanneer de temperatuur stijgt, nemen de botsingsfrequentie en de energie tussen deeltjes in de stof toe, en neemt ook de deeltjessnelheid toe, waardoor het gemakkelijker wordt voor deeltjes om van gebieden met hoge concentraties naar gebieden met lage concentraties te diffunderen.
(2) Kristalstructuur
Het atomaire diffusiemechanisme dat in de atoomtheorie wordt beschreven, omvat voornamelijk vacaturediffusie, gap-diffusie of uitwisselingsdiffusie. Ongeacht welk diffusiemechanisme atomen gebruiken voor diffusie, hun diffusietrajecten moeten door roosterknooppunten of roosteropeningen gaan. De oorspronkelijke volledige kristalstructuur wordt sterk beïnvloed door de kristalstructuur en het kristaltype als gevolg van roostervervorming veroorzaakt door heterogene atomen.
(3) Kristaldefect
Kristalstructuurdefecten kunnen worden onderverdeeld in punt-, lijn- en oppervlaktedefecten. De diffusiesnelheid van puntdefectmaterialen heeft een bevorderend effect, terwijl de invloed van lijndefecten en oppervlaktedefecten op diffusie complexer is. Verschillende soorten en hoeveelheden defecten kunnen verschillende gevolgen hebben voor het verspreidingsproces.
(4) Druk/druk
Naarmate de druk toeneemt, neemt de gemiddelde afstand tussen de deeltjes af en worden hun interacties sterker. Het maakt het gemakkelijker voor deeltjes om zich van gebieden met een hoge concentratie naar gebieden met een lage concentratie te verplaatsen, waardoor de diffusiesnelheid toeneemt.
