1. Mecanismo de unión de interfaz de placa compuesta de titanio/acero
La unión de interfaz entre materiales metálicos heterogéneos se puede dividir en tres tipos: unión física, unión química y unión mecánica. Las fuerzas de Van der Waals, los enlaces de hidrógeno y otros enlaces físicos se encuentran comúnmente en materiales compuestos a base de polímeros. El enlace químico se refiere a la interacción y reacción química entre dos materiales en condiciones de proceso específicas, lo que da como resultado la formación de un enlace químico, que se encuentra comúnmente en materiales compuestos a base de metal. La fuerza de unión mecánica incluye principalmente la fuerza de fricción, que está determinada por la rugosidad de la superficie del material. Cuanto mayor sea la rugosidad de la superficie del metal en materiales compuestos, mayor será la fuerza de unión mecánica. Casi todos los materiales compuestos tienen fuerza de unión mecánica. Basándose en los tres tipos de combinaciones anteriores, los investigadores han propuesto la teoría de los materiales compuestos desde múltiples perspectivas.
(1) Teoría de la difusión
La teoría de la difusión sostiene que dos materiales heterogéneos liberarán un enorme calor de deformación debido al estrecho contacto durante el procesamiento de grandes deformaciones plásticas. A medida que el calor de deformación se acumula gradualmente, estos calores de deformación estimularán la difusión entre diferentes elementos, formando así una capa de unión metalúrgica.
(2) Teoría de la recristalización
Según la teoría de la recristalización, los átomos heterogéneos en el área de contacto de la interfaz de la placa metálica se reorganizan, acercándose gradualmente a la constante de red, y los átomos metálicos se reorganizan, lo que da como resultado la formación de granos comunes en las dos placas metálicas. La teoría de la recristalización sólo es eficaz para el proceso compuesto de láminas de metal calientes y no puede explicar el fenómeno de unión de losas de metal a bajas temperaturas.
(3) Teoría del enlace metálico
Cuando se presurizan metales de diferentes materiales, se acercan gradualmente entre sí y, a medida que disminuye la distancia entre los átomos, de la repulsión a la atracción, se forman enlaces metálicos. La teoría de la energía posterior propuso que los átomos de la interfaz deben cumplir ciertas condiciones energéticas para formar enlaces metálicos, lo cual es un complemento a la teoría de los enlaces metálicos.
(4) Teoría de la película delgada
Cuando el metal sufre deformación plástica, la capa de endurecimiento de la superficie o la capa de óxido se daña y el metal fresco se exprime bajo la acción de la fuerza de rodadura, logrando la unión interfacial.
(5) Teoría de la combinación mecánica
La denominada unión mecánica se refiere a la conexión mutua entre la matriz y el cuerpo de refuerzo basándose únicamente en la fuerza de unión mecánica. Es un material compuesto formado por la matriz y el cuerpo de refuerzo bajo la acción de la fricción, pero esta forma de placa compuesta sólo puede soportar una única carga longitudinal.
El mecanismo de unión de la interfaz es complejo y diverso, y el mecanismo de unión de la interfaz entre diferentes materiales metálicos también es diferente. Es difícil describirlo de manera integral con un único mecanismo compuesto. En aplicaciones prácticas, la interfaz de los materiales compuestos a menudo tiene múltiples mecanismos de unión diferentes simultáneamente.
La primera ley de Fick puede describir bien la difusión en estado estacionario, pero en la mayoría de los casos, la difusión pertenece a la difusión en estado no estacionario. En el caso de difusión inestable, la concentración de una sustancia varía según la distancia y el tiempo de difusión, y no se aplica la primera ley de Fick. Para abordar este problema, se propuso la Segunda Ley de Fick, que puede resolver eficazmente el problema de la difusión inestable.
teoría atómica
La teoría atómica explica el mecanismo de difusión. Según la teoría atómica, se pueden descubrir tres mecanismos de difusión: brecha, intercambio y vacancia. Los diagramas esquemáticos de los tres mecanismos de difusión se muestran en la Figura 1-5.
Mecanismo de difusión por huecos: cuando hay átomos de pequeño tamaño en los huecos del cristal, estos átomos pueden difundirse en los huecos de la red. En el proceso de difusión, los átomos en difusión se mueven de un espacio a través de átomos adyacentes a otro espacio de la red, lo que provoca una distorsión de la red, que se observa comúnmente en la difusión atómica en soluciones sólidas intersticiales.
Mecanismo de difusión por intercambio: los átomos del soluto y los átomos del disolvente tienen tamaños similares y logran la difusión mediante el intercambio de posiciones. Este tipo de intercambio posicional puede causar una distorsión significativa de la red y, debido a los diferentes coeficientes de difusión de átomos diferentes, es difícil lograr la difusión a través del mecanismo de intercambio, que solo es aplicable a átomos del mismo tipo. Por tanto, su papel en las aleaciones es muy limitado.
Mecanismo de difusión de vacantes: la vacante se refiere a un defecto en la estructura cristalina que representa la posición faltante de un átomo o ion en la estructura cristalina. El mecanismo de difusión de vacantes se refiere a la transición y difusión de partículas o vacantes dentro de materiales sólidos de un punto de la red cristalina a otro.
2. Factores que afectan la difusión
Estudios anteriores han demostrado que factores como la temperatura, la presión, la estructura cristalina, los defectos internos de los cristales y la composición química tienen un impacto significativo en la velocidad de difusión.
(1) Temperatura
Cuando la temperatura aumenta, la frecuencia de colisión y la energía entre las partículas dentro de la sustancia aumentan, y la velocidad de las partículas también aumenta, lo que facilita que las partículas se difundan desde áreas de alta concentración a áreas de baja concentración.
(2) Estructura cristalina
El mecanismo de difusión atómica descrito en la teoría atómica incluye principalmente la difusión por vacantes, la difusión por huecos o la difusión por intercambio. Independientemente del mecanismo de difusión que utilicen los átomos para la difusión, sus trayectorias de difusión deben pasar a través de nodos o espacios de la red. La estructura cristalina completa original se ve muy afectada por la estructura cristalina y el tipo de cristal debido a la distorsión de la red causada por átomos heterogéneos.
(3) defecto del cristal
Los defectos de la estructura cristalina se pueden dividir en defectos puntuales, lineales y superficiales. La velocidad de difusión de los materiales con defectos puntuales tiene un efecto promotor, mientras que la influencia de los defectos lineales y superficiales en la difusión es más compleja. Diferentes tipos y cantidades de defectos pueden tener diferentes impactos en el proceso de difusión.
(4) Presión/Presión
A medida que aumenta la presión, el espacio promedio entre partículas disminuye y sus interacciones se vuelven más fuertes. Facilita que las partículas se muevan desde áreas de alta concentración a áreas de baja concentración, aumentando así la velocidad de difusión.
