1. กลไกการประสานส่วนต่อประสานของแผ่นคอมโพสิตไทเทเนียม/เหล็ก
การเชื่อมส่วนต่อประสานระหว่างวัสดุโลหะที่ต่างกันสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท: พันธะทางกายภาพ พันธะเคมี และพันธะทางกล แรง Van der Waals พันธะไฮโดรเจน และพันธะกายภาพอื่นๆ มักพบในวัสดุผสมที่ทำจากโพลีเมอร์ พันธะเคมีหมายถึงปฏิกิริยาและปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างวัสดุสองชนิดภายใต้สภาวะกระบวนการเฉพาะ ซึ่งส่งผลให้เกิดพันธะเคมี ซึ่งมักพบในวัสดุผสมที่ทำจากโลหะ แรงยึดเหนี่ยวทางกลส่วนใหญ่ประกอบด้วยแรงเสียดทาน ซึ่งกำหนดโดยความหยาบผิวของวัสดุ ยิ่งความหยาบผิวของโลหะในวัสดุคอมโพสิตสูงเท่าใด แรงยึดเหนี่ยวทางกลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น วัสดุคอมโพสิตเกือบทั้งหมดมีแรงยึดเหนี่ยวทางกล จากการผสมผสานสามประเภทข้างต้น นักวิจัยได้เสนอทฤษฎีคอมโพสิตวัสดุคอมโพสิตจากหลายมุมมอง
(1) ทฤษฎีการแพร่กระจาย
ทฤษฎีการแพร่กระจายเชื่อว่าวัสดุที่ต่างกันสองชนิดจะปล่อยความร้อนจากการเสียรูปมหาศาลเนื่องจากการสัมผัสใกล้ชิดระหว่างกระบวนการเปลี่ยนรูปพลาสติกขนาดใหญ่ เมื่อความร้อนจากการเปลี่ยนรูปค่อยๆ สะสม ความร้อนจากการเปลี่ยนรูปเหล่านี้จะกระตุ้นการแพร่กระจายระหว่างองค์ประกอบต่างๆ ซึ่งทำให้เกิดชั้นพันธะทางโลหะวิทยา
(2) ทฤษฎีการตกผลึกซ้ำ
ตามทฤษฎีการตกผลึกใหม่ อะตอมที่ต่างกันในพื้นที่สัมผัสส่วนต่อประสานของแผ่นโลหะจะได้รับการจัดเรียงใหม่ โดยค่อยๆ เข้าใกล้ค่าคงที่ของโครงตาข่าย และอะตอมของโลหะจะถูกจัดเรียงใหม่ ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเกรนทั่วไปบนแผ่นโลหะทั้งสอง ทฤษฎีการตกผลึกใหม่มีผลเฉพาะกับกระบวนการคอมโพสิตของแผ่นโลหะร้อนเท่านั้น และไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์การยึดเกาะของแผ่นโลหะที่อุณหภูมิต่ำได้
(3) ทฤษฎีพันธะโลหะ
เมื่อโลหะของวัสดุต่างกันได้รับแรงดัน พวกมันจะค่อยๆ เข้าใกล้กัน และเมื่อระยะห่างระหว่างอะตอมลดลง จากแรงผลักไปสู่แรงดึงดูด พันธะโลหะก็จะเกิดขึ้น ทฤษฎีพลังงานที่ตามมาเสนอว่าอะตอมส่วนต่อประสานต้องเป็นไปตามสภาวะพลังงานบางประการเพื่อสร้างพันธะโลหะ ซึ่งเป็นส่วนเสริมของทฤษฎีพันธะโลหะ
(4) ทฤษฎีฟิล์มบาง
เมื่อโลหะผ่านการเสียรูปพลาสติก ชั้นชุบแข็งพื้นผิวหรือชั้นออกไซด์จะเสียหาย และโลหะสดจะถูกบีบออกภายใต้การกระทำของแรงกลิ้ง ทำให้เกิดพันธะระหว่างพื้นผิว
(5) ทฤษฎีการผสมผสานทางกล
พันธะทางกลที่เรียกว่าหมายถึงการเชื่อมต่อร่วมกันระหว่างเมทริกซ์และตัวเสริมแรงโดยอาศัยแรงพันธะทางกลเพียงอย่างเดียว เป็นวัสดุคอมโพสิตที่เกิดขึ้นจากเมทริกซ์และตัวเสริมแรงภายใต้การกระทำของแรงเสียดทาน แต่แผ่นคอมโพสิตรูปแบบนี้สามารถทนต่อการโหลดตามยาวเพียงครั้งเดียวเท่านั้น
กลไกของการเชื่อมส่วนต่อประสานมีความซับซ้อนและหลากหลาย และกลไกการเชื่อมส่วนต่อประสานระหว่างวัสดุโลหะต่างๆ ก็แตกต่างกันเช่นกัน เป็นการยากที่จะอธิบายให้ครอบคลุมด้วยกลไกประกอบเพียงกลไกเดียว ในการใช้งานจริง ส่วนต่อประสานของวัสดุคอมโพสิตมักจะมีกลไกการยึดเกาะที่แตกต่างกันหลายแบบพร้อมกัน
กฎข้อแรกของฟิคสามารถอธิบายการแพร่กระจายในสภาวะคงตัวได้ดี แต่ในกรณีส่วนใหญ่ การแพร่กระจายเป็นของการแพร่กระจายที่ไม่คงตัว ในกรณีที่การแพร่กระจายไม่คงที่ ความเข้มข้นของสารจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับระยะทางและเวลาในการแพร่กระจาย และกฎข้อแรกของ Fick จะใช้ไม่ได้ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ จึงมีการเสนอกฎข้อที่สองของ Fick ซึ่งสามารถแก้ปัญหาการแพร่กระจายที่ไม่มั่นคงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ทฤษฎีอะตอม
ทฤษฎีอะตอมอธิบายกลไกการแพร่กระจาย ตามทฤษฎีอะตอม กลไกการแพร่กระจายสามารถค้นพบได้สามกลไก: ช่องว่าง การแลกเปลี่ยน และช่องว่าง แผนผังของกลไกการแพร่กระจายทั้งสามแสดงไว้ในรูปที่ 1-5
กลไกการแพร่กระจายของช่องว่าง: เมื่อมีอะตอมขนาดเล็กอยู่ในช่องว่างของคริสตัล อะตอมเหล่านี้สามารถแพร่กระจายในช่องว่างของโครงตาข่ายได้ ในกระบวนการแพร่กระจาย อะตอมที่แพร่กระจายจะเคลื่อนที่จากช่องว่างหนึ่งผ่านอะตอมที่อยู่ติดกันไปยังช่องว่างขัดแตะอีกช่องหนึ่ง ทำให้เกิดการบิดเบี้ยวของโครงตาข่าย ซึ่งมักพบเห็นได้ทั่วไปในการแพร่กระจายของอะตอมในสารละลายของแข็งคั่นระหว่างหน้า
กลไกการแพร่กระจายของการแลกเปลี่ยน: อะตอมของตัวถูกละลายและอะตอมของตัวทำละลายมีขนาดใกล้เคียงกันและเกิดการแพร่กระจายผ่านการแลกเปลี่ยนตำแหน่ง การแลกเปลี่ยนตำแหน่งประเภทนี้อาจทำให้เกิดความผิดเพี้ยนของโครงตาข่ายอย่างมีนัยสำคัญ และเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของอะตอมที่ไม่เหมือนกันที่แตกต่างกัน จึงเป็นเรื่องยากที่จะทำให้เกิดการแพร่กระจายผ่านกลไกการแลกเปลี่ยน ซึ่งใช้ได้เฉพาะกับอะตอมประเภทเดียวกันเท่านั้น ดังนั้นบทบาทของมันในโลหะผสมจึงมีจำกัดมาก
กลไกการแพร่กระจายของตำแหน่งว่าง: ตำแหน่งว่างหมายถึงข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึกที่แสดงถึงตำแหน่งที่ขาดหายไปของอะตอมหรือไอออนในโครงสร้างผลึก กลไกการแพร่กระจายตำแหน่งว่างหมายถึงการเปลี่ยนผ่านและการแพร่กระจายของอนุภาคหรือตำแหน่งว่างภายในวัสดุแข็งจากจุดขัดแตะคริสตัลจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง
2. ปัจจัยที่มีผลต่อการแพร่กระจาย
การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่าปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความดัน/ความดัน โครงสร้างผลึก ข้อบกพร่องภายในของผลึก และองค์ประกอบทางเคมี มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่ออัตราการแพร่กระจาย
(1) อุณหภูมิ
เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความถี่ในการชนและพลังงานระหว่างอนุภาคภายในสารจะเพิ่มขึ้น และความเร็วของอนุภาคก็เพิ่มขึ้นด้วย ซึ่งทำให้อนุภาคกระจายจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำได้ง่ายขึ้น
(2) โครงสร้างคริสตัล
กลไกการแพร่กระจายของอะตอมที่อธิบายไว้ในทฤษฎีอะตอมส่วนใหญ่ประกอบด้วยการแพร่กระจายของตำแหน่งว่าง การแพร่กระจายของช่องว่าง หรือการแพร่กระจายของการแลกเปลี่ยน ไม่ว่าอะตอมของกลไกการแพร่กระจายจะใช้สำหรับการแพร่แบบใด วิถีการแพร่กระจายของพวกมันจะต้องผ่านโหนดขัดแตะหรือช่องว่างขัดแตะ โครงสร้างผลึกที่สมบูรณ์ดั้งเดิมได้รับผลกระทบอย่างมากจากโครงสร้างผลึกและประเภทของผลึก เนื่องจากการบิดเบือนของโครงตาข่ายที่เกิดจากอะตอมที่ต่างกัน
(3) ข้อบกพร่องของคริสตัล
ข้อบกพร่องของโครงสร้างผลึกสามารถแบ่งออกเป็นข้อบกพร่องแบบจุด เส้น และพื้นผิว อัตราการแพร่กระจายของวัสดุที่มีข้อบกพร่องเฉพาะจุดมีผลส่งเสริม ในขณะที่อิทธิพลของข้อบกพร่องในเส้นและข้อบกพร่องที่พื้นผิวต่อการแพร่กระจายมีความซับซ้อนมากขึ้น ข้อบกพร่องประเภทและปริมาณที่แตกต่างกันอาจมีผลกระทบต่อกระบวนการแพร่กระจายที่แตกต่างกันไป
(4) ความดัน/ความดัน
เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอนุภาคจะลดลง และปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคจะรุนแรงขึ้น ช่วยให้อนุภาคเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำได้ง่ายขึ้น ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความเร็วของการแพร่กระจาย
