1. מנגנון חיבור ממשק של לוח מרוכב טיטניום/פלדה
ניתן לחלק את קשר הממשק בין חומרי מתכת הטרוגניים לשלושה סוגים: קשר פיזי, קשר כימי וקשירה מכנית. כוחות ואן דר ואלס, קשרי מימן וקשרים פיזיים אחרים נמצאים בדרך כלל בחומרים מרוכבים מבוססי פולימרים. קשר כימי מתייחס לאינטראקציה והתגובה הכימית בין שני חומרים בתנאי תהליך ספציפיים, וכתוצאה מכך נוצר קשר כימי, הנמצא בדרך כלל בחומרים מרוכבים מבוססי מתכת. כוח החיבור המכני כולל בעיקר כוח חיכוך, הנקבע על ידי חספוס פני השטח של החומר. ככל שחספוס פני השטח של המתכת בחומרים מרוכבים גבוה יותר, כך גדל כוח ההתקשרות המכני. כמעט לכל החומרים המרוכבים יש כוח מליטה מכני. בהתבסס על שלושת סוגי השילובים לעיל, חוקרים הציעו תיאוריה של חומרים מרוכבים ממספר נקודות מבט.
(1) תורת הדיפוזיה
תיאוריית הדיפוזיה גורסת ששני חומרים הטרוגניים ישחררו חום דפורמציה עצום עקב מגע קרוב במהלך עיבוד דפורמציה פלסטי גדול. ככל שחום העיוות מצטבר בהדרגה, חום העיוות הללו יעורר דיפוזיה בין אלמנטים שונים, ובכך יווצר שכבת מליטה מתכתית.
(2) תורת התגבשות מחדש
על פי תיאוריית ההתגבשות מחדש, האטומים ההטרוגניים באזור מגע הממשק של לוח המתכת עוברים סידור מחדש, מתקרבים בהדרגה לקבוע הסריג, ואטומי המתכת מסודרים מחדש, וכתוצאה מכך נוצרים גרגרים משותפים על שני לוחות המתכת. תיאוריית הגיבוש מחדש יעילה רק לתהליך המרוכב של יריעות מתכת חמות ואינה יכולה להסביר את תופעת ההדבקה של לוחות מתכת בטמפרטורות נמוכות.
(3) תורת קשרי המתכת
כאשר מתכות מחומרים שונים מופעלות בלחץ, הן מתקרבות זו לזו בהדרגה, וככל שהמרחק בין האטומים פוחת, מדחייה למשיכה, נוצרים קשרי מתכת. תיאוריית האנרגיה שלאחר מכן הציעה כי אטומי ממשק חייבים לעמוד בתנאי אנרגיה מסוימים כדי ליצור קשרי מתכת, שהם השלמה לתיאוריית קשרי המתכות.
(4) תיאוריית הסרט הדק
כאשר מתכת עוברת דפורמציה פלסטית, שכבת התקשות פני השטח או שכבת התחמוצת נפגעת, ומתכת טרייה נסחטת החוצה תחת פעולת כוח הגלגול, ומשיגה הדבקה בין פנים.
(5) תורת השילוב המכני
מה שנקרא חיבור מכני מתייחס לחיבור ההדדי בין המטריצה לגוף המחזק המבוסס אך ורק על כוח חיבור מכני. זהו חומר מרוכב שנוצר על ידי המטריצה והגוף המחזק תחת פעולת החיכוך, אך צורה זו של צלחת מרוכבת יכולה לעמוד רק בעומס אורך בודד.
מנגנון החיבור הממשק מורכב ומגוון, וגם מנגנון החיבור הממשק בין חומרי מתכת שונים שונה. קשה לתאר אותו בצורה מקיפה עם מנגנון מורכב אחד. ביישומים מעשיים, לממשק של חומרים מרוכבים יש לרוב מנגנוני מליטה שונים בו-זמנית.
החוק הראשון של פיק יכול לתאר דיפוזיה במצב יציב היטב, אבל ברוב המקרים, דיפוזיה שייכת לדיפוזיה לא במצב יציב. במקרה של דיפוזיה לא יציבה, ריכוז החומר משתנה בהתאם למרחק הדיפוזיה ולזמן, והחוק הראשון של פיק אינו חל. כדי לטפל בסוגיה זו, הוצע החוק השני של פיק, שיכול לפתור ביעילות את בעיית הדיפוזיה הלא יציבה
תורת האטום
תורת האטום מסבירה את מנגנון הדיפוזיה. על פי תורת האטום, ניתן לגלות שלושה מנגנוני דיפוזיה: פער, חליפין ופנוי. התרשימים הסכמטיים של שלושת מנגנוני הדיפוזיה מוצגים באיור 1-5.
מנגנון דיפוזיה של פערים: כאשר יש אטומים קטנים במרווחי הגביש, אטומים אלו יכולים להתפזר במרווחי הסריג. בתהליך הדיפוזיה, אטומים מתפזרים עוברים מפער אחד דרך אטומים סמוכים למרווח סריג אחר, מה שגורם לעיוות סריג, הנראה בדרך כלל בדיפוזיה אטומית בתמיסות מוצקות בין-סטיות.
מנגנון דיפוזיה חילופי: לאטומים המומסים ואטומי הממס יש גדלים דומים ומשיגים דיפוזיה באמצעות חילופי מיקום. סוג זה של חילופי מיקום יכול לגרום לעיוות סריג משמעותי, ובשל מקדמי הדיפוזיה השונים של אטומים לא דומים, קשה להשיג דיפוזיה באמצעות מנגנון ההחלפה, אשר ישים רק לאטומים מאותו סוג. לכן, תפקידו בסגסוגות מוגבל מאוד.
מנגנון פיזור ריק: ריק מתייחס לפגם במבנה הגביש המייצג את המיקום החסר של אטום או יון במבנה הגבישי. מנגנון דיפוזיית הריק מתייחס למעבר ודיפוזיה של חלקיקים או מקומות פנויים בתוך חומרים מוצקים מנקודת סריג גביש אחת לאחרת.
2. גורמים המשפיעים על דיפוזיה
מחקרים קודמים הראו שלגורמים כמו טמפרטורה, לחץ/לחץ, מבנה גבישי, פגמים פנימיים של גבישים והרכב כימי יש השפעה משמעותית על קצב הדיפוזיה
(1) טמפרטורה
כאשר הטמפרטורה עולה, תדירות ההתנגשות והאנרגיה בין חלקיקים בתוך החומר עולים, וגם מהירות החלקיקים עולה, מה שמקל על התפזרות של חלקיקים מאזורי ריכוז גבוה לאזורי ריכוז נמוך.
(2) מבנה קריסטל
מנגנון הדיפוזיה האטומי המתואר בתורת האטום כולל בעיקר דיפוזיה פנויה, דיפוזיה של פערים או דיפוזיה חילופי. לא משנה באיזה מנגנון דיפוזיה משתמשים אטומים לצורך דיפוזיה, מסלולי הדיפוזיה שלהם צריכים לעבור דרך צמתי סריג או פערי סריג. מבנה הגביש המלא המקורי מושפע מאוד ממבנה הגביש ומסוג הגביש עקב עיוות הסריג הנגרם על ידי אטומים הטרוגניים.
(3) פגם קריסטל
ניתן לחלק פגמים במבנה הקריסטל לפגמים נקודתיים, קו ושטח. לקצב הדיפוזיה של חומרי פגמים נקודתיים יש אפקט מקדם, בעוד שההשפעה של פגמי קו ופגמים פני השטח על הדיפוזיה מורכבת יותר. לסוגים וכמויות שונות של פגמים יכולות להיות השפעות שונות על תהליך הדיפוזיה.
(4) לחץ/לחץ
ככל שהלחץ עולה, המרווח הממוצע בין החלקיקים יורד והאינטראקציות ביניהם מתחזקות. זה מקל על החלקיקים לעבור מאזורי ריכוז גבוה לאזורי ריכוז נמוך, ובכך להגביר את מהירות הדיפוזיה.
