Соединение металлов в твердой фазе

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Соединение металлов в твердой фазе

Значение этих процессов резко возросло в последние годы в связи с успешным развитием ряда способов сварки давлением, существенно снижающих неблагоприятное высокотемпературное воздействие на материалы [1, 2]
...
Наличие литой структуры, сильное развитие рекристаллизационных процессов, неблагоприятные условия фазовых превращений при сварке плавлением, как правило, приводят к потере этих свойств, а в ряде случаев к необратимым их изменениям
...
Особенно большие затруднения возникают при использовании сварки плавлением для соединения разнородных по своим физико-химическим свойствам материалов в связи с невозможностью ограничения процессов взаимной диффузии, приводящих к развитию химической неоднородности и появлению хрупких промежуточных фаз и соединений
...
Значение этих процессов резко возросло в последние годы в связи с успешным развитием ряда способов сварки давлением, существенно снижающих неблагоприятное высокотемпературное воздействие на материалы [1, 2]
...
Наличие литой структуры, сильное развитие рекристаллизационных процессов, неблагоприятные условия фазовых превращений при сварке плавлением, как правило, приводят к потере этих свойств, а в ряде случаев к необратимым их изменениям
...
Особенно большие затруднения возникают при использовании сварки плавлением для соединения разнородных по своим физико-химическим свойствам материалов в связи с невозможностью ограничения процессов взаимной диффузии, приводящих к развитию химической неоднородности и появлению хрупких промежуточных фаз и соединений
...
Значение этих процессов резко возросло в последние годы в связи с успешным развитием ряда способов сварки давлением, существенно снижающих неблагоприятное высокотемпературное воздействие на материалы [1, 2]
...
Наличие литой структуры, сильное развитие рекристаллизационных процессов, неблагоприятные условия фазовых превращений при сварке плавлением, как правило, приводят к потере этих свойств, а в ряде случаев к необратимым их изменениям
...
Особенно большие затруднения возникают при использовании сварки плавлением для соединения разнородных по своим физико-химическим свойствам материалов в связи с невозможностью ограничения процессов взаимной диффузии, приводящих к развитию химической неоднородности и появлению хрупких промежуточных фаз и соединений
...
Значение этих процессов резко возросло в последние годы в связи с успешным развитием ряда способов сварки давлением, существенно снижающих неблагоприятное высокотемпературное воздействие на материалы [1, 2]
...
Наличие литой структуры, сильное развитие рекристаллизационных процессов, неблагоприятные условия фазовых превращений при сварке плавлением, как правило, приводят к потере этих свойств, а в ряде случаев к необратимым их изменениям
...
Особенно большие затруднения возникают при использовании сварки плавлением для соединения разнородных по своим физико-химическим свойствам материалов в связи с невозможностью ограничения процессов взаимной диффузии, приводящих к развитию химической неоднородности и появлению хрупких промежуточных фаз и соединений
...
Айнбиндер с сотрудниками [4—10], развивая пленочную гипотезу холодной сварки, исходят из предположения, что для образования соединения в процессе совместной пластической деформации необходимо лишь сблизить соединяемые поверхности, свободные от окисных и жировых пленок, на расстояние действия межатомных сил
...
Авторы этой гипотезы считают, что «свариваемость не есть свойство металла, а зависит от условий на поверхности; ею можно управлять, изменяя механические свойства поверхностных пленок в желаемом направлении» [7]
...
Такой подход к схватыванию металлов в твердой фазе исключает необходимость определения термодинамической разрешенное™ процесса образования межатомных связей и основывается на представлении о том, что термодинамическая вероятность схватывания обусловлена уменьшением свободной энергии системы при исчезновении двух свободных поверхностей
...
Такой подход не учитывает также природы соединяемых материалов, роли структурных дефектов, энергетического состояния атомов в процессе пластического деформирования и пр
...
Опыты показали, что наиболее существенное влияние на схватывание металлов оказывает различие в их атомных диаметрах; различие только в форме и строении кристаллических решеток не определяет способности металлов к схватыванию
...
В опытах на монокристаллах, кристаллические решетки которых различно ориентированы в плоскости контактирования, установлено также существенное влияние ориентации [13]
...
Эти данные, а также тот факт, что сваркой без расплавления можно соединять металлы с неметаллическими материалами, когда понятие ювенильной поверхности теряет смысл, говорят о том, что пленочная гипотеза не может объяснить всех экспериментально наблюдаемых явлений и, следовательно, не может быть принята в качестве основы при разработке теории процесса
...
Келлер [14] предложил четыре модели, основанные на учете межфазного взаимодействия, растворения, электростатического взаимодействия и хрупкого разрушения
...
Все указанные модели исходят из различных представлений о межфазной границе, но не учитывают многообразие процессов в зоне соединения при взаимодействии металлов в твердой фазе
...
Известно, что процессы схватывания твердых тел происходят при взаимодействии между тонкими приповерхностными слоями, которые по своим энергетическим и структурным характеристикам при любом состоянии поверхности (ювенильная, химически адсорбировавшая атомы другого вещества или покрыта слоем окисла) существенно отличны от объема твердого тела
...
В связи с большой разницей в атомно-электронной структуре и статических и динамических параметрах решетки эти приповерхностные слои на глубине дебаевского радиуса экранирования имеют принципиально другие количественные соотношения, обусловливающие способность к взаимной растворимости и ее предельные ограничения
...
Многочисленные эксперименты показывают, что схватывание возможно между'материалами с весьма большой разницей в атомных радиусах, которая значительно превышает предельные значения для объема в условиях равновесия
...
В частности, ниже будет показано, что при взаимодействии металлических поверхностей, покрытых химически адсорбированным кислородом для пары Си + Мо (которая по равновесной диаграмме состояния является несме-шиваемой) с учетом изобарно-изотермических потенциалов комплексов хемосорбции на указанных металлах, образование металлических связей является термодинамически разрешенным процессом
...
Такое предположение необоснованно, так как слабые дисперсионные и электростатические силы не могут обеспечить получение соединения, прочность которого сопоставима с прочностью одного из соединяемых материалов
...
Кроме того, в силу особенностей электронного строения металлов при контактировании юве-нильных поверхностей невозможно представить ситуацию, при которой образование межатомных связей не произойдет
...
Известно, что процессы схватывания твердых тел происходят при взаимодействии между тонкими приповерхностными слоями, которые по своим энергетическим и структурным характеристикам при любом состоянии поверхности (ювенильная, химически адсорбировавшая атомы другого вещества или покрыта слоем окисла) существенно отличны от объема твердого тела
...
Это подтверждается сравнением коэффициентов адгезии металлов в вакууме, в химически адсорбируемых и физически адсорбируемых газах (все прочие условия эксперимента оставались постоянными)
...
Кроме того, без образования в зоне контакта прочных химических связей невозможны дальнейшие процессы релаксационного характера типа диффузии и связанных с нею рекристаллизации, образования новых фаз и др
...
Основное достоинство указанной модели в отличие от ранее рассмотренных состоит в том, что в ней величина прочности при схватывании ассоциируется с энергией распространения трещины вдоль первоначальной плоскости контакта путем разрыва атомных связей в результате концентрации напряжений на концах трещины
...
Парке [16], основываясь на известном факте о том, что при больших деформациях температура рекристаллизации металлов может существенно снижаться, предложил рекристаллиза-ционную гипотезу, согласно которой основным процессом, определяющим образование соединения при холодной сварке, являются рекристаллизационные процессы в зоне контакта
...
Наиболее полно вопросы влияния рекристаллизации на формирование структуры соединений при сварке одноименных металлов в связи с их прочностью и пластичностью рассмотрены в работах Б
...
Однако прежде чем станет возможным образование общих зерен в зоне соединения, должна быть образована ориентированная в плоскости контакта межзеренная граница и, кроме того, она должна обладать всеми признаками, присущими границе зерна в объеме металла
...
Таким образом, рекристаллизационная гипотеза рассматривает процессы структурных изменений в зоне соединения после того, как завершилось схватывание контактных поверхностей
...
Диффузионные процессы, которые практически имеют место при всех способах сварки без расплавления, естественно, оказывают влияние на формирование соединения (при соединении некоторых пар материалов оно может быть положительным, например, при соединении одноименных металлов на стадии формирования качественного соединения), однако они являются сопутствующими
...
При низкоинтенсивных способах соединения разноименных металлов, резко отличающихся сопротивлением пластической деформации, а также одноименных металлов при Т 0,5 Гпл именно процессы активации и схватывания контактных поверхностей являются лимитирующими в общем процессе образования качественного соединения
...
Семенова [26—30], непосредственный контакт соединяемых материалов, при котором расстояние между атомами соединяемых поверхностей имеет порядок параметра кристаллической решетки, еще не достаточен для проявления схватывания
...
Для проявления схватывания необходимо, чтобы энергия атомов, находящихся в контакте объемов металла, поднялась выше какого-то, определенного для данного металла, уровня, который можно назвать «энергетическим порогом» схватывания»
...
Семенов, основываясь на теории абсолютных скоростей реакции и пользуясь понятиями активированного состояния и активного комплекса, по существу, впервые предложил рассматривать процесс образования соединения в энергетическом аспекте
...
Диффузионные процессы, которые практически имеют место при всех способах сварки без расплавления, естественно, оказывают влияние на формирование соединения (при соединении некоторых пар материалов оно может быть положительным, например, при соединении одноименных металлов на стадии формирования качественного соединения), однако они являются сопутствующими
...
При низкоинтенсивных способах соединения разноименных металлов, резко отличающихся сопротивлением пластической деформации, а также одноименных металлов при Т 0,5 Гпл именно процессы активации и схватывания контактных поверхностей являются лимитирующими в общем процессе образования качественного соединения
...
Семенова [26—30], непосредственный контакт соединяемых материалов, при котором расстояние между атомами соединяемых поверхностей имеет порядок параметра кристаллической решетки, еще не достаточен для проявления схватывания
...
Последний вариант реализуется в случае, когда материалы имеют резко отличные свойства и их сближение осуществляется за счет пластической деформации хотя бы одного из них (например, металл-полупроводник, металл-керамика и т
...
При сварке разнородных материалов на этой стадии происходит образование активных центров на поверхности более твердого из соединяемых материалов, например полупроводники или керамика
...
При сварке однородных металлов первая и вторая стадии практически сливаются в одну, так как активация обеих контактных поверхностей начинается уже в процессе их сближения при смятии отдельных микровыступов за счет совместной пластической деформации
...
В течение этой третьей стадии происходит развитие взаимодействия соединяемых материалов как в плоскости контакта с образованием прочных химических (в частном случае металлических) связей, так и в объеме зоны контакта
...
В плоскости контакта он заканчивается слиянием дискретных очагов взаимодействия, а в объеме — релаксацией напряжений (в той степени, которая необходима для сохранения образовавшихся связей)
...
Однако для обеспечения требуемой прочности соединения часто необходимо дальнейшее развитие релаксационных процессов типа рекристаллизации, а иногда и гете-родиффузии
...
При сварке разнородных материалов необходимость развития или ограничения гетеродиф-фузии определяется свойствами диффузионной зоны и образующихся в ней фаз
...
Степень необходимости развития диффузионных процессов, которые всегда сопутствуют термодеформационным воздействиям, должна рассматриваться с точки зрения упрочнения или возможного разупрочнения или охрупчивания соединения
...
Различия заключаются в кинетике протекания отдельных стадий процесса, которая определяется температурой, характером и интенсивностью деформации материалов (силового воздействия), степенью локализации деформации и особенностями развития релаксационных процессов в зоне соединения
...
Поэтому при построении моделей процесса (или его отдельных стадий) исходные предпосылки должны отражать все основные его особенности (например, способа сварки), а принимаемые допущения — быть строго оговорены и правомерны в физическом отношении
...
Степень необходимости развития диффузионных процессов, которые всегда сопутствуют термодеформационным воздействиям, должна рассматриваться с точки зрения упрочнения или возможного разупрочнения или охрупчивания соединения
...
Различия заключаются в кинетике протекания отдельных стадий процесса, которая определяется температурой, характером и интенсивностью деформации материалов (силового воздействия), степенью локализации деформации и особенностями развития релаксационных процессов в зоне соединения
...
Поэтому при построении моделей процесса (или его отдельных стадий) исходные предпосылки должны отражать все основные его особенности (например, способа сварки), а принимаемые допущения — быть строго оговорены и правомерны в физическом отношении
...
Степень необходимости развития диффузионных процессов, которые всегда сопутствуют термодеформационным воздействиям, должна рассматриваться с точки зрения упрочнения или возможного разупрочнения или охрупчивания соединения
...
Главное же заключается в том, что при таком подходе появляется возможность прогнозировать, какими явлениями заканчивается процесс образования соединения при том или ином способе сварки, т
...
И наконец, именно постадийный анализ позволяет получить уравнения, по которым можно рассчитывать параметры процесса и наметить пути совершенствования технологии соединения металлов в твердой фазе
...
Из теории абсолютных скоростей реакций известно [37], что любой протекающий во времени процесс характеризуется тем, что начальная конфигурация расположения атомов переходит в конечную через промежуточную, переходную конфигурацию, которая является критической для данного процесса и по достижении которой имеется большая вероятность завершения процесса (реакции)
...
Активированное состояние атомов или их различных сочетаний по своей сущности является одним и тем же для многих процессов, наблюдаемых в твердых телах и связанных с атомными перегруппировками
...
Однако применительно к каждому конкретному процессу необходимо правильно определять понятие активированного состояния, ибо в противном случае нельзя дать четкого объяснения энергии активации такого процесса
...
В этой связи сразу же оговорим, что в общем случае под активированным состоянием атомов соединяемых поверхностей при схватывании в твердом состоянии следует понимать неравновесное электронное динамическое состояние поверхности, без которого не может быть осуществлено схватывание в твердом состоянии между двумя стационарными системами
...
Из этого определения следует, что неравновесное динамические состояние поверхностей — это переходный этап, а схватывание — это восстановление равновесного состояния через какой-то вид неравновесного динамического состояния" поверхностей
...
Взаимодействие частиц, однако, может иметь различный характер: связь между частицами в зависимости от их природы может быть ионной, ковалентной или металлической
...
Из теории абсолютных скоростей реакций известно [37], что любой протекающий во времени процесс характеризуется тем, что начальная конфигурация расположения атомов переходит в конечную через промежуточную, переходную конфигурацию, которая является критической для данного процесса и по достижении которой имеется большая вероятность завершения процесса (реакции)
...
Активированное состояние атомов или их различных сочетаний по своей сущности является одним и тем же для многих процессов, наблюдаемых в твердых телах и связанных с атомными перегруппировками
...
Однако применительно к каждому конкретному процессу необходимо правильно определять понятие активированного состояния, ибо в противном случае нельзя дать четкого объяснения энергии активации такого процесса
...
В этой связи сразу же оговорим, что в общем случае под активированным состоянием атомов соединяемых поверхностей при схватывании в твердом состоянии следует понимать неравновесное электронное динамическое состояние поверхности, без которого не может быть осуществлено схватывание в твердом состоянии между двумя стационарными системами
...
Из этого определения следует, что неравновесное динамические состояние поверхностей — это переходный этап, а схватывание — это восстановление равновесного состояния через какой-то вид неравновесного динамического состояния" поверхностей
...
Это не относится к тем случаям, когда происходит взаимодействие нейтральных в целом электрических систем (атомов или молекул), обусловленное действием сил Ван-дер-Ваал ьса
...
Различие, по-видимому, обусловлено тем, что поверхностные атомы твердых тел при их сближении не будут образовывать между собой химические связи, если какие-то активирующие факторы не переведут их в активное состояние, т
...
Примем также, что процесс соединения осуществляется при столь низких температурах, что диффузионная подвижность атомов и вероятность термических флуктуации близки к нулю (в противном случае понятие идеального кристалла теряет физический смысл)
...
Наличие сил зеркального изображения и асимметричный характер сил притяжения, воздействию которых подвержен пограничный атом со стороны нижележащих, ставит его в условия, абсолютно отличающиеся от тех, которые характерны для атомов в глубине кристалла
...
С другой стороны, поверхностные атомы проявляют склонность к установлению дополнительных связей с атомами или молекулами другой или той же самой природы
...
Условие равновесия межатомных сил атомов такой поверхности будет обеспечиваться за счет перераспределения их электронной плотности в некоторой зоне кристалла, прилегающей к поверхности
...
Характер такого перераспределения электронной плотности трудно предопределить, однако можно предполагать, что он обеспечивает минимальную потенциальную энергию системы поверхности атомов
...
Наличие потенциального барьера на такой поверхности обусловлено действием электромагнитного поля кристаллической решетки на электронные оболочки атомов поверхности, в результате чего они
...
Это не относится к тем случаям, когда происходит взаимодействие нейтральных в целом электрических систем (атомов или молекул), обусловленное действием сил Ван-дер-Ваал ьса
...
Различие, по-видимому, обусловлено тем, что поверхностные атомы твердых тел при их сближении не будут образовывать между собой химические связи, если какие-то активирующие факторы не переведут их в активное состояние, т
...
Примем также, что процесс соединения осуществляется при столь низких температурах, что диффузионная подвижность атомов и вероятность термических флуктуации близки к нулю (в противном случае понятие идеального кристалла теряет физический смысл)
...
Высокая реакционная способность таких поверхностей объясняется тем, что энергия, необходимая для перевода таких атомов в активное состояние, благодаря их стремлению к восстановлению симметрии поля сил, составляет относительно малую величину
...
Часто наблюдаемые «самопроизвольные» процессы на таких поверхностях представляются неактивируемыми в связи с тем, что средняя полная энергия, приходящаяся на атом кристалла в условиях опыта, становится сравнимой с высотой потенциального барьера для какого-то конкретного случая перераспределения и в связи с этим осуществляется с заметной скоростью [38]
...
Образование такого типа связи, применительно к рассматриваемой модели схватывания, можно трактовать как установление физического контакта между соединяемыми поверхностями
...
Для того чтобы в точке А между атомами двух поверхностей произошли обменные процессы электронного взаимодействия, необходимо, чтобы в процессе сближения атомы были активированы
...
Если учесть, что для образования активированного состояния важно, чтобы большой запас энергии был сосредоточен на необходимой для процесса степени свободы, хотя общий запас избыточной энергии может быть и небольшим, то можно предположить, что энергия Еа, расходуемая наРис
...
Зависимость потенциальной энергии Е двух кристаллов от расстояния между ними И: Е1 — энергия ван-дер-ваальсовской связи; Е2 энергия химической (металлической) связи; Еа—энергия активации образования химической связи; £д — кажущаяся энергия активации образования химической связи при некоторых условиях опыта
...
Высокая реакционная способность таких поверхностей объясняется тем, что энергия, необходимая для перевода таких атомов в активное состояние, благодаря их стремлению к восстановлению симметрии поля сил, составляет относительно малую величину
...
Такая схема процесса наиболее вероятна при условиях, отличных от рассматриваемых (низкие температуры), ибо при относительно высоких температурах ввиду повышения среднего уровня энергии системы, процесс будет характеризоваться кажущейся энергией активации Е'а
...
Граница раздела между двумя монокристаллами исчезает, ибо между атомами соединяемых поверхностей образуются энергетические устойчивые конфигурации электронов, присущие невозбужденным атомам внутри кристалла
...
Следует отметить, что кажущаяся энергия активации образования химической (металлической) связи Е'а для рассматриваемой гипотетической модели составила бы малую величину
...
Энергия, выделяющаяся при слиянии двух поверхностей, может даже превосходить энергию, необходимую для активации процессов химического взаимодействия, в связи с чем процесс представляется протекающим самопроизвольно, на что указывают некоторые исследователи [40]
...
Для упрощения задачи рассмотрим вначале процесс соединения двух кристаллов, поверхности которых также атомно гладки, а кристаллические решетки полностью когерентны
...
Основным отличием такой поверхности от идеализированной будем считать наличие на ней моноатомного химически адсорбированного слоя окружающей среды, например кислорода
...
Такой анализ должен сводиться к выяснению природы связи в хемосорбированном слое, внутренняя поверхность которого состоит из атомов металла, а внешняя — из атомов кислорода, и к определению энергии такой связи
...
Такая схема процесса наиболее вероятна при условиях, отличных от рассматриваемых (низкие температуры), ибо при относительно высоких температурах ввиду повышения среднего уровня энергии системы, процесс будет характеризоваться кажущейся энергией активации Е'а
...
Граница раздела между двумя монокристаллами исчезает, ибо между атомами соединяемых поверхностей образуются энергетические устойчивые конфигурации электронов, присущие невозбужденным атомам внутри кристалла
...
Следует отметить, что кажущаяся энергия активации образования химической (металлической) связи Е'а для рассматриваемой гипотетической модели составила бы малую величину
...
Зависимость потенциальной энергии частиц от расстояния междуними в случае: / _ физической адсорбции атомов кислорода с атомами металла (Ег — энергия ван-дер-ваальсовской связи Ме— О): 2 _ химической адсорбции атомов кислорода с атомами металла (в рассматриваемой модели взаимодействия каждая поверхность уже находится в состоянии, описываемом такой кривой; Ег — энергия химической связи д(е —о); 3 — химического взаимодействия атомов металла одной поверхности с атомами металла другой поверхности; Еа — энергия активации химической адсорбции атомов кислорода с атомами металла или энергия активации десорбции комплекса Ме — ской адсорбции или десорбции п; Еа — кажущаяся энергия активации химиче-[ некоторых конкретных условиях опытаизменение потенциальной энергии от расстояния описывается кривой 2 (рис
...
Рассмотрим условия, которые должны быть выполнены для того, чтобы между поверхностными атомами металла, каждый из которых продолжает оставаться связанным с атомом кислорода, произошло химическое взаимодействие — образовалась металлическая связь
...
Под активным состоянием атомов соединяемых поверхностей, валентные связи которых насыщены за счет атомов кислорода, следует понимать состояние, когда под воздействием каких-то активирующих факторов (или процессов в кристаллах, возникающих в результате действия этих факторов) в какой-то момент времени произойдет такое перераспределение электронной плотности атомов металла, которое может привести к временному ослаблению связей в комплексе химической адсорбции Ме—О
...
Пусть затем система приобретет энергию Еа (или избыточную энергию Е'а), которая будет израсходована на перераспределение электронной плотности атомов металла и кислорода, необходимое для перевода их в активное состояние
...
Зависимость потенциальной энергии частиц от расстояния междуними в случае: / _ физической адсорбции атомов кислорода с атомами металла (Ег — энергия ван-дер-ваальсовской связи Ме— О): 2 _ химической адсорбции атомов кислорода с атомами металла (в рассматриваемой модели взаимодействия каждая поверхность уже находится в состоянии, описываемом такой кривой; Ег — энергия химической связи д(е —о); 3 — химического взаимодействия атомов металла одной поверхности с атомами металла другой поверхности; Еа — энергия активации химической адсорбции атомов кислорода с атомами металла или энергия активации десорбции комплекса Ме — ской адсорбции или десорбции п; Еа — кажущаяся энергия активации химиче-[ некоторых конкретных условиях опытаизменение потенциальной энергии от расстояния описывается кривой 2 (рис
...
Рассмотрим условия, которые должны быть выполнены для того, чтобы между поверхностными атомами металла, каждый из которых продолжает оставаться связанным с атомом кислорода, произошло химическое взаимодействие — образовалась металлическая связь
...
Под активным состоянием атомов соединяемых поверхностей, валентные связи которых насыщены за счет атомов кислорода, следует понимать состояние, когда под воздействием каких-то активирующих факторов (или процессов в кристаллах, возникающих в результате действия этих факторов) в какой-то момент времени произойдет такое перераспределение электронной плотности атомов металла, которое может привести к временному ослаблению связей в комплексе химической адсорбции Ме—О
...
В рассматриваемой модели взаимодействия кристаллов с «полуреальными» поверхностями изменение потенциальной энергии слоя поверхностных атомов металла с моноатомным слоем кислорода описывается именно кривой 2
...
Таким образом, процесс схватывания двух кристаллов, поверхности которых покрыты химически адсорбированным кислородом, можно представить следующим образом
...
Энергия системы комплекса Ме—О, характеризуемая минимальным значением в точке X, при получении некоторой избыточной энергии изменяется по правой ветви кривой 2
...
Сообщаемая системе избыточная энергия расходуется на перераспределение электронной плотности в комплексе Ме—О, что физически выражается в ослаблении связей между атомами металла и кислорода
...
Когда избыточная энергия достигает значения энергии активации десорбции (в точке А), связь между атомами металла и кислорода ослабевает настолько, что возможен ее полный разрыв
...
Если разрыв связей двух индивидуальных комплексов Ме—О на каждой из соединяемых поверхностей произойдет синхронно, то, при условии удаления из зоны соединения атомарного кислорода, между атомами металла возникнет устойчивая электронная конфигурация, типичная для невозбужденных атомов в объеме кристалла
...
Согласно теории окисления для большинства металлов вначале наблюдается адсорбция (даже при низких температурах) и далее следует само окисление, скорость которого определяется значениями параметров процесса и природой металла
...
В этой связи будем различать хемосорбированный слой (как это было в случае полуреальной поверхности) и слой окисла определенного стехиометрического состава
...
Тот факт, что величина теплоты адсорбции в большой части случаев выше теплоты образования окисла, указывает на то, что связь металл— кислород, от которой зависит стабильность комплекса адсорбции, энергетически более выгодна, чем связь металл—кислород в окисле
...
Таким образом, процесс очистки металлической поверхности от окисной пленки не тождествен процессу разрыва связей (десорбции) металл—кислород в хемо-сорбированном слое, ибо диссоциация окисла энергетически более выгодна, чем разрыв связи металл—кислород
...
В этой связи термодинамические табличные данные, характеризующие условия стабильности окислов в функции температуры и давления и относящиеся к окислам, взятым в больших количествах, не могут быть применены к тонким пленкам толщиной порядка нескольких ангстрем
...
Следовательно, основным отличием рассматриваемой модели схватывания реальных поверхностей (в условиях сварки в вакууме с подогревом) от модели с «полуреальными» поверхностями является то, что реальные поверхности геометрически и атомно неоднородны
...
Очевидно, что из-за наличия микронеровностей физический контакт развивается не одновременно по всей поверхности, а постепенно на отдельных участках, где напряжение выше среднего расчетного давления
...
Площадку контакта, образованную к некоторому моменту времени после соприкосновения поверхностей за счет пластической деформации двух противолежащих микровыступов, можно рассматривать в качестве аналога сближения двух «полуреальных» поверхностей после образования между ними физического контакта
...
В этой связи условия, необходимые для образования металлических связей между атомами соединяемых поверхностей, аналогичны условиям, рассмотренным выше для19
...
Тот факт, что величина теплоты адсорбции в большой части случаев выше теплоты образования окисла, указывает на то, что связь металл— кислород, от которой зависит стабильность комплекса адсорбции, энергетически более выгодна, чем связь металл—кислород в окисле
...
Очевидно, что и в этом случае химическое взаимодействие возможно при условии разрыва связей Ме—О со стороны каждой поверхности и удалении из зоны соединения кислорода
...
Элементарными процессами, которые могут обеспечить выполнение указанного условия при соединении металлов в твердой фазе, вообще говоря, могут быть следующие
...
Следует особо подчеркнуть, что в этом случае, в зависимости от энергии и размера центра возмущения, в активированное состояние переходят не отдельные атомы, а большая их группа
...
Термические флуктуации, когда атом металла в адсорбированном комплексе Ме—0 в какой-то момент времени получит энергию, достаточную для разрыва связи с кислородом
...
Первый касается оценки энергии, необходимой для образования и движения того или иного типа дефектов, второй — оценки энергии, выносимой тем или иным типом дефекта на поверхность (т
...
При совместном воздействии температуры и давления в металле возникает пластическая деформация, скорость которой определяется плотностью потока движущихся дислокаций
...
Если остальные (п—п^) атомы рассматривать как изолированную систему, то можно говорить о том, что средний уровень их энергии на какой-то промежуток времени повысился и далее ввиду рассеивания энергии в объеме кристалла вновь достиг первоначального значения
...
Если частота выхода дислокаций (или то же, что частота появления центров возмущения) на поверхность невелика, то описанный процесс будет происходить в отдельных участках поверхности и средний уровень энергии системы поверхностных атомов сколько-нибудь существенно не повысится
...
Чем более высокий средний уровень энергии системы поверхностных атомов будет достигнут, тем меньшим значением кажущейся энергии активации будет характеризоваться рассматриваемый случай взаимодействия
...
Следует отметить, что все процессы, приводящие к активированию поверхностных атомов металла, происходят в небольшом объеме металла, прилегающем к зоне физического контакта
...
Из сказанного следует, что для образования соединения необходимо деформировать ограниченный приконтактный объем металла, однако в известных схемах сварки металлов это условие выполняется редко
...
Следует отметить, что все процессы, приводящие к активированию поверхностных атомов металла, происходят в небольшом объеме металла, прилегающем к зоне физического контакта
...
Из сказанного следует, что для образования соединения необходимо деформировать ограниченный приконтактный объем металла, однако в известных схемах сварки металлов это условие выполняется редко
...
Следует отметить, что все процессы, приводящие к активированию поверхностных атомов металла, происходят в небольшом объеме металла, прилегающем к зоне физического контакта
...
Из сказанного следует, что для образования соединения необходимо деформировать ограниченный приконтактный объем металла, однако в известных схемах сварки металлов это условие выполняется редко
...
Сказанное может быть проиллюстрировано следующей схемой:Металлы Активность растетЭта схема взаимодействия окислов с металлами находится в полном соответствии с данными работы [45], где на основе термодинамических расчетов определен аналогичный ряд активности
...
Это хорошо подтверждается экспериментальными исследованиями, которые показывают, что керамика на основе А1203 образует соединение с никелем гораздо легче, чем с танталом или ниобием
...
Последнее позволяет определить температуру начала взаимодействия, за которую принята температура, при которой сумма парциальных давлений равна давлению окружающей среды
...
Сказанное может быть проиллюстрировано следующей схемой:Металлы Активность растетЭта схема взаимодействия окислов с металлами находится в полном соответствии с данными работы [45], где на основе термодинамических расчетов определен аналогичный ряд активности
...
Это хорошо подтверждается экспериментальными исследованиями, которые показывают, что керамика на основе А1203 образует соединение с никелем гораздо легче, чем с танталом или ниобием
...
По этому методу значения Д^ооо°с Для силикатов железа, кобальта и никеля следует сопоставлять со значениями изобарно-изотермических потенциалов при той же температуре для соответствующих окислов РеО, СоО, КЮ и Си20
...
Структуру поверхности раздела между промежуточными и исходными фазами можно сравнить, например, с таковой между металлом и его окислом, хотя и в этом случае природа связей между этими фазами в настоящее время практически неизвестна [41 ]
...
Это вызывает необходимость производить термодинамический анализ возможности взаимодействия по ряду уравнений, в которых левая часть — исходные вещества, а в правой части каждого уравнения находятся разные вещества, образование которых можно предположить
...
Структуру поверхности раздела между промежуточными и исходными фазами можно сравнить, например, с таковой между металлом и его окислом, хотя и в этом случае природа связей между этими фазами в настоящее время практически неизвестна [41 ]
...
Это вызывает необходимость производить термодинамический анализ возможности взаимодействия по ряду уравнений, в которых левая часть — исходные вещества, а в правой части каждого уравнения находятся разные вещества, образование которых можно предположить
...
Структуру поверхности раздела между промежуточными и исходными фазами можно сравнить, например, с таковой между металлом и его окислом, хотя и в этом случае природа связей между этими фазами в настоящее время практически неизвестна [41 ]
...
Это вызывает необходимость производить термодинамический анализ возможности взаимодействия по ряду уравнений, в которых левая часть — исходные вещества, а в правой части каждого уравнения находятся разные вещества, образование которых можно предположить
...
Структуру поверхности раздела между промежуточными и исходными фазами можно сравнить, например, с таковой между металлом и его окислом, хотя и в этом случае природа связей между этими фазами в настоящее время практически неизвестна [41 ]
...
Это вызывает необходимость производить термодинамический анализ возможности взаимодействия по ряду уравнений, в которых левая часть — исходные вещества, а в правой части каждого уравнения находятся разные вещества, образование которых можно предположить
...
В работах [54—56] показано, что когда взаимодействие неметаллических материалов с металлами характеризуется высокими значениями изменений свободной энергии, то при невозможности прямой реакции взаимодействие возможно за счет образования твердых растворов
...
В работах [54—56] показано, что когда взаимодействие неметаллических материалов с металлами характеризуется высокими значениями изменений свободной энергии, то при невозможности прямой реакции взаимодействие возможно за счет образования твердых растворов
...
В работах [54—56] показано, что когда взаимодействие неметаллических материалов с металлами характеризуется высокими значениями изменений свободной энергии, то при невозможности прямой реакции взаимодействие возможно за счет образования твердых растворов
...
Их можно определить, если известна растворимость серы в меди минимум при двух температурах и если для этих температур можно рассчитать изменение свободной энергии образования низшего сульфида меди, находящегося в равновесии с твердым раствором серы в меди
...
Их можно определить, если известна растворимость серы в меди минимум при двух температурах и если для этих температур можно рассчитать изменение свободной энергии образования низшего сульфида меди, находящегося в равновесии с твердым раствором серы в меди
...
Следовательно, при взаимодействии наряду с твердым раствором, термодинамически возможно образование сульфида меди Си25; это означает, что термодинамический расчет по формуле (6) дает качественный результат, а количественный результат сильно занижен
...
Таким образом, для данного типа взаимодействия нельзя назвать температурный интервал или температуру начала взаимодействия по данным термодинамических расчетов
...
Причина некоторого несоответствия результатов рентгенофазового анализа расчетному уравнению (23) (а именно: обнаружение «лишней» фазы Си2п) была установлена при металлографическом исследовании сваренных образцов и прицельной рентгеносъемке диффузионной зоны на керамике
...
При сварке происходит не учитываемая уравнением (23) и не дающая вклада в образование сварного соединения диффузия ионов меди по междоузлиям (тетраэдрическим пустотам) решетки сульфида цинка с образованием твердого раствора внедрения (о чем говорит увеличение параметра кристаллической решетки сульфида цинка, определенное при послойных рентгеноструктурных исследованиях)
...
Растворение металла в керамике, которое может наблюдаться в некоторых системах (например, 2пБ—Си), следует считать побочным процессом, не связанным с формированием сварного соединения
...
Но этот процесс имеет негативную сторону, а именно нарушение атомами металла присущих керамике химических связей (особенно на границах зерен) и, как следствие, снижение прочности керамики в этой зоне
...
Причина некоторого несоответствия результатов рентгенофазового анализа расчетному уравнению (23) (а именно: обнаружение «лишней» фазы Си2п) была установлена при металлографическом исследовании сваренных образцов и прицельной рентгеносъемке диффузионной зоны на керамике
...
При сварке происходит не учитываемая уравнением (23) и не дающая вклада в образование сварного соединения диффузия ионов меди по междоузлиям (тетраэдрическим пустотам) решетки сульфида цинка с образованием твердого раствора внедрения (о чем говорит увеличение параметра кристаллической решетки сульфида цинка, определенное при послойных рентгеноструктурных исследованиях)
...
Растворение металла в керамике, которое может наблюдаться в некоторых системах (например, 2пБ—Си), следует считать побочным процессом, не связанным с формированием сварного соединения
...
Но этот процесс имеет негативную сторону, а именно нарушение атомами металла присущих керамике химических связей (особенно на границах зерен) и, как следствие, снижение прочности керамики в этой зоне
...
Термодинамически более устойчивыми являются соединения с кислородом, поэтому именно эти соединения в процессе сварки препятствуют в наибольшей степени образованию химических (металлических) связей между атомами соединяемых поверхностей
...
Для непереходных металлов с заполненным ^-уровнем адсорбированный кислород менее прочно связан с поверхностью металла и более предпочтительным является образование окисла [58]
...
В описываемой методике принято, что значения ДСпр близки к значениям изменения изобарно-изотермического потенциала испарения соответствующих металлов, так как перестройка структуры комплекса хемосорбции в структуру окисла связано с удалением избыточных атомов металла
...
Термодинамически более устойчивыми являются соединения с кислородом, поэтому именно эти соединения в процессе сварки препятствуют в наибольшей степени образованию химических (металлических) связей между атомами соединяемых поверхностей
...
Поскольку при взаимодействии атомно чистой (ювениль-ной) поверхности металла с кислородом хемосорбция является термодинамически более предпочтительным процессом, то ДСпр имеет знак плюс
...
Сопоставление прямых 3—5 и 4—6 свидетельствует о том, что хемосорбция является термодинамически более предпочтительным процессом по сравнению с образованием окислов
...
В наибольшей степени это сказывается на меди — в чисто кислородной атмосфере с низким остаточным давлением точка равновесия находится при температуре 970 К
...
Этим противоречием термодинамики и кинетики [61 ] обусловлено, очевидно, и такое явление: в соответствии с термодинамическими расчетами точка равновесия для системы №—02—О № находится при температуре 880 К, но в работе [581 методом дифракции на медленных электронах показано существование комплекса хемосорбции на никеле даже при предплавильных температурах
...
При образовании физического контакта между соединяемыми материалами в результате пластической деформации прикон-тактных областей происходит сближение поверхностей до расстояния, равного нескольким ангстремам
...
В наибольшей степени это сказывается на меди — в чисто кислородной атмосфере с низким остаточным давлением точка равновесия находится при температуре 970 К
...
Этим противоречием термодинамики и кинетики [61 ] обусловлено, очевидно, и такое явление: в соответствии с термодинамическими расчетами точка равновесия для системы №—02—О № находится при температуре 880 К, но в работе [581 методом дифракции на медленных электронах показано существование комплекса хемосорбции на никеле даже при предплавильных температурах
...
Приведенные зависимости свидетельствуют о том, что когда соединяемые материалы находятся в состоянии физического контакта, происходит сдвиг реакций восстановления в сторону более низких температур
...
Приведенные зависимости свидетельствуют о том, что когда соединяемые материалы находятся в состоянии физического контакта, происходит сдвиг реакций восстановления в сторону более низких температур
...
Он лишь показывает пути решения задач, возникающих при необходимости соединения различных сочетаний материалов, а также подчеркивает многообразие и специфику возможных задач
...
Он лишь показывает пути решения задач, возникающих при необходимости соединения различных сочетаний материалов, а также подчеркивает многообразие и специфику возможных задач
...
Он лишь показывает пути решения задач, возникающих при необходимости соединения различных сочетаний материалов, а также подчеркивает многообразие и специфику возможных задач
...
Он лишь показывает пути решения задач, возникающих при необходимости соединения различных сочетаний материалов, а также подчеркивает многообразие и специфику возможных задач
...
Он лишь показывает пути решения задач, возникающих при необходимости соединения различных сочетаний материалов, а также подчеркивает многообразие и специфику возможных задач
...
В известных работах при оценке площади физического контакта обычно исходят из моделей шероховатой поверхности, которой задают определенные физические свойства
...
Причем модель поверхности при этом задают, основываясь на данных экспериментальных исследований и допущений, поэтому получаемые аналитические выражения с достаточной точностью могут быть использованы в инженерной практике
...
В работах [63—671 экспериментально исследованы особенности образования пластического, упругого и пластического с упрочнением контакта, а также определено влияние тангенциальных перемещений и чистоты обработки соединяемых поверхностей на площадь контакта
...
На основе выполненных исследований выведены аналитические зависимости, позволяющие, в частности, учитывать влияние нагрузки и сдвига на площадь контакта
...
При этом в них рассматривается главным образом развитие контакта при способах сварки, отличающихся низкоинтенсивным силовым воздействием (диффузионная сварка, сварка давлением с подогревом, термокомпрессионная сварка)
...
В известных работах при оценке площади физического контакта обычно исходят из моделей шероховатой поверхности, которой задают определенные физические свойства
...
Причем модель поверхности при этом задают, основываясь на данных экспериментальных исследований и допущений, поэтому получаемые аналитические выражения с достаточной точностью могут быть использованы в инженерной практике
...
В работах [63—671 экспериментально исследованы особенности образования пластического, упругого и пластического с упрочнением контакта, а также определено влияние тангенциальных перемещений и чистоты обработки соединяемых поверхностей на площадь контакта
...
На основе выполненных исследований выведены аналитические зависимости, позволяющие, в частности, учитывать влияние нагрузки и сдвига на площадь контакта
...
При этом в них рассматривается главным образом развитие контакта при способах сварки, отличающихся низкоинтенсивным силовым воздействием (диффузионная сварка, сварка давлением с подогревом, термокомпрессионная сварка)
...
В известных работах при оценке площади физического контакта обычно исходят из моделей шероховатой поверхности, которой задают определенные физические свойства
...
Причем модель поверхности при этом задают, основываясь на данных экспериментальных исследований и допущений, поэтому получаемые аналитические выражения с достаточной точностью могут быть использованы в инженерной практике
...
В работах [63—671 экспериментально исследованы особенности образования пластического, упругого и пластического с упрочнением контакта, а также определено влияние тангенциальных перемещений и чистоты обработки соединяемых поверхностей на площадь контакта
...
Выполненные исследования показывают, что:1)прикладываемое давление оказывает наиболее существенное влияние на процесс образования контакта на ранних стадиях деформирования микровыступов обработки поверхности;2)температура сварки является фактором, существенно определяющим интенсивность развития контакта в результате деформации микровыступов обработки поверхности (в результате снижения сопротивляемости материала пластическому деформированию) и зарастания пор и несплошностей в зоне контакта за счет диффузионных процессов на заключительных этапах;3)при грубой чистоте обработки соединяемых поверхностей к концу периода интенсивного деформирования элементарных микровыступов в зоне соединения остаются поры большого размера, дальнейшее зарастание которых диффузионным путем требует длительного времени
...
Однако, как и в большинстве других исследований, авторы ограничились лишь экспериментальными исследованиями и не сделали попытки количественно связать параметры режима со степенью полноты протекания процесса
...
Затем образцы собирали в обойму и в специальном приспособлении на боковых полированных поверхностях наносили сетки рисок по обеим сторонам от линии контактирования
...
По изменению размеров ячеек сетки судили о деформации в зоне А, непосредственно прилегающей к линии контактирования, и в зоне Б, находящейся от линии контактирования на расстоянии более 50 мкм
...
Исследования показали, что сначала деформация зоны А была выше, чем зоны Б, а начиная с некоторого момента времени прирост ее в обеих зонах становится одинаковым
...
Предполагалось, что длительность сварки до момента эквидистантности кривых деформации обеих зон на графике деформация — время представляет длительность образования полного физического контакта
...
Выполненные исследования показывают, что:1)прикладываемое давление оказывает наиболее существенное влияние на процесс образования контакта на ранних стадиях деформирования микровыступов обработки поверхности;2)температура сварки является фактором, существенно определяющим интенсивность развития контакта в результате деформации микровыступов обработки поверхности (в результате снижения сопротивляемости материала пластическому деформированию) и зарастания пор и несплошностей в зоне контакта за счет диффузионных процессов на заключительных этапах;3)при грубой чистоте обработки соединяемых поверхностей к концу периода интенсивного деформирования элементарных микровыступов в зоне соединения остаются поры большого размера, дальнейшее зарастание которых диффузионным путем требует длительного времени
...
Тимофееву считать, что предложенное уравнение может быть использовано для оценки длительности образования физического контакта при различных параметрах режима сварки
...
Однако в указанном уравнении для расчета длительности образования физического контакта в качестве основы использовано уравнение скорости пластической деформации на стадии установившейся ползучести (уравнение Ж- Виртмана [70—72])
...
При сварке давлением с подогревом в большинстве случаев следует ожидать, что полный физический контакт образуется раньше, чем наступит стадия установившейся ползучести
...
Кроме того, главная особенность процесса образования физического контакта при соединении в твердой фазе состоит в том, что при деформации элементарных микровыступов на контактных поверхностях происходит непрерывное уменьшение контактного напряжения Рк (отношение усилия сжатия к фактической площади контакта) при постоянном расчетном напряжении Рр (отношение усилия сжатия к номинальной площади контакта), т
...
Рр ^ Рк ^ Р^, где Рт — большая величина, которую условно можно принять равной сю (в дальнейшем переменное давление в контакте по необходимости будем обозначать либо через Рк, либо через Р)
...
При этих способах сварки скорость образования физического контакта зависит от интенсивности пластической деформации свариваемых материалов в зоне контакта
...
Естественно, что модель образования физического контакта будет описывать процесс в том случае, если при ее построении учтен механизм пластической деформации, и в соответствии с ним определен вид зависимости между скоростью деформации е и параметрами режима сварки
...
Тимофееву считать, что предложенное уравнение может быть использовано для оценки длительности образования физического контакта при различных параметрах режима сварки
...
Согласно этой теории на первой стадии кривой напряжение—деформация деформация обеспечивается легким скольжением в единственной системе скольжения так, что дислокации Ломер—Коттрелла не могут возникать
...
При этом большое число дислокаций в плоскости скольжения получают возможность перемещаться на большие расстояния по сравнению со средним расстоянием между дислокациями
...
Однако при этом было сделано допущение, что в процессе деформационного упрочнения на стадии I U не изменяется (это допущение основано на том предположении, что взаимодействие двух систем скольжения не приводит к образованию существенных препятствий для скольжения)
...

Металлургия дуговой сварки: Взаимодействие металла с газами
Дефекты сварных швов
Інженерія поверхні: Підручник
Соединение металлов в твердой фазе
Холодная сварка труб
Высокочастотная сварка металлов
Соединение труб из разнородных металлов

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Соединение металлов в твердой фазе