1. Mehanizam sučelja spajanja kompozitne ploče titanijum/čelik
Veza između heterogenih metalnih materijala može se podijeliti u tri tipa: fizičko vezivanje, kemijsko vezivanje i mehaničko vezivanje. Van der Waalsove sile, vodonične veze i druge fizičke veze obično se nalaze u kompozitnim materijalima na bazi polimera. Hemijsko vezivanje se odnosi na interakciju i hemijsku reakciju između dva materijala pod specifičnim procesnim uslovima, što rezultira formiranjem hemijske veze, koja se obično nalazi u kompozitnim materijalima na bazi metala. Mehanička sila vezivanja uglavnom uključuje silu trenja, koja je određena hrapavostom površine materijala. Što je veća hrapavost površine metala u kompozitnim materijalima, to je veća mehanička sila vezivanja. Gotovo svi kompozitni materijali imaju mehaničku silu vezivanja. Na osnovu gornje tri vrste kombinacija, istraživači su predložili teoriju kompozitnog materijala iz više perspektiva.
(1) Teorija difuzije
Teorija difuzije smatra da će dva heterogena materijala osloboditi ogromnu toplotu deformacije zbog bliskog kontakta tokom velike plastične deformacije. Kako se toplina deformacije postepeno akumulira, te deformacijske topline će stimulirati difuziju između različitih elemenata, formirajući tako metalurški vezni sloj.
(2) Teorija rekristalizacije
Prema teoriji rekristalizacije, heterogeni atomi u kontaktnoj površini međupovršine metalne ploče podliježu preuređivanju, postupno se približavajući konstanti rešetke, a atomi metala su preuređeni, što rezultira formiranjem zajedničkih zrna na dvije metalne ploče. Teorija rekristalizacije efikasna je samo za kompozitni proces vrućih metalnih limova i ne može objasniti fenomen vezivanja metalnih ploča na niskim temperaturama.
(3) Teorija metalne veze
Kada su metali različitih materijala pod pritiskom, oni se postepeno približavaju jedan drugome, a kako se udaljenost između atoma smanjuje, od odbijanja do privlačenja, formiraju se metalne veze. Teorija energije koja je uslijedila predložila je da atomi međusklopa moraju ispuniti određene energetske uvjete da bi formirali metalne veze, što je dodatak teoriji metalne veze.
(4) Teorija tankog filma
Kada se metal podvrgne plastičnoj deformaciji, površinski otvrdnjavajući sloj ili oksidni sloj se oštećuje, a svježi metal se istiskuje pod djelovanjem sile kotrljanja, čime se postiže međufazna veza.
(5) Teorija mehaničke kombinacije
Takozvano mehaničko spajanje odnosi se na međusobnu vezu između matrice i armaturnog tijela isključivo na temelju mehaničke sile vezivanja. 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 spajanja sučelja je složen i raznovrstan, a mehanizam povezivanja između različitih metalnih materijala je također različit. Teško ga je sveobuhvatno opisati jednim kompozitnim mehanizmom. U praktičnim primenama, interfejs kompozitnih materijala često ima više različitih mehanizama vezivanja istovremeno.
Fikov prvi zakon može dobro opisati stabilnu difuziju, ali u većini slučajeva, difuzija pripada difuziji u nestabilnom stanju. U slučaju nestalne difuzije, koncentracija tvari varira ovisno o udaljenosti difuzije i vremenu, a Fikov prvi zakon se ne primjenjuje. Za rješavanje ovog problema predložen je Fikov drugi zakon, koji može efikasno riješiti problem nestalne difuzije
Atomska teorija
Atomska teorija objašnjava mehanizam difuzije. Prema teoriji atoma, mogu se otkriti tri mehanizma difuzije: jaz, razmjena i praznina. Šematski dijagrami tri mehanizma difuzije prikazani su na slici 1-5.
Mehanizam difuzije u prazninama: Kada postoje atomi male veličine u kristalnim prazninama, ovi atomi mogu difundirati u prazninama rešetke. U procesu difuzije, difuzijski atomi se kreću od jednog jaza kroz susjedne atome do drugog rešetkastog jaza, uzrokujući distorziju rešetke, što se obično vidi kod atomske difuzije u međuprostornim čvrstim otopinama.
Mehanizam razmjene difuzije: Otopljeni atomi i atomi rastvarača imaju slične veličine i postižu difuziju razmjenom položaja. Ova vrsta pozicijske izmjene može uzrokovati značajnu distorziju rešetke, a zbog različitih koeficijenata difuzije različitih atoma, teško je postići difuziju putem razmjenskog mehanizma, koji je primjenjiv samo na atome istog tipa. Stoga je njegova uloga u legurama vrlo ograničena.
Mehanizam difuzije praznine: Prazan prostor se odnosi na defekt u kristalnoj strukturi koji predstavlja nedostajuću poziciju atoma ili jona u kristalnoj strukturi. Mehanizam difuzije praznina odnosi se na prijelaz i difuziju čestica ili slobodnih mjesta unutar čvrstih materijala iz jedne tačke kristalne rešetke u drugu.
2. Faktori koji utiču na difuziju
Prethodne studije su pokazale da faktori kao što su temperatura, pritisak/pritisak, kristalna struktura, unutrašnji defekti kristala i hemijski sastav imaju značajan uticaj na brzinu difuzije
(1) Temperatura
Kada temperatura poraste, povećava se frekvencija sudara i energija između čestica unutar tvari, a povećava se i brzina čestica, što česticama olakšava difuziju iz područja visoke koncentracije u područja niske koncentracije.
(2) Kristalna struktura
Mehanizam atomske difuzije opisan u atomskoj teoriji uglavnom uključuje difuziju praznina, difuziju u prazninama ili difuziju izmjene. Bez obzira na to koji mehanizam difuzije atomi koriste za difuziju, njihove putanje difuzije moraju proći kroz čvorove ili praznine rešetke. Na originalnu kompletnu kristalnu strukturu uvelike utiču kristalna struktura i tip kristala zbog distorzije rešetke uzrokovane heterogenim atomima.
(3) Defekt kristala
Defekti kristalne strukture mogu se podijeliti na točkaste, linijske i površinske defekte. Brzina difuzije materijala sa tačkastim defektima ima promotivni efekat, dok je uticaj linijskih i površinskih defekata na difuziju složeniji. Različite vrste i količine defekata mogu imati različite utjecaje na proces difuzije.
(4) Pritisak/Pritisak
Kako pritisak raste, prosječni razmak između čestica se smanjuje i njihove interakcije postaju jače. Olakšava prelazak česticama iz područja visoke koncentracije u područja niske koncentracije, čime se povećava brzina difuzije.
