山大材料科学基础考研第五章

《山大材料科学基础考研第五章》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、材料科学基础2010.10第五章材料中的扩散—概述扩散:由于热运动而导致原子(分子)在介质中迁移的现象.微观:热激活的原子通过自身热振动克服束缚而迁移它处的过程.宏观:原子无序跃迁的统计结果.主要研究内容:扩散速率及其宏观规律;扩散微观机理—扩散中原子的具体迁移方式.2021/9/182第五章材料中的扩散第五章材料中的扩散—概述扩散现象举例:气体、液体;固体中质量传输的唯一途径;与材料中的许多现象有关,是影响材料组织性能及加工处理的重要过程因素.2021/9/183第五章材料中的扩散第五章材料中的扩散—概述扩散的分类（1）根据有无浓度变化分自扩散:原子经由自

2、己元素的晶体点阵而迁移的扩散(如纯金属或固溶体的晶粒长大,无浓度变化).互扩散:原子通过进入对方元素晶体点阵而导致的扩散(有浓度变化).（2）根据扩散方向分下坡扩散:原子由高浓度向低浓度处进行的扩散.上坡扩散:原子由低浓度向高浓度处进行的扩散.2021/9/184第五章材料中的扩散第五章材料中的扩散—概述（3）根据是否出现新相原子扩散:扩散过程中不出现新相.反应扩散:导致形成新相的扩散.固态扩散的条件（1）温度足够高;（2）时间足够长;（3）扩散原子能固溶;（4）具有驱动力:化学位梯度.2021/9/185第五章材料中的扩散§5.1扩散定律及其应用扩散定律单

3、向扩散实验—扩散偶c1

4、9/187第五章材料中的扩散§5.1扩散定律及其应用菲克第二定律菲克第一定律不能全面描述非稳态扩散过程;浓度及浓度梯度随时间不断变化三维一般:一维特殊:D取常数(浓度变化不大时,近似)三个方向扩散系数相等(Dx=Dy=Dz=D)数学表达式(扩散第二方程):2021/9/188第五章材料中的扩散§5.1扩散定律及其应用物理意义:扩散过程中,扩散物质浓度随时间的变化率与沿扩散方向上扩散物质的浓度梯度随扩散距离的变化率成正比.适应条件:稳态扩散非稳态扩散扩散过程中,扩散物质的浓度不仅随距离发生变化,还随时间发生变化.2021/9/189第五章材料中的扩散§5.

5、1扩散定律及其应用扩散后惰性标记移动;科肯道尔(Kirkendall)效应置换互溶扩散偶—纯铜和纯镍,焊接面上嵌入惰性标记;扩散后浓度分布;DniCu>DcuNi,Ni一侧向Cu一侧有物质净输送.科肯道尔效应:由于两组元的原子以不同的速率(DA≠DB)相对扩散而引起的标记面漂移现象;科肯道尔效应广泛存在于置换型扩散偶中.2021/9/1810第五章材料中的扩散§5.1扩散定律及其应用扩散定律的应用求气体分子在金属中的扩散系数(稳态扩散)应用菲克第一定律气体的稳态扩散双原子气体:p1,p2,J,s均可测设:p1>p2且保持不变,D为常数,则C1>C2,达

6、到稳态后有:2021/9/1811第五章材料中的扩散§5.1扩散定律及其应用限定源扩散—测定金的自扩散系数菲克第二定律扩散第二方程的特解:式中:样品表面单位面积上Au198涂覆量.边界条件:初始条件:2021/9/1812第五章材料中的扩散§5.1扩散定律及其应用—扩散第二方程特解,式中:恒定源扩散—扩散过程中工件表面浓度始终为恒定值cs菲克第二定律(一维)适用条件:半无限长棒—误差函数扩散方程在渗碳过程中的应用误差函数解边界条件:初始条件:2021/9/1813第五章材料中的扩散§5.1扩散定律及其应用设为渗碳层深度(表面至给定浓度c*的距离),则

7、有:=常数即:—制定渗碳工艺的理论依据.2021/9/1814第五章材料中的扩散§5.1扩散定律及其应用扩散方程在扩散退火中的应用—正弦解具有枝晶偏析的合金,其溶质浓度分布可近似用正弦函数表示:cp:平均浓度;A0:振幅,cm-cp;cm:最大偏析量;l:枝晶间距一半;扩散方程正弦解:2021/9/1815第五章材料中的扩散§5.2扩散的微观机理间隙原子通过晶格间隙跃迁:间隙—间隙;平衡位置—间隙—间隙间隙—平衡位置(篡位)间隙机制扩散示意图扩散机制间隙机制—间隙固溶体中间隙原子的扩散机制2021/9/1816第五章材料中的扩散§5.2扩散的微观机理结果:形

8、成扩散原子和空位的逆向流动—空位流动造成科肯道尔效应