1. Titano/plieno kompozicinės plokštės sąsajos sujungimo mechanizmas
Sąsajos sujungimas tarp nevienalyčių metalinių medžiagų gali būti suskirstytas į tris tipus: fizinį, cheminį ir mechaninį. Van der Waals jėgos, vandeniliniai ryšiai ir kiti fiziniai ryšiai dažniausiai randami polimerinėse kompozicinėse medžiagose. Cheminis sujungimas reiškia dviejų medžiagų sąveiką ir cheminę reakciją tam tikromis proceso sąlygomis, dėl kurių susidaro cheminis ryšys, dažniausiai randamas kompozitinėse metalo medžiagose. Mechaninė sukibimo jėga daugiausia apima trinties jėgą, kurią lemia medžiagos paviršiaus šiurkštumas. Kuo didesnis metalo paviršiaus šiurkštumas kompozitinėse medžiagose, tuo didesnė mechaninė sukibimo jėga. Beveik visos kompozitinės medžiagos turi mechaninę sukibimo jėgą. Remdamiesi pirmiau minėtais trijų tipų deriniais, mokslininkai pasiūlė sudėtinių medžiagų kompozicijos teoriją iš kelių perspektyvų.
(1) Difuzijos teorija
Difuzijos teorija teigia, kad dvi nevienalytės medžiagos išskirs didžiulę deformacijos šilumą dėl artimo kontakto didelės plastinės deformacijos apdorojimo metu. Palaipsniui kaupiantis deformacijos šilumai, šie deformacijos šilumai paskatins difuziją tarp skirtingų elementų ir taip suformuos metalurginį rišamąjį sluoksnį.
(2) Rekristalizacijos teorija
Remiantis perkristalizacijos teorija, metalinės plokštės sąsajos kontaktinėje srityje heterogeniniai atomai persitvarko, palaipsniui artėdami prie gardelės konstantos, o metalo atomai persirikiuoja, todėl ant dviejų metalinių plokščių susidaro bendri grūdeliai. Rekristalizavimo teorija yra veiksminga tik kompozitiniam karštų metalo lakštų procesui ir negali paaiškinti metalinių plokščių sukibimo reiškinio žemoje temperatūroje.
(3) Metalo ryšio teorija
Kai skirtingų medžiagų metalai yra spaudžiami, jie palaipsniui artėja vienas prie kito, o mažėjant atstumui tarp atomų, nuo atstūmimo iki traukos, susidaro metaliniai ryšiai. Vėlesnė energijos teorija pasiūlė, kad sąsajos atomai turi atitikti tam tikras energijos sąlygas, kad susidarytų metaliniai ryšiai, o tai papildo metalų jungčių teoriją.
(4) Plonosios plėvelės teorija
Kai metalas patiria plastinę deformaciją, pažeidžiamas paviršiaus kietėjantis sluoksnis arba oksido sluoksnis, o veikiant riedėjimo jėgai išspaudžiamas šviežias metalas, taip pasiekiamas paviršinis sukibimas.
(5) Mechaninių derinių teorija
Vadinamasis mechaninis sujungimas reiškia abipusį matricos ir armuojančio korpuso ryšį, pagrįstą tik mechanine surišimo jėga. Tai kompozicinė medžiaga, kurią sudaro matrica ir armatūros korpusas veikiant trinčiai, tačiau šios formos kompozicinė plokštė gali atlaikyti tik vieną išilginę apkrovą.
Sąsajos sujungimo mechanizmas yra sudėtingas ir įvairus, o skirtingų metalinių medžiagų sąsajos sujungimo mechanizmas taip pat skiriasi. Sunku jį visapusiškai apibūdinti naudojant vieną sudėtinį mechanizmą. Praktikoje kompozitinių medžiagų sąsaja dažnai turi kelis skirtingus sujungimo mechanizmus vienu metu.
Pirmasis Ficko dėsnis gali gerai apibūdinti pastovią difuziją, tačiau daugeliu atvejų difuzija priklauso nepastovios būsenos difuzijai. Nestovios difuzijos atveju medžiagos koncentracija kinta priklausomai nuo difuzijos atstumo ir laiko, o pirmasis Ficko dėsnis netaikomas. Siekiant išspręsti šią problemą, buvo pasiūlytas antrasis Ficko įstatymas, kuris gali veiksmingai išspręsti netolygios sklaidos problemą
Atominė teorija
Atominė teorija paaiškina difuzijos mechanizmą. Pagal atominę teoriją galima atrasti tris difuzijos mechanizmus: tarpą, mainus ir vakansiją. Trijų difuzijos mechanizmų scheminės diagramos parodytos 1-5 paveiksle.
Tarpų difuzijos mechanizmas: kai kristalų tarpuose yra mažo dydžio atomų, šie atomai gali išsisklaidyti gardelės tarpuose. Difuzijos procese difuzuojantys atomai juda iš vieno tarpo per gretimus atomus į kitą gardelės tarpą, sukeldami gardelės iškraipymą, dažniausiai pastebimą atomų difuzijoje kietuose intersticiniuose tirpaluose.
Keitimosi difuzijos mechanizmas: tirpių atomų ir tirpiklių atomai yra panašaus dydžio ir difuzija pasiekiama keičiantis padėtimi. Šio tipo padėties mainai gali sukelti reikšmingą gardelės iškraipymą, o dėl skirtingų skirtingų atomų difuzijos koeficientų sunku pasiekti difuziją per mainų mechanizmą, kuris taikomas tik to paties tipo atomams. Todėl jo vaidmuo lydiniuose yra labai ribotas.
Vakansijos difuzijos mechanizmas: vakansija reiškia kristalų struktūros defektą, kuris rodo trūkstamą atomo ar jono padėtį kristalų struktūroje. Laisvų darbo vietų difuzijos mechanizmas reiškia dalelių arba laisvų vietų perėjimą ir sklaidą kietose medžiagose iš vieno kristalinės gardelės taško į kitą.
2. Difuzijai įtaką darantys veiksniai
Ankstesni tyrimai parodė, kad tokie veiksniai kaip temperatūra, slėgis / slėgis, kristalų struktūra, vidiniai kristalų defektai ir cheminė sudėtis turi didelę įtaką difuzijos greičiui.
(1) Temperatūra
Kylant temperatūrai, padidėja susidūrimo dažnis ir energija tarp dalelių medžiagos viduje, taip pat didėja ir dalelių greitis, todėl dalelėms lengviau sklisti iš didelės koncentracijos zonų į mažos koncentracijos sritis.
(2) Kristalinė struktūra
Atomų teorijoje aprašytas atomų difuzijos mechanizmas daugiausia apima laisvų vietų difuziją, tarpų difuziją arba mainų difuziją. Nepriklausomai nuo to, kokį difuzijos mechanizmą atomai naudoja difuzijai, jų difuzijos trajektorijos turi eiti per gardelės mazgus arba gardelės tarpus. Originalią pilną kristalų struktūrą labai paveikia kristalų struktūra ir kristalų tipas dėl gardelės iškraipymo, kurį sukelia nevienalyčiai atomai.
(3) Kristalo defektas
Kristalinės struktūros defektai gali būti skirstomi į taškinius, linijinius ir paviršiaus defektus. Taškinių defektų medžiagų difuzijos greitis turi skatinantį poveikį, o linijų defektų ir paviršiaus defektų įtaka difuzijai yra sudėtingesnė. Skirtingi defektų tipai ir kiekiai gali turėti skirtingą poveikį difuzijos procesui.
(4) Slėgis/slėgis
Didėjant slėgiui, vidutinis atstumas tarp dalelių mažėja, o jų sąveika stiprėja. Tai palengvina dalelių judėjimą iš didelės koncentracijos zonų į mažos koncentracijos sritis ir taip padidina difuzijos greitį.
