1. Interface bindingsmekanisme af titanium/stål kompositplade
Grænsefladebindingen mellem heterogene metalmaterialer kan opdeles i tre typer: fysisk binding, kemisk binding og mekanisk binding. Van der Waals-kræfter, hydrogenbindinger og andre fysiske bindinger findes almindeligvis i polymerbaserede kompositmaterialer. Kemisk binding refererer til interaktionen og kemisk reaktion mellem to materialer under specifikke procesbetingelser, hvilket resulterer i dannelsen af en kemisk binding, der almindeligvis findes i metalbaserede kompositmaterialer. Den mekaniske bindekraft omfatter hovedsageligt friktionskraft, som bestemmes af materialets overfladeruhed. Jo højere overfladeruhed metallet har i kompositmaterialer, jo større er den mekaniske bindingskraft. Næsten alle kompositmaterialer har mekanisk bindekraft. Baseret på ovenstående tre typer af kombinationer har forskere foreslået kompositmateriale kompositteori fra flere perspektiver.
(1) Diffusionsteori
Diffusionsteorien hævder, at to heterogene materialer vil frigive enorm deformationsvarme på grund af tæt kontakt under stor plastisk deformationsbehandling. Efterhånden som deformationsvarmen gradvist akkumuleres, vil disse deformationsvarmer stimulere diffusion mellem forskellige elementer og derved danne et metallurgisk bindelag.
(2) Omkrystallisationsteori
Ifølge omkrystallisationsteorien gennemgår de heterogene atomer i metalpladens grænsefladekontaktområde omlejring, idet de gradvist nærmer sig gitterkonstanten, og metalatomerne omarrangeres, hvilket resulterer i dannelsen af fælles korn på de to metalplader. Omkrystallisationsteorien er kun effektiv til den sammensatte proces af varme metalplader og kan ikke forklare bindingsfænomenet af metalplader ved lave temperaturer.
(3) Metalbindingsteori
Når metaller af forskellige materialer sættes under tryk, nærmer de sig gradvist hinanden, og efterhånden som afstanden mellem atomer aftager, fra frastødning til tiltrækning, dannes der metalbindinger. Den efterfølgende energiteori foreslog, at grænsefladeatomer skal opfylde visse energibetingelser for at danne metalbindinger, hvilket er et supplement til metalbindingsteorien.
(4) Tynd filmteori
Når metal undergår plastisk deformation, beskadiges overfladehærdningslaget eller oxidlaget, og frisk metal presses ud under påvirkning af rullekraft, hvilket opnår grænsefladebinding.
(5) Mekanisk kombinationsteori
Den såkaldte mekaniske binding refererer til den indbyrdes forbindelse mellem matrixen og det forstærkende legeme udelukkende baseret på mekanisk bindingskraft. Det er et kompositmateriale dannet af matrixen og det forstærkende legeme under påvirkning af friktion, men denne form for kompositplade kan kun modstå en enkelt langsgående belastning.
Mekanismen for grænsefladebinding er kompleks og forskelligartet, og grænsefladebindingsmekanismen mellem forskellige metalmaterialer er også forskellig. Det er svært at beskrive det fuldstændigt med en enkelt sammensat mekanisme. I praktiske applikationer har grænsefladen af kompositmaterialer ofte flere forskellige bindingsmekanismer samtidigt.
Ficks første lov kan godt beskrive steady-state diffusion, men i de fleste tilfælde hører diffusion til non-steady state diffusion. Ved ustabil diffusion varierer koncentrationen af et stof afhængigt af diffusionsafstand og tid, og Ficks første lov gælder ikke. For at løse dette problem blev Ficks anden lov foreslået, som effektivt kan løse problemet med ustabil spredning
Atomteori
Atomteori forklarer diffusionsmekanismen. Ifølge atomteorien kan tre diffusionsmekanismer opdages: gap, udveksling og ledighed. De skematiske diagrammer af de tre diffusionsmekanismer er vist i figur 1-5.
Gab-diffusionsmekanisme: Når der er små atomer i krystalgabet, kan disse atomer diffundere i gitterhullerne. I diffusionsprocessen bevæger diffuserende atomer sig fra et hul gennem tilstødende atomer til et andet gittergab, hvilket forårsager gitterforvrængning, der almindeligvis ses ved atomisk diffusion i mellemliggende faste opløsninger.
Udvekslingsdiffusionsmekanisme: Opløste atomer og opløsningsmiddelatomer har lignende størrelser og opnår diffusion gennem positionsudveksling. Denne type positionsudveksling kan forårsage betydelig gitterforvrængning, og på grund af de forskellige diffusionskoefficienter for uens atomer, er det vanskeligt at opnå diffusion gennem udvekslingsmekanismen, som kun er anvendelig for atomer af samme type. Derfor er dens rolle i legeringer meget begrænset.
Ledig diffusionsmekanisme: Ledig stilling refererer til en defekt i krystalstrukturen, der repræsenterer den manglende position af et atom eller en ion i krystalstrukturen. Tomgangsdiffusionsmekanismen refererer til overgangen og diffusionen af partikler eller ledige pladser i faste materialer fra et krystalgitterpunkt til et andet.
2. Faktorer, der påvirker diffusionen
Tidligere undersøgelser har vist, at faktorer som temperatur, tryk/tryk, krystalstruktur, interne defekter af krystaller og kemisk sammensætning har en væsentlig indflydelse på diffusionshastigheden
(1) Temperatur
Når temperaturen stiger, øges kollisionsfrekvensen og energien mellem partikler inde i stoffet, og partikelhastigheden stiger også, hvilket gør det lettere for partikler at diffundere fra områder med høj koncentration til områder med lav koncentration.
(2) Krystalstruktur
Atomdiffusionsmekanismen beskrevet i atomteorien omfatter hovedsagelig tomgangsdiffusion, spaltediffusion eller udvekslingsdiffusion. Uanset hvilken diffusionsmekanisme atomer bruger til diffusion, skal deres diffusionsbaner passere gennem gitterknuder eller gittergab. Den originale komplette krystalstruktur er stærkt påvirket af krystalstrukturen og krystaltypen på grund af gitterforvrængning forårsaget af heterogene atomer.
(3) Krystaldefekt
Krystalstrukturdefekter kan opdeles i punkt-, linje- og overfladefejl. Diffusionshastigheden af punktdefekte materialer har en fremmende effekt, mens linjefejls og overfladedefekters indflydelse på diffusionen er mere kompleks. Forskellige typer og mængder af defekter kan have varierende indvirkning på diffusionsprocessen.
(4) Tryk/tryk
Når trykket stiger, mindskes den gennemsnitlige afstand mellem partiklerne, og deres interaktioner bliver stærkere. Det gør det lettere for partikler at bevæge sig fra områder med høj koncentration til områder med lav koncentration og øger derved diffusionshastigheden.
