1. Mécanisme de liaison d'interface de la plaque composite titane/acier
La liaison d'interface entre des matériaux métalliques hétérogènes peut être divisée en trois types : liaison physique, liaison chimique et liaison mécanique. Les forces de Van der Waals, les liaisons hydrogène et autres liaisons physiques se trouvent couramment dans les matériaux composites à base de polymères. La liaison chimique fait référence à l'interaction et à la réaction chimique entre deux matériaux dans des conditions de traitement spécifiques, entraînant la formation d'une liaison chimique, que l'on trouve couramment dans les matériaux composites à base de métal. La force de liaison mécanique comprend principalement la force de frottement, qui est déterminée par la rugosité de la surface du matériau. Plus la rugosité de surface du métal dans les matériaux composites est élevée, plus la force de liaison mécanique est élevée. Presque tous les matériaux composites ont une force de liaison mécanique. Sur la base des trois types de combinaisons ci-dessus, les chercheurs ont proposé la théorie des matériaux composites sous plusieurs perspectives.
(1) Théorie de la diffusion
La théorie de la diffusion soutient que deux matériaux hétérogènes dégageront une énorme chaleur de déformation en raison d'un contact étroit lors d'un traitement de déformation plastique importante. Au fur et à mesure que la chaleur de déformation s'accumule progressivement, ces chaleurs de déformation stimuleront la diffusion entre différents éléments, formant ainsi une couche de liaison métallurgique.
(2) Théorie de la recristallisation
Selon la théorie de la recristallisation, les atomes hétérogènes dans la zone de contact d'interface de la plaque métallique subissent un réarrangement, se rapprochant progressivement de la constante de réseau, et les atomes métalliques sont réarrangés, entraînant la formation de grains communs sur les deux plaques métalliques. La théorie de la recristallisation n’est efficace que pour le procédé composite de tôles chaudes et ne peut expliquer le phénomène de liaison des brames métalliques à basse température.
(3) Théorie des liaisons métalliques
Lorsque des métaux de différents matériaux sont mis sous pression, ils se rapprochent progressivement et, à mesure que la distance entre les atomes diminue, de la répulsion à l'attraction, des liaisons métalliques se forment. La théorie de l'énergie qui a suivi a proposé que les atomes d'interface doivent remplir certaines conditions énergétiques pour former des liaisons métalliques, ce qui constitue un complément à la théorie des liaisons métalliques.
(4) Théorie des couches minces
Lorsque le métal subit une déformation plastique, la couche de durcissement superficielle ou la couche d'oxyde est endommagée et le métal frais est expulsé sous l'action de la force de roulement, réalisant ainsi une liaison interfaciale.
(5) Théorie des combinaisons mécaniques
La liaison dite mécanique fait référence à la connexion mutuelle entre la matrice et le corps de renfort uniquement basée sur la force de liaison mécanique. Il s'agit d'un matériau composite formé de la matrice et du corps de renfort sous l'action du frottement, mais cette forme de plaque composite ne peut supporter qu'une seule charge longitudinale.
Le mécanisme de liaison d’interface est complexe et diversifié, et le mécanisme de liaison d’interface entre différents matériaux métalliques est également différent. Il est difficile de le décrire de manière exhaustive avec un seul mécanisme composite. Dans les applications pratiques, l’interface des matériaux composites présente souvent simultanément plusieurs mécanismes de liaison différents.
La première loi de Fick peut bien décrire la diffusion en régime permanent, mais dans la plupart des cas, la diffusion appartient à la diffusion en régime non stationnaire. Dans le cas d'une diffusion instable, la concentration d'une substance varie en fonction de la distance et du temps de diffusion, et la première loi de Fick ne s'applique pas. Pour résoudre ce problème, la deuxième loi de Fick a été proposée, qui peut résoudre efficacement le problème de la diffusion instable.
Théorie atomique
La théorie atomique explique le mécanisme de diffusion. Selon la théorie atomique, trois mécanismes de diffusion peuvent être découverts : le trou, l'échange et la lacune. Les diagrammes schématiques des trois mécanismes de diffusion sont présentés dans la figure 1-5.
Mécanisme de diffusion dans les espaces cristallins : Lorsqu’il y a des atomes de petite taille dans les espaces cristallins, ces atomes peuvent diffuser dans les espaces du réseau. Au cours du processus de diffusion, les atomes diffusants se déplacent d'un espace à travers les atomes adjacents jusqu'à un autre espace du réseau, provoquant une distorsion du réseau, couramment observée dans la diffusion atomique dans les solutions solides interstitielles.
Mécanisme de diffusion d'échange : les atomes de soluté et les atomes de solvant ont des tailles similaires et réalisent une diffusion par échange de position. Ce type d'échange de position peut provoquer une distorsion importante du réseau et, en raison des différents coefficients de diffusion d'atomes différents, il est difficile d'obtenir une diffusion via le mécanisme d'échange, qui n'est applicable qu'aux atomes du même type. Son rôle dans les alliages est donc très limité.
Mécanisme de diffusion des postes vacants : Les postes vacants font référence à un défaut dans la structure cristalline qui représente la position manquante d'un atome ou d'un ion dans la structure cristalline. Le mécanisme de diffusion des lacunes fait référence à la transition et à la diffusion de particules ou de lacunes dans des matériaux solides d'un point du réseau cristallin à un autre.
2. Facteurs affectant la diffusion
Des études antérieures ont montré que des facteurs tels que la température, la pression, la structure cristalline, les défauts internes des cristaux et la composition chimique ont un impact significatif sur le taux de diffusion.
(1) Température
Lorsque la température augmente, la fréquence de collision et l'énergie entre les particules à l'intérieur de la substance augmentent, ainsi que la vitesse des particules, ce qui facilite la diffusion des particules des zones à forte concentration vers les zones à faible concentration.
(2) Structure cristalline
Le mécanisme de diffusion atomique décrit dans la théorie atomique comprend principalement la diffusion de lacunes, la diffusion par espacement ou la diffusion d'échange. Quel que soit le mécanisme de diffusion utilisé par les atomes pour la diffusion, leurs trajectoires de diffusion doivent passer par des nœuds ou des espaces du réseau. La structure cristalline complète d'origine est grandement affectée par la structure cristalline et le type de cristal en raison de la distorsion du réseau provoquée par des atomes hétérogènes.
(3) Défaut du cristal
Les défauts de structure cristalline peuvent être divisés en défauts ponctuels, linéaires et superficiels. Le taux de diffusion des matériaux à défauts ponctuels a un effet favorisant, tandis que l'influence des défauts linéaires et des défauts de surface sur la diffusion est plus complexe. Différents types et quantités de défauts peuvent avoir des impacts variables sur le processus de diffusion.
(4) Pression/Pression
À mesure que la pression augmente, l’espacement moyen entre les particules diminue et leurs interactions deviennent plus fortes. Il facilite le déplacement des particules des zones à forte concentration vers les zones à faible concentration, augmentant ainsi la vitesse de diffusion.
