ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Теория диффузионного соединения. Методы интенсификации процесса диффузионной сварки из "Диффузионная сварка разнородных материалов " При всех способах сварки без расплавления соединение образуется в результате деформационного воздействия на соединяемые материалы. В существующих гипотезах по-разному объясняется процесс формирования соединения, в частности придается неодинаковое значение влиянию реальной структуры соединяемых поверхностей. [c.7] Ученые, развивавшие пленочную гипотезу холодной сварки, полагали, что для образования соединения в процессе совместной пластической деформации необходимо лишь сблизить соединяемые поверхности, свободные от оксидных и жировых пленок, на расстояние действия межатомных сил. Они считали, что свариваемость не является свойством металла, а зависит от условий на поверхности и ею можно управлять, изменяя механические свойства поверхностных пленок в желаемом направлении. [c.7] Такой подход к схватыванию металлов в твердой фазе исключает необходимость определения термодинамических характеристик процесса образования межатомных связей и основывается на представлении о том, что возрастание термодинамической вероятности схватывания обусловлено уменьшением свободной энергии системы при исчезновении двух свободных поверхностей. Этот подход не учитывает также природу соединяемых материалов, роль структурных дефектов, энергетическое состояние атомов в процессе пластического деформирования и другие факторы. [c.7] Влияние природы соединяемых материалов на схватывание изучалось в вакууме при остаточном давлении 10 ... 10 Па. Опыты показали, что наиболее существенное влияние на схватывание металлов оказывает различие в их атомных радиусах различие только в форме и строении кристаллических решеток не сказывается на способности металлов к схватыванию. [c.7] Для интерпретации физических явлений, приводящих к схватыванию при контактировании твердых тел, предложены четыре модели, основанные на учете межфазного взаимодействия, растворения, электростатического взаимодействия и хрупкого разрушения. [c.8] Все указанные модели исходят из различных представлений о межфазной границе, но не учитывают многообразия процессов в зоне соединения при взаимодействии металлов в твердой фазе. [c.8] Модель межфазного взаимодействия, основанная на учете в энергетическом балансе исчезновения свободных поверхностей твердых тел, определяет лишь движущие силы процесса схватывания и поэтому не может быть использована для количественных оценок схватывания металлов даже с ювенильными поверхностями, атомы которых имеют ненасыщенные связи. [c.8] Модель растворения построена на термодинамических критериях смешения взаимодействующих фаз в соответствии с равновесными диаграммами состояний. Она также не позволяет установить принципиальную возможность и температурную область схватывания по следующей причине. [c.8] Известно, что процессы схватывания твердых тел происходят при взаимодействии между тонкими приповерхностными слоями, энергетические и структурные характеристики которых при любом состоянии поверхности (ювенильная, химически адсорбировавшая атомы другого вещества или покрытая слоем оксида) существенно отличны от таковых в объеме твердого тела. В связи с большим различием в электронном строении атомов, статических и динамических параметрах решетки эти приповерхностные слои на глубине дебаевского радиуса экранирования имеют принципиально другие количественные соотношения, характеризующие способность к взаимной растворимости веществ и ее предельные ограничения. [c.8] Многочисленные эксперименты показали, что схватывание возможно между материалами с весьма большой разницей в атомных радиусах, которая значительно превышает предельные значения для объема в условиях равновесия. [c.8] Согласно модели электростатического взаимодействия, основанной на учете дисперсионных сил Ван-дер-Ваальса и электростатических сил, между атомами контактирующих поверхностей не происходит обменных процессов электронного взаимодействия. Однако такой подход нельзя считать правомерным, поскольку слабые дисперсионные и электростатические силы не могут обеспечить получение соединения, прочность которого сопоставима с прочностью одного из соединяемых материалов. [c.9] Кроме того, в силу особенностей электронного строения металлов при контактировании ювенильных поверхностей невозможно представить ситуацию, при которой не произойдет образования межатомных связей. [c.9] Очевидно, что только прочные химические связи обеспечивают экспериментально наблюдаемые высокие коэффициенты адгезии между материалами различной природы. Это подтверждается сравнением коэффициентов адгезии металлов в вакууме, в химически и физически адсорбируемых газах. При испытаниях в среде химически адсорбируемых газов коэффициент адгезии резко падает. Кроме того, без образования в зоне контакта прочных химических связей невозможны дальнейшие процессы релаксационного характера, такие, как диффузия и связанные с ней рекристаллизация, образование новых фаз и др. [c.9] Модель хрупкого разрушения, предназначенная для объяснения явления схватывания, основана на учете энергии, необходимой для распространения трещины через среду, имеющую самую низкую поверхностную энергию. [c.9] Основное достоинство указанной модели в отличие от ранее рассмотренных состоит в том, что в ней прочность схватывания ассоциируется с энергией распространения трещины вдоль первоначальной плоскости контакта путем разрьша атомных связей, происходящего в результате концентрации напряжений на концах трещины. Поэтому модель хрупкого разрушения является попыткой подхода к явлению схватывания с позиций химической кинетики. [c.9] Основой рекристаллизационной гипотезы служит тот факт, что при больших деформациях температура рекристаллизации металлов может существенно снижаться. [c.9] Однако прежде чем станет возможным образование общих зерен в зоне соединения, должна сформироваться ориентированная в плоскости контакта межзеренная граница, обладающая всеми признаками, присущими границе зерна в объеме металла. Другими словами, рекристаллизационная гипотеза рассматривает процессы структурных изменений в зоне соединения после того, как завершилось схватывание контактных поверхностей. [c.10] Казаков [3] считал, что образование неразъемного соединения при температуре Т=(0,6...0,8)Т связано с процессами гетеродиффузии, протекающими в зоне контактирования соединяемых материалов. При этом предполагалось, что существует зона взаимной диффузии минимальной ширины, обеспечивающей получение высококачественного соединения. Следуя этой точке зрения, можно заключить, что увеличение ширины зоны взаимной диффузии должно сопровождаться улучшением механических свойств соединений. [c.10] Практика соединения металлов в твердом состоянии, особенно разноименных, приводит к противоположному результату, что опровергает представление о превалирующем значении гетеродиффузии в процессе образования соединения. [c.10] Диффузионные процессы, происходящие при любом способе сварки без расплавления материалов, естественно, оказывают влияние на формирование соединения, однако являются сопутствующими. [c.10] Вернуться к основной статье