Рис. 161. К исследованию механизма спекания:

а — модель Кучинского (спекание проволоки с пластинкой); б — преимущественное устранение пор вблизи движущейся межяеренной границы (Х80)

металла (под действием сил поверхностного натяжения, стремящихся придать поре между спекаемыми частицами форму с минимальной поверхностью); б) с испарением и конденсацией (атомы относительно легко испаряются на выпуклой поверхности частицы и конденсируются в вогнутой «горловине»); в) с поверхностной диффузией в «горловину» и г) с объемной диффузией [47].

На основании анализа данных по энергии активации процессов спекания различных металлов Р. Бернард считает твердо установленным, что главным механизмом спекания является диффузия и в первую очередь объемная, т. е. индивидуальный переход атомов из одного положения в другое [169]. Перенос атомов большими группами, сопровождающий вязкое или пластическое течение, по-видимому, не играет существенной роли при спекании.

В «горловине» существует избыточная концентрация вакансий, что способствует диффузии в нее атомов. В опыте А. Кучинского, 250

описанном Дж. Нортоном в работе [207], дано прямое экспериментальное подтверждение этого. В опыте использовали проволоку из сплава, представляющего собой твердый раствор замещения предельной концентрации (при комнатной температуре), в котором растворенный элемент обладает большей скоростью диффузии, чем растворитель. После спекания и охлаждения до комнатной температуры в «горловине» была обнаружена вторая фаза. Диффузия избыточных вакансий в глубь металла привела к преимущественной диффузии атомов растворенного вещества к поверхности; твердый раствор здесь при комнатной температуре оказался пересыщенным, и из него выпала вторая фаза. Очевидно, что любой процесс, связанный с переносом больших объемов металла, не мог привести к. его сегрегации.

Р. Бернард считает, что в первой стадии спекания, когда идут процессы адгезии и увеличения сечения «горловины», решающее значение имеет объемная самодиффузия, а в конечной стадии при устранении изолированных пор (а в условиях диффузионной сварки — микронесплошностей) основная роль принадлежит диффузии по границам зерен [169]. Роль границ при спекании подтверждается, в частности, тем, что как только изолированная пора попадает внутрь зерна и перестает сообщаться с его границей, дальнейшее уменьшение ее размеров резко замедляется или приостанавливается. Тщательное определение энергии активации процесса залечивания поры, пересекаемой границей зерна, показало, что эта энергия соответствует процессу поверхностной диффузии. В опытах [165] показано, как медленно перемещающаяся при рекристаллизации граница зерна (рис. 161, б) как бы растворяет мелкие поры на своем пути (начальное положение границ показано пунктиром, направление движения — стрелками).

Поскольку кинетика спекания определяется диффузионными процессами, энергия активации которых относительно мало зависит от давления (во всяком случае при малых давлениях и отсутствии существенных пластических деформаций), внешнее давление не должно сильно влиять на скорость спекания.

Вернемся к процессу выравнивания неровностей при диффузионной сварке. Если исходить из предположения, что этот процесс в основном определяется спеканием, а ползучесть имеет значение главным образом при образовании начальных микроконтактов, то длительность сглаживания поверхности должна была бы подчиняться следующим зависимостям:

1. Повышение класса обработки поверхности должно ускорять процесс ее выравнивания вследствие некоторого уменьшения среднего расстояния между отдельными микроконтактами, образующимися под действием давления р. Однако в связи с тем, что с улучшением качества обработки шаг микронеровностей уменьшается относительно медленно (растет отношение шага к высоте выступа, см. табл. 36), а между числом микроконтактов и шагом