Как изменятся термодинамические условия схватывания (сварки) при переходе от соединения идеальных кристаллов одного и того же вещества к соединению таких же кристаллов разноименных веществ? Следует иметь в виду, что термодинамические соображения определяют лишь направление возможных процессов, но не позволяют оценить их скорость (кинетику), зависящую от необходимой энергии активации (см. § 3). Рассмотрим только факторы, влияющие на соотношение величин в уравнении (1). Начнем с анализа размерного фактора, т. е. несоответствия периодов кристаллической решетки. Пусть в простейшем случае два идеальных, одинаково ориентированных монокристалла металлов М и N с периодами решетки аг и я2 сблизятся до расстояния г

(см. рис. 5, в) при одновременном создании на контактирующих поверхностях активных центров. Если произойдет схватывание, то между этими кристаллами образуется так называемая полукогерентная граница, на которой возникнут краевые дислокации s с шагом

1 а2 —°i

Энергия упругого искажения решетки дислокацией длиной 1 см равна [83]

4л (1 — 7) г0 ''

где р, — модуль упругости;

у — коэффициент Пуассона;

Ь — вектор Бюргерса ^в рассматриваемом случае b ^

2

г1 — радиус распространения упругой деформации (гх = — с1'сг \

г0 — радиус центра дислокации. Количество дислокаций на 1 см длины границы

„= 1=^.,(4)

а энергия, на 1 сж2 границы, вызванная дислокациями,

Aff in-u.(5)

г" ara2 4п(1 — у) r0v '

Для границы меди (at = 3,61 А) и алюминия (а2 = 4,04А) при я2 5» 1,12 аг AFsp =х 100 эрг/см*. С увеличением размерного несоответствия растет л, но вследствие одновременного уменьшения г1 энергия AFep изменяется мало. Полученное значение AFsp невелико го сравнению с 2F„ (для меди 3300 эрг/см2) и существенно 16

меньше энергии большеугольной границы зерна при соединении поликристаллов одноименных металлов (см. табл. 2). По-видимому, дополнительная энергия Л/*^ не может изменить знак Л/-" н ур.ншепии (1). Характерно, что энергия границы между различными фазами в сплавах меньше или незначительно превы-щ.и'1 чиерпно границы между зернами одной и той же фазы (таЛл.Я) [102]

Оі паї итш.ная свободная энергия поверхностей раздела

( іочки .ірения термодинамики способность к схватыванию (сішрке) разноименных металлов должна увеличиваться, если они (при ісмпоратуре опыта) взаимно растворимы или дают устойчи-• иы* химические соединения, так как образование твердых растворим н новых фаз всегда сопровождается уменьшением свободной ніері ми системы, а следовательно, увеличением Д/7 в уравнении (1). При этом можно предположить, что степень взаимной растворимости металлов мало влияет на процесс схватывания, так как при сіі.ірке без расплавления взаимное растворение ограничивается приповерхностными слоями атомов, в которых в результате повышенного количества дефектов кристаллического строения, особенно вакансий, создаются более благоприятные условия для растворения инородных атомов, чем внутри тела.

Сварка давлением разноименных металлов облегчается с понижением статистического веса и энергетической устойчивости стабильных электронных конфигураций атомов соединяемых металлов, а также при увеличении вероятности образования стабильных конфигураций и их энергетической устойчивости в результате сварки [124]. Если при схватывании разноименных материалов в результате электронного обмена между атомами соединяемых металлов повышаются статистический вес и устойчивость электронных конфигураций, то такой процесс идет с выигрышем энергии и его реализация термодинамически наиболее вероятна. Поясним это на примере сварки металла-с его нитридами.

2 А.С.Гельман .—----,, т іЕ'і^17