تحليل واجهة التلامس المجعدة الذكرية باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ

لدراسة ترابط المعادن عند واجهة تلامس التجعيد الذكرية ، أجرت هذه الورقة تحليلًا بالمجهر الإلكتروني النافذ للبنية الداخلية للواجهة. أُجري هذا التحليل باستخدام مجهر إلكتروني نافذ ياباني JEM-2010. تُظهر نتائج الملاحظة أن واجهة المفصل تتكون من بلورات دقيقة على شكل شريط عمودية على اتجاه تحميل البثق، كما هو موضح في الشكل 3. تتشابك البلورات الدقيقة ذات الاتجاهات المختلفة، والتي سُحقت عند الواجهة، مع بعضها البعض. يُظهر تحليل مخطط الشبكة الحيودية لمنطقة البلورات المتشابكة عند واجهة مفصل Al-Cu (الشكل 4) وجود بلورات طور Al وطور Cu ذات ثوابت شبكية مختلفة في منطقة الحيود.
مورفولوجيا رابطة واجهة الاتصال بالتجعيد
(Al-Al TEM 200 كيلو فولت × 12000)
(أ) صورة المجهر الإلكتروني النافذ (ب) صورة حيود الإلكترون
(200 كيلو فولت × 80000)(200 كيلو فولت 60 سم)
نتائج انتقال وحيود منطقة الترابط بين طرفي التوصيل (Al-Cu)
2 التحليل والمناقشة
2.1 الانتشار ليس سلوكًا حتميًا لترابط المعادن المضغوطة على البارد
على الرغم من إمكانية تكوين رابطة ملحومة بين معدنين في ظل ظروف مختلفة، إلا أن ظروف الانتشار بين مرحلتي معدن اللحام لا تتوفر في جميع طرق اللحام. تتميز عملية اللحام بالضغط الساخن بدرجة حرارة معينة وحفظ حراري، وهو شرط الانتشار. لذلك، تختلف درجات انتشار واجهات اللحام الفوري، ولحام تخزين الطاقة، ولحام الاحتكاك المقيسة في هذه الدراسة؛ ففي اللحام بالضغط البارد، "لا تُسخّن منطقة اللحام، ولا تحدث حرارة محسوسة أثناء عملية تكوين الرابطة الملحومة"، وبالتالي لا يوجد شرط للانتشار. ومن المحتم ألا تُظهر واجهات تجعيد مقبس التلامس لمختلف المعادن المقيسة سلوك انتشار ذري. ووفقًا لنظرية الارتباط بالانتشار المعدني، "يمكن لمعدنين مختلفين، في ظل ظروف مختلفة، تكوين رابطة معدنية مستمرة، ولكن الانتشار ضروري في جميع الأحوال. وبما أن الانتشار لا يحدث إلا في المحاليل الصلبة، فلا يمكن دمج المعدنين في واحد إلا عند امتلاكهما لمستوى معين من الذوبانية الصلبة". في الواقع، يُظهر عدد كبير من التجارب التي أُجريت في هذه المقالة إمكانية لحام المعادن التي تفتقر إلى الذوبانية في المواد الصلبة. على سبيل المثال، تم تحقيق لحام بارد تناحري باستخدام معادن Al-Cd، وهي غير قابلة للامتزاج في الطور الصلب، ومعادن Al-Pb وZn-Pb غير المتماسكة، وهي غير قابلة للامتزاج في كل من الطورين السائل والصلب. لا يمكن حدوث انتشار ذري بين المعادن غير القابلة للامتزاج. تُجري هذه المقالة اختبارات مختلفة على هذه الوصلات، وتُظهر النتائج أيضًا عدم وجود انتشار متبادل للذرات بينها أثناء عملية اللحام.
تشير التجارب والتحليلات إلى أن عملية ربط المعادن المضغوطة على البارد لا علاقة لها بالانتشار.
2.2 آلية ربط المعادن في عملية اللحام البارد
أثناء اللحام البارد، وبسبب ضغط التشكيل، تُنتج المعادن الملحومة تدفقًا بلاستيكيًا اتجاهيًا عند السطح البيني. من جهة، يُمكن إزالة السطح الذي يؤثر على التلامس الفيزيائي للمعادن، ومن جهة أخرى، تُضغط حبيبات المعدن عند السطح البيني وتتكسر باستمرار. مع استمرار عملية البثق، تلتصق الحبيبات الدقيقة المكسورة عند السطح البيني ببعضها، مما يُؤدي إلى تلامس دقيق بين حبيبات المعدن على كلا الجانبين. عند الوصول إلى مسافة التجاذب الذري، تُشكل ذرات سطح الحبيبات الدقيقة قوة ربط، أي الترابط بين الحبيبات الدقيقة. ولأن السطح البيني قد تعرض للضغط، فإن آلية الترابط بين الحبيبات الدقيقة للمعدن التي تعضّ أثناء اللحام البارد تُمكّن المعادن غير المتوافقة التي لا تمتلك سلوك انتشار من تحقيق قابلية لحام جيدة من خلال الترابط بين حدود الحبيبات.
2.3 خصائص اللحام البارد للمعادن ذات الصلابة المختلفة
في تجربة هذه الورقة، يُظهر اللحام البارد لمجموعات معدنية ذات صلابة مختلفة أن اللحام البارد بين Al-Cu وAl-Cd وAl-Zn بنفس الصلابة أو اختلاف بسيط في الصلابة يسهل تحقيق الاتصال. أثناء عملية اللحام البارد لهذه المجموعات المعدنية، يتم سحق جانبي الواجهة بسهولة لتشكيل رابطة بين الحبيبات من الحبوب الدقيقة المتشابكة، ويكون أداء اللحام البارد جيدًا. بالنسبة لمجموعات المعادن ذات الاختلافات الكبيرة في الصلابة مثل Al-Sn وAl-Pb وZn-Sn وZn-Pb، يُظهر جانبي الواجهة أشكال تشوه مختلفة أثناء عملية اللحام البارد. المعدن على الجانب ذي الصلابة العالية له تشوه صغير عند الواجهة ويصعب سحقه وتشابكه مع الحبوب الدقيقة للمعدن على الجانب الآخر ذي التشوه الكبير. لذلك، عند إجراء اللحام البارد بين معادن ذات اختلافات صلابة عالية، يجب اتخاذ إجراءات عملية مناسبة لتنسيق التشوه على كلا الجانبين، بحيث تتشوه الحبيبات الدقيقة على جانبي المعدن وتتفتت في آنٍ واحد لتشكل حدودًا دقيقة متشابكة، مما يُحسّن أداء اللحام البارد. يمكن تفسير قابلية اللحام البارد بين معادن ذات صلادة مختلفة بشكل معقول من خلال تطبيق آلية ربط المعدن باللحام البارد الموضحة أعلاه.
3 الخاتمة
(1) لا يوجد سلوك انتشار متبادل بين الذرات أثناء اللحام البارد للمعادن.
(2) آلية ربط المعادن في اللحام البارد هي الترابط الحبيبي الناتج عن تشابك البلورات الدقيقة عند السطح البيني. تزيد هذه البلورات الدقيقة من مساحة الترابط الفعالة للمعدن، مما يزيد من قوة وصلابة مقبس التلامس .
(3) المعادن غير القابلة للامتزاج لها خصائص اللحام البارد.
(4) تتمتع المعادن من نفس النوع أو المعادن ذات فرق الصلابة الصغير بخصائص لحام بارد جيدة؛ ويجب أن يتبنى اللحام البارد بين المعادن ذات فرق الصلابة الكبير تدابير عملية لتحسين خصائص اللحام البارد.