filebar
Методические пособия по сварочным работам

Образование соединения при различной величине энергии

Соединение может образоваться при различной величине энергии деформации в зависимости от температуры, поскольку сообщение атомам дополнительной тепловой энергии (повышение температуры) увеличивает флуктуационную вероятность развития квантовых процессов электронного взаимодействия при достижении относительно меньших расстояний между поверхностными атомами.

Практическое решение задач получения неразъемных соединений реальных тел осложняется двумя обстоятельствами:

1. Реальные поверхности не бывают идеально гладкими. Даже при самой тщательной обработке поверхности имеющиеся на ней микронеровности измеряются сотнями и тысячами атомных слоев, поэтому при совмещении поверхностей возможно возникновение контактов лишь в отдельных точках.

2. Реальные поверхности не бывают идеально чистыми На любой поверхности твердого тела обязательно присутствуют атомы внешней среды (физически адсорбированные, т. е. связанные с поверхностными атомами относительно слабыми силами Ван дер- Ваальса, или же атомы, образующие прочные химические связи, например кислород, образующий окислы на поверхности металлов).

Для того чтобы получить неразъемные соединения реальных тел, необходимо преодолеть эти препятствия — обеспечить контакт по большей части поверхности соединения и активировать ее.

Под активацией поверхности в общем случае следует понимать сообщение атомам твердого тела некоторой энергии (энергии активации), необходимой: 1) для обрыва связей между поверхностными атомами твердого тела и атомами внешней среды, насыщающими их свободные связи (очистка поверхности); 2) для повышения энергии поверхностных атомов до уровня энергетического барьера схватывания, т. е. перевода их в активное состояние, при котором возможно возникновение между ними связей.

Одним из распространенных приемов, используемых в практике для образования неразъемных соединений твердых тел, является их взаимное деформирование под влиянием приложенной внешней силы.

В начальные стадии сжатия и деформирования обеспечивается образование физического контакта по большей части поверхности соединения в результате смятия неровностей. На этих же начальных стадиях деформации появляются активные центры схватывания, образованию которых способствует перемещение вакансий дислокаций и их скоплений. В результате сближения атомов в процессе упруго-пластической деформации они приобретают повышенную энергию (энергию активации), необходимую для преодоления барьера схватывания.

На более поздних стадиях деформирования, характеризующихся развитием активного пластического течения металла, на поверхности контакта появляются микроскопические участки схватывания, возникающие в местах образования новых чистых поверхностей, занятых атомами основного металла со свободными связями. В рассмотренном случае соединения в твердой фазе сближение атомов (создание физического контакта) и их активации достигаются за счет энергии упруго-пластического деформирования металла внешней силой. Однако это не единственная схема получения соединений. Например, создание физического контакта может быть достигнуто за счет сравнительно небольшой деформации, достаточной лишь для смятия неровностей, имеющихся на соединяемых поверхностях. Эта же упруго-пластическая деформация может обеспечить достаточно высокий уровень энергии большей части атомов, достаточный для преодоления барьера схватывания.

Активацию поверхности с точки зрения очистки поверхности от посторонних атомов можно иногда обеспечить за счет специальной обработки (например, нагревом в вакууме). В этом случае без заметной макропластической деформации при нормальной температуре можно получить достаточно прочные соединения. Можно осуществить и другой вариант образования соединения без заметной макропластической деформации и течения металла, в котором на первом этапе в процессе упруго-пластической деформации образуется физический контакт по всей поверхности соединения и возникают центры схватывания в участках с наибольшей деформацией, достаточные для образования соединения с некоторой конечной или заметной величиной прочности.

Яндекс.Метрика