1. Mehanizam povezivanja sučelja kompozitne ploče titan/čelik
Međusklopno povezivanje između heterogenih metalnih materijala može se podijeliti u tri vrste: fizičko povezivanje, kemijsko povezivanje i mehaničko povezivanje. Van der Waalsove sile, vodikove veze i druge fizičke veze često se nalaze u kompozitnim materijalima na bazi polimera. Kemijsko vezivanje odnosi se na interakciju i kemijsku reakciju između dva materijala pod određenim procesnim uvjetima, što rezultira stvaranjem kemijske veze, koja se obično nalazi u kompozitnim materijalima na bazi metala. Mehanička sila lijepljenja uglavnom uključuje silu trenja, koja je određena hrapavošću površine materijala. Što je veća hrapavost površine metala u kompozitnim materijalima, to je veća mehanička sila vezivanja. Gotovo svi kompozitni materijali imaju mehaničku snagu vezivanja. Na temelju gornje tri vrste kombinacija, istraživači su predložili teoriju kompozitnih materijala iz više perspektiva.
(1) Teorija difuzije
Teorija difuzije drži da će dva heterogena materijala osloboditi ogromnu toplinu deformacije zbog bliskog kontakta tijekom obrade velikom plastičnom deformacijom. Kako se toplina deformacije postupno akumulira, te će topline deformacije stimulirati difuziju između različitih elemenata, stvarajući tako metalurški vezni sloj.
(2) Teorija rekristalizacije
Prema teoriji rekristalizacije, heterogeni atomi u kontaktnom području metalne ploče prolaze kroz preraspodjelu, postupno se približavajući konstanti rešetke, a atomi metala se preuređuju, što rezultira stvaranjem zajedničkih zrnaca na dvije metalne ploče. Teorija prekristalizacije učinkovita je samo za kompozitni proces vrućih metalnih ploča i ne može objasniti fenomen lijepljenja metalnih ploča na niskim temperaturama.
(3) Teorija metalne veze
Kada su metali različitih materijala pod pritiskom, oni se postupno približavaju jedni drugima, a kako se udaljenost između atoma smanjuje, od odbijanja do privlačenja, stvaraju se metalne veze. Naknadna teorija energije predložila je da atomi sučelja moraju zadovoljiti određene energetske uvjete kako bi formirali metalne veze, što je dodatak teoriji metalnih veza.
(4) Teorija tankog filma
Kada se metal podvrgne plastičnoj deformaciji, površinski očvrsli sloj ili oksidni sloj je oštećen, a svježi metal se istiskuje pod djelovanjem sile kotrljanja, postižući međupovršinsko spajanje.
(5) Teorija mehaničke kombinacije
Takozvano mehaničko spajanje odnosi se na međusobnu vezu između matrice i armaturnog tijela isključivo na temelju sile mehaničkog spajanja. To je kompozitni materijal formiran od matrice i armaturnog tijela pod djelovanjem trenja, ali ovaj oblik kompozitne ploče može izdržati samo jedno uzdužno opterećenje.
Mehanizam povezivanja sučelja je složen i raznolik, a mehanizam povezivanja sučelja između različitih metalnih materijala također je različit. Teško ga je sveobuhvatno opisati jednim kompozitnim mehanizmom. U praktičnim primjenama, sučelje kompozitnih materijala često ima više različitih mehanizama spajanja istovremeno.
Fickov prvi zakon može dobro opisati difuziju u stacionarnom stanju, ali u većini slučajeva difuzija pripada difuziji u nestacionarnom stanju. U slučaju nestacionarne difuzije, koncentracija tvari varira ovisno o udaljenosti i vremenu difuzije, a Fickov prvi zakon ne vrijedi. Kako bi se riješio ovaj problem, predložen je Fickov drugi zakon, koji može učinkovito riješiti problem nestabilne difuzije
Atomska teorija
Atomska teorija objašnjava mehanizam difuzije. Prema atomskoj teoriji, mogu se otkriti tri difuzijska mehanizma: jaz, izmjena i prazno mjesto. Shematski dijagrami tri difuzijska mehanizma prikazani su na slici 1-5.
Mehanizam difuzije u procjepu: kada postoje atomi male veličine u procjepu kristala, ti atomi mogu difundirati u procjepe rešetke. U procesu difuzije, difuzijski atomi prelaze iz jednog procjepa kroz susjedne atome u drugi procjep rešetke, uzrokujući iskrivljenje rešetke, koje se obično vidi u atomskoj difuziji u intersticijskim čvrstim otopinama.
Mehanizam difuzije razmjene: Atomi otopljene tvari i atomi otapala imaju slične veličine i postižu difuziju razmjenom položaja. Ova vrsta položajne izmjene može uzrokovati značajno izobličenje rešetke, a zbog različitih koeficijenata difuzije različitih atoma, teško je postići difuziju kroz mehanizam izmjene, koji je primjenjiv samo na atome iste vrste. Stoga je njegova uloga u legurama vrlo ograničena.
Mehanizam difuzije praznog mjesta: prazno mjesto se odnosi na defekt u kristalnoj strukturi koji predstavlja nedostajući položaj atoma ili iona u kristalnoj strukturi. Mehanizam difuzije slobodnih mjesta odnosi se na prijelaz i difuziju čestica ili slobodnih mjesta unutar čvrstih materijala iz jedne točke kristalne rešetke u drugu.
2. Čimbenici koji utječu na difuziju
Prethodne studije pokazale su da čimbenici kao što su temperatura, tlak/pritisak, kristalna struktura, unutarnji defekti kristala i kemijski sastav imaju značajan utjecaj na brzinu difuzije
(1) Temperatura
Kada temperatura poraste, povećava se učestalost sudara i energija između čestica unutar tvari, a povećava se i brzina čestica, što olakšava difuziju čestica iz područja visoke koncentracije u područja niske koncentracije.
(2) Kristalna struktura
Mehanizam atomske difuzije opisan u atomskoj teoriji uglavnom uključuje difuziju slobodnih mjesta, difuziju praznina ili difuziju razmjene. Bez obzira na to koji difuzijski mehanizam atomi koriste za difuziju, njihove difuzijske putanje moraju proći kroz čvorove rešetke ili rešetkaste praznine. Na izvornu kompletnu kristalnu strukturu uvelike utječu kristalna struktura i vrsta kristala zbog iskrivljenja rešetke uzrokovanog heterogenim atomima.
(3) Defekt kristala
Defekti kristalne strukture mogu se podijeliti na točkaste, linijske i površinske defekte. Brzina difuzije materijala s točkastim defektima ima pospješujući učinak, dok je utjecaj linijskih i površinskih defekata na difuziju složeniji. Različite vrste i količine defekata mogu imati različite utjecaje na proces difuzije.
(4) Pritisak/pritisak
Kako tlak raste, prosječni razmak između čestica se smanjuje i njihove interakcije postaju sve jače. Olakšava kretanje čestica iz područja visoke koncentracije u područja niske koncentracije, čime se povećava brzina difuzije.
