موضوع مقاله: پیوند نفوذی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # پیوند نفوذی | مقدمه: این اتفاق معمولاً در دمای بالا، یعنی تقریباً 50-75٪ دمای ذوب مطلق مواد انجام می‌شود. | ## بخش 1: پیوند نفوذی | اتصال نفوذی معمولاً با اعمال فشار بالا در دمای بالا، به موادی که قرار است جوش داده شوند، انجام می‌شود. این روش در بیشتر زمان‌ها برای جوش دادن "ساندویچی" از لایه‌های متناوب فویل‌های نازک فلزی و سیم‌ها یا رشته‌های فلزی استفاده می‌شود. در حال حاضر، روش اتصال نفوذی به طور گسترده برای اتصال فلزهای دیرگداز در صنایع هوافضا و هسته‌ای استفاده می‌شود. این تکنیک در عملیاتی به نام "gold-filled" برای اتصال‌دهی طلا و مس به منظور استفاده در جواهرسازی، و بسیاری از صنایع دیگر کاربرد دارد. در این فرایند، با ضربات مکرر و بسیار، طلای جامد را به ورقه نازکی از طلا تبدیل می‌کنند. سپس این ورقه را بر روی ورقه ای از مس قرار داده و با اعمال فشار و حرارت (به‌طور مثال با قرار دادن وزنه روی آن و در نهایت، با قرار دادن داخل کوره) در فرآیندی به نام «جوشکاری با فشار داغ» یا HPW، اتصال حاصل می‌گردد. ویژگی‌ها اتصال نفودی بدون عملیات ذوب و بدون فلز ذوب شونده و پرکننده انجام می‌شود، بنابراین هیچ وزنی به ترکیب دو فلز اضافه نمی‌شود، و به همین علت این اتصال تمایل به نشان دادن مقاومت فلزات پایه و همچنین مقاومت گرمایی آن‌ها را دارد. در این فرایند تنش پسماند بسیار کمی ایجاد شده، و هیچ گونه آلودگی در حین پروسه جوش وجود ندارد. از لحاظ تئوری، اتصال نفوذی می‌تواند بین دو سطح با هر ابعادی انجام گیرد، بدون اینکه زمان مورد نیاز برای انجام آن افزایش پیدا کند. با این حال، از نظر عملی، سطح به دلیل عدم تأمین فشار مورد نیاز و محدودیت‌های فیزیکی دیگر محدود می‌شود. پیوند نفوذی می‌تواند با فلزات مشابه و غیرمشابه، فلزات واکنش‌پذیر و نسوز یا قطعات با ضخامت‌های متفاوت انجام شود. با توجه به هزینه نسبتاً بالا این فرایند، اتصال نفودی اغلب برای کارهایی که جوشکاری آنها با وسایل دیگر دشوار یا غیرممکن است، استفاده می‌شود. به عنوان مثال می‌توان به موادی اشاره کرد که معمولاً از طریق همجوشی مایع به هم متصل نمی‌شوند، مانند زیرکونیوم و بریلیوم. | ## بخش 2: پیوند نفوذی | یا لایه‌های متناوب از فلزات مختلف که باید در دماهای بالا استحکام خود را حفظ کنند، یا ساختار فویل‌های فلزی بسیار نازک و لانه زنبوری. آلیاژهای تیتانیوم اغلب به صورت پخشی پیوند می‌خورند، علیرغم اینکه لایه نازک اکسید می‌تواند در دمای بیش از ۸۵۰ درجه سانتیگراد حل شود و به دور از سطوح پیوند پخش شود. وابستگی به دما نفوذ حالت پایدار با مقدار شار نفوذی که از سطح مقطع سطوح اتصال می‌گذرد، تعیین می‌شود. قانون اول نفوذ فیک می‌گوید: که در آن J شار نفوذ، D ضریب نفوذ و dC / dx گرادیان غلظت در مواد مورد نظر است. شکل دیگری از قانون فیک می‌گوید: که در آن M به عنوان جرم یا مقدار اتم‌های منتشر شده تعریف می‌شود، A سطح مقطع و t زمان مورد نیاز است. با معادل سازی دو معادله و مرتب‌سازی مجدد به نتیجه زیر می‌رسیم: از آنجا که جرم و مساحت برای یک اتصال مشخص ثابت است، زمان مورد نیاز عمدتاً به گرادیان غلظت و ضریب نفوذ بستگی دارد. ضریب نفوذ توسط معادله زیر تعیین می‌شود: که در آن Qd انرژی فعال سازی برای نفوذ، R ثابت جهانی گازها، T دمای ترمودینامیکی تجربه شده درطول فرایند، و D0 یک فاکتور نمایی مستقل از دما است که به مواد شرکت‌کننده در فرایند بستگی دارد. قبل از جوشکاری، این سطوح باید تا جای ممکن صاف و صیقلی پرداخت سطح شوند و تا حد امکان از آلاینده‌های شیمیایی یا سایر ذره‌ها دور نگه داشته شوند. ماشین ابزار خاصی برای هر کاربرد جوشکاری ساخته‌شده‌است تا قطعات کار را به هم جفت کند. در مواردی که قطعات نباید دارای شیب دما باشند، می‌توان از انبساط حرارتی دیفرانسیلی برای اعمال بار استفاده کرد. با اتصال قطعات با استفاده از فلز با انبساط کم (مانند مولیبدن)، قطعات بار خود را با انبساط بیشتر از فلز ثابت در دما تامین می‌کنند. روش‌های جایگزین برای اعمال فشار شامل استفاده از وزنه مرده، فشار گاز دیفرانسیلی بین دو سطح و اتوکلاوهای فشار بالا می‌باشد. هنگام استفاده از فلزاتی که دارای لایه‌های اکسیدی قوی (مانند مس) هستند، جوشکاری باید در یک فضای خلا یا گاز بی‌اثر انجام شود. | ## بخش 3: پیوند نفوذی | عملیات‌های سطحی مانند پولیش، اچینگ و تمیز کردن به اندازه فشار و دمای نفوذ از فاکتورهای مهم در مورد روند جوشکاری است. در سطح میکروسکوپی ، اتصال نفوذی در سه مرحله رخ می‌دهد: تغییر شکل ناهنجاری‌های میکروسکوپی : قبل از تماس کامل سطوح، ناهنجاری‌ها (عیوب سطحی بسیار کوچک) روی دو سطح با هم تماس گرفته و به صورت پلاستیکی تغییر شکل می‌دهند. مرزهای دانه و مواد خام منتقل شده، و شکاف بین دو سطح به منافذ ایزوله کاهش می‌یابند. انتقال رابط: مواد شروع به نفوذ در سراسر مرزهای دو سطح مجاور می‌کنند، که باعث مخلوط شدن این مرزها و ایجاد اتصال می‌شود. فرایند پیوند نفوذی قادر به تولید اتصالات با کیفیت بالایی است که بدون هیچگونه ناپیوستگی و تخلخل می‌باشند. روش اتصال نفوذی می‌تواند به طور گسترده، در اتصال مواد مشابه یا غیر مشابه مورد استفاده قرار گیرد. از آنجایی که این شکل از اتصال در مقایسه با سایر تکنیک‌های اتصال مانند جوشکاری انفجاری زمان قابل توجهی را می‌طلبد، قطعات در مقادیر اندک ساخته می‌شوند و اغلب ساخت آن به صورت خودکار انجام می‌شود. در تلاش برای کاهش تعداد اتصال‌دهنده‌ها، هزینه‌های نیروی کار و تعداد قطعات، از اتصال نفوذی نیز همراه با شکل گیری سوپر پلاستیک هنگام ایجاد فرم‌های پیچیده ورق‌ فلز استفاده می‌شود. سپس این دسته در قالب قرار داده می‌شوند و فشار گاز ورق‌ها را منبسط می‌کند تا قالب پر شود. این کار اغلب با استفاده از آلیاژهای تیتانیوم یا آلومینیوم برای قطعات مورد نیاز در صنعت هوافضا انجام می‌شود. مواد معمولی که به این روش جوش داده می‌شوند شامل تیتانیوم ، بریلیم و زیرکونیوم هستند. در بسیاری از هواگردهای نظامی،اتصال نفوذی به حفظ مواد استراتژیک گران قیمت و کاهش هزینه‌های ساخت کمک می‌کند. | ## جمع‌بندی | برخی هواپیماها بیش از 100 قطعه متصل از طریق نفوذ دارند، از جمله بدنه هواپیماها، اتصالات محرک بیرونی و داخل هواپیما، ارابه فرود هواپیما، و...