1. Gränssnittsbindningsmekanism för kompositplåt av titan/stål
Gränssnittsbindningen mellan heterogena metallmaterial kan delas in i tre typer: fysisk bindning, kemisk bindning och mekanisk bindning. Van der Waals-krafter, vätebindningar och andra fysiska bindningar finns vanligtvis i polymerbaserade kompositmaterial. Kemisk bindning hänvisar till interaktionen och den kemiska reaktionen mellan två material under specifika processförhållanden, vilket resulterar i bildandet av en kemisk bindning, som vanligtvis finns i metallbaserade kompositmaterial. Den mekaniska bindningskraften innefattar huvudsakligen friktionskraft, som bestäms av materialets ytjämnhet. Ju högre ytjämnhet metallen har i kompositmaterial, desto större blir den mekaniska bindningskraften. Nästan alla kompositmaterial har mekanisk bindningskraft. Baserat på ovanstående tre typer av kombinationer har forskare föreslagit kompositmaterialteori från flera perspektiv.
(1) Diffusionsteori
Diffusionsteorin hävdar att två heterogena material kommer att frigöra enorm deformationsvärme på grund av nära kontakt under stor plastisk deformationsprocess. När deformationsvärmen gradvis ackumuleras kommer dessa deformationsvärme att stimulera diffusion mellan olika element och därigenom bilda ett metallurgiskt bindningsskikt.
(2) Omkristallisationsteori
Enligt omkristallisationsteorin genomgår de heterogena atomerna i metallplattans gränssnittskontaktyta omarrangemang, och närmar sig gradvis gitterkonstanten, och metallatomerna omarrangeras, vilket resulterar i bildandet av gemensamma korn på de två metallplattorna. Omkristallisationsteorin är endast effektiv för den sammansatta processen av heta metallplåtar och kan inte förklara bindningsfenomenet för metallplattor vid låga temperaturer.
(3) Metallbindningsteori
När metaller av olika material trycksätts närmar de sig gradvis varandra, och när avståndet mellan atomerna minskar, från repulsion till attraktion, bildas metallbindningar. Den efterföljande energiteorin föreslog att gränssnittsatomer måste uppfylla vissa energivillkor för att bilda metallbindningar, vilket är ett komplement till metallbindningsteorin.
(4) Tunnfilmsteori
När metall genomgår plastisk deformation skadas det ythärdande skiktet eller oxidskiktet, och färsk metall pressas ut under inverkan av rullande kraft, vilket uppnår gränssnittsbindning.
(5) Mekanisk kombinationsteori
Den så kallade mekaniska bindningen avser den inbördes förbindelsen mellan matrisen och den förstärkande kroppen enbart baserat på mekanisk bindningskraft. Det är ett kompositmaterial som bildas av matrisen och den förstärkande kroppen under inverkan av friktion, men denna form av kompositplatta kan bara motstå en enda längsgående belastning.
Mekanismen för gränssnittsbindning är komplex och mångsidig, och gränssnittsbindningsmekanismen mellan olika metallmaterial är också olika. Det är svårt att heltäckande beskriva det med en enda sammansatt mekanism. I praktiska tillämpningar har gränssnittet mellan kompositmaterial ofta flera olika bindningsmekanismer samtidigt.
Ficks första lag kan beskriva stationär diffusion väl, men i de flesta fall hör diffusion till icke-steady state diffusion. Vid ostadig diffusion varierar koncentrationen av ett ämne beroende på diffusionsavstånd och tid och Ficks första lag gäller inte. För att ta itu med denna fråga föreslogs Ficks andra lag, som effektivt kan lösa problemet med ostadig spridning
Atomteori
Atomteorin förklarar diffusionsmekanismen. Enligt atomteorin kan tre diffusionsmekanismer upptäckas: gap, utbyte och vakans. De schematiska diagrammen över de tre diffusionsmekanismerna visas i figur 1-5.
Spaltdiffusionsmekanism: När det finns små atomer i kristallspalterna kan dessa atomer diffundera i gittergaporna. I diffusionsprocessen rör sig diffuserande atomer från ett gap genom intilliggande atomer till ett annat gittergap, vilket orsakar gitterdistorsion, vanligen ses vid atomär diffusion i mellanliggande fasta lösningar.
Utbytesdiffusionsmekanism: Lösta atomer och lösningsmedelsatomer har liknande storlekar och uppnår diffusion genom positionsutbyte. Denna typ av positionsutbyte kan orsaka betydande gitterdistorsion, och på grund av de olika diffusionskoefficienterna för olika atomer är det svårt att uppnå diffusion genom utbytesmekanismen, som endast är tillämplig på atomer av samma typ. Därför är dess roll i legeringar mycket begränsad.
Vakans diffusionsmekanism: Vakans hänvisar till en defekt i kristallstrukturen som representerar den saknade positionen för en atom eller jon i kristallstrukturen. Vakansdiffusionsmekanismen hänvisar till övergången och diffusionen av partiklar eller vakanser i fasta material från en kristallgitterpunkt till en annan.
2. Faktorer som påverkar diffusionen
Tidigare studier har visat att faktorer som temperatur, tryck/tryck, kristallstruktur, inre defekter av kristaller och kemisk sammansättning har en betydande inverkan på diffusionshastigheten
(1) Temperatur
När temperaturen stiger ökar kollisionsfrekvensen och energin mellan partiklar inuti ämnet och partikelhastigheten ökar också, vilket gör det lättare för partiklar att diffundera från områden med hög koncentration till områden med låg koncentration.
(2) Kristallstruktur
Atomdiffusionsmekanismen som beskrivs i atomteorin inkluderar huvudsakligen vakansdiffusion, gapdiffusion eller utbytesdiffusion. Oavsett vilken diffusionsmekanism atomer använder för diffusion, måste deras diffusionsbanor passera genom gitternoder eller gittergap. Den ursprungliga fullständiga kristallstrukturen påverkas kraftigt av kristallstrukturen och kristalltypen på grund av gitterförvrängning orsakad av heterogena atomer.
(3) Kristalldefekt
Kristallstrukturdefekter kan delas in i punkt-, linje- och ytdefekter. Diffusionshastigheten för punktdefekta material har en främjande effekt, medan inverkan av linjedefekter och ytdefekter på diffusionen är mer komplex. Olika typer och mängder av defekter kan ha olika inverkan på diffusionsprocessen.
(4) Tryck/tryck
När trycket ökar minskar det genomsnittliga avståndet mellan partiklarna och deras interaktioner blir starkare. Det gör det lättare för partiklar att flytta från områden med hög koncentration till områden med låg koncentration, vilket ökar diffusionshastigheten.
