1. آلية ربط الواجهة للوحة المركبة من التيتانيوم/الصلب
يمكن تقسيم الروابط البينية بين المواد المعدنية غير المتجانسة إلى ثلاثة أنواع: الروابط الفيزيائية، والروابط الكيميائية، والروابط الميكانيكية. توجد قوى فان دير فالس والروابط الهيدروجينية والروابط الفيزيائية الأخرى بشكل شائع في المواد المركبة القائمة على البوليمر. يشير الترابط الكيميائي إلى التفاعل والتفاعل الكيميائي بين مادتين في ظل ظروف عملية محددة، مما يؤدي إلى تكوين رابطة كيميائية، توجد عادة في المواد المركبة ذات الأساس المعدني. تشتمل قوة الربط الميكانيكية بشكل أساسي على قوة الاحتكاك، والتي يتم تحديدها من خلال خشونة سطح المادة. كلما زادت خشونة سطح المعدن في المواد المركبة، زادت قوة الترابط الميكانيكية. تتمتع جميع المواد المركبة تقريبًا بقوة ربط ميكانيكية. بناءً على الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه من المجموعات، اقترح الباحثون نظرية المواد المركبة من وجهات نظر متعددة.
(1) نظرية الانتشار
تنص نظرية الانتشار على أن مادتين غير متجانستين ستطلقان حرارة تشوه هائلة بسبب الاتصال الوثيق أثناء معالجة تشوه البلاستيك الكبير. ومع تراكم حرارة التشوه تدريجيًا، فإن حرارة التشوه هذه ستحفز الانتشار بين العناصر المختلفة، وبالتالي تشكل طبقة ربط معدنية.
(2) نظرية إعادة البلورة
وفقًا لنظرية إعادة التبلور، فإن الذرات غير المتجانسة في منطقة التلامس البينية للوحة المعدنية تخضع لإعادة ترتيب، وتقترب تدريجيًا من ثابت الشبكة، ويتم إعادة ترتيب ذرات المعدن، مما يؤدي إلى تكوين حبيبات مشتركة على اللوحين المعدنيين. تعتبر نظرية إعادة البلورة فعالة فقط في العملية المركبة للصفائح المعدنية الساخنة ولا يمكنها تفسير ظاهرة الترابط للألواح المعدنية عند درجات حرارة منخفضة.
(3) نظرية السندات المعدنية
عندما يتم ضغط معادن المواد المختلفة، فإنها تقترب من بعضها البعض تدريجياً، ومع تناقص المسافة بين الذرات، من التنافر إلى التجاذب، تتشكل روابط معدنية. اقترحت نظرية الطاقة اللاحقة أن ذرات الواجهة يجب أن تلبي ظروف طاقة معينة لتكوين روابط معدنية، وهو ما يعد مكملاً لنظرية الروابط المعدنية.
(4) نظرية الأغشية الرقيقة
عندما يخضع المعدن للتشوه البلاستيكي، فإن طبقة تصلب السطح أو طبقة الأكسيد تتضرر، ويتم ضغط المعدن الطازج تحت تأثير قوة التدحرج، مما يحقق الترابط بين السطح.
(5) نظرية التركيب الميكانيكي
يشير ما يسمى بالترابط الميكانيكي إلى الاتصال المتبادل بين المصفوفة وجسم التسليح بناءً على قوة الترابط الميكانيكية فقط. إنها مادة مركبة تتكون من المصفوفة وجسم التسليح تحت تأثير الاحتكاك، ولكن هذا الشكل من اللوحة المركبة يمكنه تحمل حمل طولي واحد فقط.
آلية ربط الواجهة معقدة ومتنوعة، كما تختلف آلية ربط الواجهة بين المواد المعدنية المختلفة. من الصعب وصفها بشكل شامل باستخدام آلية مركبة واحدة. في التطبيقات العملية، غالبًا ما تحتوي واجهة المواد المركبة على آليات ربط مختلفة ومتعددة في وقت واحد.
يمكن لقانون فيك الأول أن يصف انتشار الحالة المستقرة بشكل جيد، ولكن في معظم الحالات، ينتمي الانتشار إلى انتشار الحالة غير المستقرة. في حالة الانتشار غير المستقر، يختلف تركيز المادة اعتمادًا على مسافة الانتشار والوقت، ولا ينطبق قانون فيك الأول. ولمعالجة هذه المشكلة، تم اقتراح قانون فيك الثاني، والذي يمكن أن يحل بشكل فعال مشكلة الانتشار غير المستقر
النظرية الذرية
تشرح النظرية الذرية آلية الانتشار. وفقا للنظرية الذرية، يمكن اكتشاف ثلاث آليات للانتشار: الفجوة، والتبادل، والفراغ. تظهر المخططات التخطيطية لآليات الانتشار الثلاث في الشكل 1-5.
آلية انتشار الفجوات: عند وجود ذرات صغيرة الحجم في الفجوات البلورية، يمكن لهذه الذرات أن تنتشر في فجوات الشبكة. في عملية الانتشار، تنتقل الذرات المنتشرة من فجوة واحدة عبر الذرات المجاورة إلى فجوة شبكية أخرى، مما يتسبب في تشويه الشبكة، وهو ما يُرى عادة في الانتشار الذري في المحاليل الصلبة الخلالية.
آلية نشر التبادل: الذرات المذابة وذرات المذيبات لها أحجام متشابهة وتحقق الانتشار من خلال تبادل الموضع. هذا النوع من التبادل الموضعي يمكن أن يسبب تشوهًا كبيرًا في الشبكة، ونظرًا لمعاملات الانتشار المختلفة للذرات المتباينة، فمن الصعب تحقيق الانتشار من خلال آلية التبادل، والتي تنطبق فقط على الذرات من نفس النوع. ولذلك، فإن دورها في السبائك محدود للغاية.
آلية انتشار الشغور: يشير الشغور إلى خلل في التركيب البلوري الذي يمثل الموضع المفقود للذرة أو الأيون في التركيب البلوري. تشير آلية نشر الشواغر إلى انتقال وانتشار الجزيئات أو الشواغر داخل المواد الصلبة من نقطة شبكية بلورية إلى أخرى.
2. العوامل المؤثرة على الانتشار
أظهرت الدراسات السابقة أن عوامل مثل درجة الحرارة والضغط / الضغط والتركيب البلوري والعيوب الداخلية للبلورات والتركيب الكيميائي لها تأثير كبير على معدل الانتشار
(1) درجة الحرارة
عندما ترتفع درجة الحرارة، يزداد تردد التصادم والطاقة بين الجزيئات الموجودة داخل المادة، كما تزداد سرعة الجسيمات أيضًا، مما يسهل على الجزيئات الانتشار من مناطق التركيز العالي إلى مناطق التركيز المنخفض.
(2) التركيب البلوري
تتضمن آلية الانتشار الذري الموصوفة في النظرية الذرية بشكل أساسي نشر الشواغر، أو نشر الفجوة، أو نشر التبادل. بغض النظر عن آلية الانتشار التي تستخدمها الذرات للانتشار، فإن مسارات الانتشار الخاصة بها تحتاج إلى المرور عبر العقد الشبكية أو فجوات الشبكة. يتأثر التركيب البلوري الكامل الأصلي بشكل كبير بالتركيب البلوري والنوع البلوري بسبب التشوه الشبكي الناتج عن الذرات غير المتجانسة.
(3) عيب كريستال
يمكن تقسيم عيوب البنية البلورية إلى عيوب نقطية وخطية وسطحية. إن معدل انتشار المواد المعيبة النقطية له تأثير تعزيز، في حين أن تأثير عيوب الخط والعيوب السطحية على الانتشار يكون أكثر تعقيدًا. يمكن أن يكون لأنواع وكميات العيوب المختلفة تأثيرات مختلفة على عملية الانتشار.
(4) الضغط/الضغط
ومع زيادة الضغط، يقل متوسط المسافة بين الجزيئات، وتصبح تفاعلاتها أقوى. فهو يسهل على الجزيئات الانتقال من مناطق التركيز العالي إلى مناطق التركيز المنخفض، وبالتالي زيادة سرعة الانتشار.
