1. Titán/acél kompozit lemez interfész-kötő mechanizmusa
A heterogén fémanyagok közötti határfelületi kötés három típusra osztható: fizikai kötésre, kémiai kötésre és mechanikai kötésre. Van der Waals erők, hidrogénkötések és más fizikai kötések általában megtalálhatók a polimer alapú kompozit anyagokban. A kémiai kötés két anyag közötti kölcsönhatásra és kémiai reakcióra utal, meghatározott folyamatkörülmények között, ami egy kémiai kötés kialakulását eredményezi, amely általában megtalálható a fémalapú kompozit anyagokban. A mechanikai kötőerő főként a súrlódási erőt foglalja magában, amelyet az anyag felületi érdessége határoz meg. Minél nagyobb a fém felületi érdessége a kompozit anyagokban, annál nagyobb a mechanikai kötőerő. Szinte minden kompozit anyag rendelkezik mechanikai kötőerővel. A fenti három típusú kombináció alapján a kutatók több szempontból is javasolták a kompozit anyagok kompozit elméletét.
(1) Diffúziós elmélet
A diffúziós elmélet szerint két heterogén anyag hatalmas deformációs hőt bocsát ki a nagy képlékeny deformációs feldolgozás során a szoros érintkezés következtében. Ahogy a deformációs hő fokozatosan felhalmozódik, ezek a deformációs hőek diffúziót serkentenek a különböző elemek között, ezáltal kohászati kötőréteget képeznek.
(2) Átkristályosítási elmélet
Az átkristályosítási elmélet szerint a fémlemez határfelületi érintkezési területén a heterogén atomok átrendeződésen mennek keresztül, fokozatosan megközelítve a rácsállandót, és a fématomok átrendeződnek, aminek eredményeként a két fémlemezen közös szemcsék képződnek. Az átkristályosítási elmélet csak a forró fémlemezek kompozit eljárására hatásos, és nem tudja megmagyarázni a fémlemezek kötési jelenségét alacsony hőmérsékleten.
(3) Fémkötés elmélet
Különböző anyagok fémei nyomás alá helyezésekor fokozatosan közelednek egymáshoz, és ahogy az atomok közötti távolság csökken, a taszítástól a vonzásig fémkötések jönnek létre. A későbbi energiaelmélet azt javasolta, hogy a határfelületi atomoknak meg kell felelniük bizonyos energiafeltételeknek ahhoz, hogy fémkötéseket hozhassanak létre, ami a fémkötés-elmélet kiegészítése.
(4) Vékonyréteg-elmélet
Amikor a fém plasztikus deformáción megy keresztül, a felületi keményedő réteg vagy az oxidréteg megsérül, és a friss fém kipréselődik a gördülőerő hatására, így létrejön a határfelületi kötés.
(5) Mechanikai kombináció elmélet
Az úgynevezett mechanikai kötés a mátrix és az erősítőtest közötti kölcsönös kapcsolatra utal, amely kizárólag a mechanikai kötőerőn alapul. Kompozit anyag, amelyet a mátrix és az erősítőtest súrlódás hatására alakít ki, de ez a kompozit lemezforma csak egyetlen hosszanti terhelést tud elviselni.
Az interfész kötés mechanizmusa összetett és változatos, és a különböző fémanyagok közötti interfész kötési mechanizmus is eltérő. Nehéz átfogóan leírni egyetlen összetett mechanizmussal. A gyakorlati alkalmazásokban a kompozit anyagok felülete gyakran több különböző kötési mechanizmussal rendelkezik egyidejűleg.
Fick első törvénye jól leírja az állandósult állapotú diffúziót, de a legtöbb esetben a diffúzió a nem állandósult állapotú diffúzióhoz tartozik. Instabil diffúzió esetén az anyag koncentrációja a diffúziós távolságtól és az időtől függően változik, és Fick első törvénye nem érvényesül. Ennek a problémának a megoldására javasolták Fick második törvényét, amely hatékonyan képes megoldani a bizonytalan diffúzió problémáját
Atomelmélet
Az atomelmélet megmagyarázza a diffúzió mechanizmusát. Az atomelmélet szerint három diffúziós mechanizmus fedezhető fel: rés, csere és üresedés. A három diffúziós mechanizmus sematikus diagramja a 1-5 ábrán látható.
Rések diffúziós mechanizmusa: Ha kis méretű atomok vannak a kristályrésekben, ezek az atomok diffundálhatnak a rácsrésekben. A diffúzió folyamatában a diffúziós atomok az egyik résből a szomszédos atomokon át egy másik rácsrésbe mozognak, ami rácstorzulást okoz, ami általában megfigyelhető az intersticiális szilárd oldatok atomdiffúziójában.
Csere diffúziós mechanizmus: Az oldott atomok és az oldószeratomok hasonló méretűek, és a diffúziót pozíciócserével érik el. Ez a fajta helyzetcsere jelentős rácstorzulást okozhat, és az eltérő atomok eltérő diffúziós együtthatói miatt nehéz elérni a diffúziót a cseremechanizmuson keresztül, ami csak az azonos típusú atomokra alkalmazható. Ezért szerepe az ötvözetekben nagyon korlátozott.
Az üresedés diffúziós mechanizmusa: Az üresedés a kristályszerkezet hibájára utal, amely egy atom vagy ion hiányzó helyzetét jelenti a kristályszerkezetben. Az üresedés diffúziós mechanizmusa a szilárd anyagokon belüli részecskék vagy üres helyek átmenetére és diffúziójára utal az egyik kristályrácspontból a másikba.
2. A diffúziót befolyásoló tényezők
Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy olyan tényezők, mint a hőmérséklet, nyomás/nyomás, kristályszerkezet, a kristályok belső hibái és a kémiai összetétel jelentős hatással vannak a diffúziós sebességre.
(1) Hőmérséklet
A hőmérséklet emelkedésével az anyagon belüli részecskék közötti ütközési gyakoriság és energia növekszik, valamint a részecskesebesség is nő, ami megkönnyíti a részecskék diffundálását a nagy koncentrációjú területekről az alacsony koncentrációjú területekre.
(2) Kristályszerkezet
Az atomelméletben leírt atomdiffúziós mechanizmus főleg üresedési diffúziót, rés diffúziót vagy cserediffúziót foglal magában. Függetlenül attól, hogy az atomok milyen diffúziós mechanizmust használnak a diffúzióhoz, diffúziós pályájuknak át kell haladniuk a rácscsomópontokon vagy rácsréseken. Az eredeti teljes kristályszerkezetet nagymértékben befolyásolja a kristályszerkezet és a kristálytípus a heterogén atomok okozta rácstorzulás miatt.
(3) Kristályhiba
A kristályszerkezeti hibákat pont-, vonal- és felületi hibákra oszthatjuk. A ponthibás anyagok diffúziós sebessége elősegítő hatású, míg a vonalhibák és felületi hibák hatása a diffúzióra összetettebb. A különböző típusú és mennyiségű hibák eltérő hatással lehetnek a diffúziós folyamatra.
(4) Nyomás/Nyomás
A nyomás növekedésével a részecskék közötti átlagos távolság csökken, és kölcsönhatásuk erősödik. Megkönnyíti a részecskék átjutását a nagy koncentrációjú területekről az alacsony koncentrációjú területekre, ezáltal növeli a diffúzió sebességét.
