第二章 固态合金的相结构

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1、主讲教师李香芝§2-2金属间化合物§2-1固溶体《材料科学基础》第二章合金的相结构《材料科学基础》§2-1固溶体一.固溶体特性第一页第一节合金：由两种或两种以上的元素（至少一种金属元素）经熔炼、烧结等组合而成的具有金属特性的物质。保持溶剂晶体结构；成分可变结构不变,在相图中为一个相区；保持金属键结合；产生固溶强化。二、固溶体分类1.按溶质在溶剂中的位置划分：置换固溶体间隙固溶体2.按溶质在溶剂中的溶解度划分：有限固溶体无限固溶体3.按溶质在溶剂中分布规律划分：有序固溶体无序固溶体第2页第一节第3页置换固溶体-溶质原子占据溶剂陣点位置所形成的。固溶体.Cu（Ni）或Ni（C

2、u）三、置换固溶体分类无限固溶体：Cu-Ni、Au-Ag…有限固溶体：Cu-Zn(39%)、Cu-Sn(9%)无序固溶体：Cu-Ni、Au-Ag、Cu-Zn有序固溶体：Cu-25%Au（Cu3Au）..形成无限固溶体时两组元原子连续置换示意图第一节第4页原子半径相近两类原子相互溶解Cu-Ni、Cu-Zn；保持溶剂晶体结构；溶剂原子占据陣点位置；产生固溶强化-随着溶质原子的溶入导致固溶体的晶格畸变增加,从而使σb、HB↑、δ及αk稍↓现象特性无序置换固溶体结构示意图有序固溶体Cu3Au置换固溶体点阵畸变示意图第5页第一节晶体结构因素原子尺寸因素影响置换固溶体溶解度因素负电性

3、因素电子浓度因素晶体结构因素●组元间晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件。（如：Cu-Ni合金无限固溶体）●形成有限固溶体时，溶质元素与溶剂的结构类型相同,则溶解度通常也较不同结构时为大。第6页电子浓度因素（化合价因素）电子浓度v-溶剂的原子价u-溶质的原子价x-溶质的摩尔分数极限电子浓度：形成固溶体的最大溶解度时对应的值。一定溶剂的晶体结构对应一定的极限电子浓度值。一价的bcc结构的金属为溶剂时，一价的fcc结构的金属为溶剂时，如：Cu（Ni-无限）合金如：Cu（Zn-39%）合金Cu（Sn-9%）合金只有0价或1价的元素与1价的元素相互溶解有可能形成无限固溶体。超过

4、极限电子浓度值越大溶解度越小,过渡族元素化合价为”零”价.（如：Cu一1价，Ni一0价）元素的化合价化合价因素小结原子尺寸因素只有当△r＜14％～15％才可能无限互溶。●以Fe为溶剂时△r＜8％才可能无限互溶。●以Cu为溶剂时△r＜10％～11％才可能无限互溶。原因是：△r越大晶格畸变越大，溶解度越小。如：Cu（Ni-无限）合金-第7页－溶剂原子半径－溶质原子半径负电性因素（化学亲合力）负电性；原子接受电子而显示负电性的能力。以负电性大小来衡量化学亲合力。●两元素负电性差值ΔX＜0.4～0.5时，有利于形成固溶体。●ΔX＞0.4～0.5，倾向于形成稳定的化合物，其负电性差

5、值越小，固溶体中固溶度越大。如元素的负电性值：Cu-1.9,Ni-1.9;Zn-1.6,Sn-1.8。Cu-Ni合金可能无限互溶；Cu-Zn,Cu-Sn合金溶解度小于Cu-Ni合金。第8页四、间隙固溶体（interstitialsolid）形成规律－原子半径较小的非金属元素C、N、H溶入过渡族元素的间隙位置。一.特点：保持溶剂结构溶质原子均位于bcc、fcc、hcp八面体间隙位置。产生固溶强化，间隙固溶强化其强化效果大于置换固溶强化。第9页间隙原子在bcc结构中的位置间隙固溶体中的固溶强化二.间隙固溶体的分类－①永远是有限固溶体。②永远是无序固溶体。三.影响溶解度因素－

6、1.溶剂一定时，溶质的原子半径越小，溶解度越大。（1）温度相同时，溶剂晶体结构不同溶解度不同；727℃时：C原子溶入γ-Fe中最大溶解度为0.77%；C原子溶入α-Fe中最大溶解为0.0218%；（2）溶剂晶体结构相同时，温度越高溶解度越大。C原子溶入γ－Fe：1148℃时最大溶解度为2.11%C727℃时最大溶解度为0.77%C有序固溶体及固溶体的微观不均匀性●固溶体的微观不均匀性过去认为原子在固溶体中分布是统计的、均匀的和无序的。第11页近年来研究表明无序固溶体只是宏观的一种说法，从微观尺度讲是不均匀的，可能出现完全无序、偏聚、短程有序和完全有序四种结构。（1）完全无

7、序当原子间作用力满足fAB＝fAA＝fBB关系时呈完全无序排列，如图（a）所示。固溶体中溶质原子示意图（3）短程有序当部分原子间作用力满足fAB>fAA(或fBB)时，固溶体部分原子呈为短程有序，如图（c）。（4）有序分布（超结构）－当处于短程有序排列的原子达到一定的原子分数时，固溶体发生了有序化转变，从而形成了有序固溶体，如（d）图。（2）偏聚当原子间作用力满足fAA或fBB>fAB时出现偏聚现象。如图（b）●有序固溶体－超结构图2－7Cu3Au有序固溶体Cu-Au25％合金：390℃以上为置换固溶体；390℃以下为有序固溶