固溶体-课件(6).ppt

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1、合金(alloy)----两种或两种以上的金属或金属与非金属经冶炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组元----组成合金的基本单元。组元可以是金属和非金属,也可以是化合物相(phase)----合金中具有同一聚集状态,同一化学成分、同一晶体晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。1.4合金相结构相分类:固溶体和中间相(金属间化合物)固溶体——中间相——中间相可以用分子式来大致表示其组成。合金相的性质由以下三个因素控制:（1）电负性或化学亲和力因素（2）原子尺寸因素△r=（rA－rB)/rA△r越大，越易形成中间相。△r越小，越易形成固溶体（3）原子价因素(电子浓度因素):合

2、金中各组成元素的价电子数总和与原子总数的比值。C越大，越易形成化合物；C越小，越易形成固溶体固溶体是以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。1.4.1固溶体一、固溶体分类(1)按溶质原子在点阵中所占位置分为：置换固溶体(substitutionalsolidsolution)：溶质原子置换了溶剂点阵中部分溶剂原子。金属和金属形成的固溶体都是置换式的。如，Cu-Zn系中的α和η固溶体都是置换式固溶体。在金属氧化物中，主要发生在金属离子位置上的置换，如：MgO-CaO，MgO-CoO，PbZrO3-PbTiO3，Al2O

3、3-Cr2O3等。间隙固溶体(interstitialsolidsolution)：溶质原子分布于溶剂晶格间隙中。金属和非金属元素H、B、C、N等形成的固溶体都是间隙式的。如，在Fe-C系的α固溶体中，碳原子就位于铁原子的BCC点阵的八面体间隙中。固溶体的两种类型（置换和间隙）(2)按溶质原子在溶剂原子中溶解度分类：有限固溶体：在一定条件下,溶质原子在溶剂中的溶解量有一个上限,超过这个限度就形成新相。两种晶体结构不同或相互取代的离子半径差别较大，只能生成有限固溶体。如MgO-CaO系统，虽然都是NaCl型结构，但阳离子半径相差较大，rMg2+=0.80埃，rCa2+=1.00埃，取代只能到一

4、定限度。无限固溶体：溶质原子可以任意比例溶入溶剂晶格中形成的固溶体。Cu-Ni系、Cr-Mo系、Mo-W系、Ti-Zr系等在室温下都能无限互溶，形成连续固溶体。MgO-CoO系统，MgO、CoO同属NaCl型结构，rCo2+=0.80埃，rMg2+=0.80埃，形成无限固溶体，分子式可写为MgxCo1-xO，x=0~1；PbTiO3与PbZrO3也可形成无限固溶体，分子式写成：Pb（ZrxTi1-x）O3，x=0~1。(3)按溶质原子在溶剂中的分布特点分类无序固溶体：溶质原子在溶剂中任意分布,无规律性。有序固溶体：溶质原子按一定比例和有规律分布在溶剂晶格的点阵或间隙里。(4)按基体类型分类：

5、一次固溶体：以纯金属为基形成的固溶体。二次固溶体：以化合物为基形成的固溶体。有序固溶体－短程有序固溶体－长程有序固溶体－偏聚二、固溶度固溶度是指固溶体中溶质的最大含量，也就是溶质在溶剂中的极限溶解度。它可以由实验测定，也可以由热力学原理进行计算。研究固溶体具有很大的实际意义，因为固溶度的大小及其随温度的变化关系到合金的性能和热处理行为。（1）尺寸因素以r1和r2分别代表半径大和半径小的溶剂(主晶相)或溶质(杂质)原子(或离子)的半径，当时，溶质与溶剂之间可以形成连续固溶体。当时，溶质与溶剂之间只能形成有限型固溶体，当时，溶质与溶剂之间很难形成固溶体或不能形成固溶体，而容易形成中间相或化合物。

6、因此Δr愈大，则溶解度愈小。三.置换固溶体置换固溶体大小溶质原子引起的点阵畸变晶格畸变能：点阵畸变使晶体能量升高，这种升高的能量即为晶格畸变能。难熔金属的固溶度小于易熔合金，为什么？(2)晶体结构晶体结构相同是形成无限固溶体的必要条件。否则只能形成有限固溶体。NiO-MgO都具有面心立方结构，且Δr<15%，可形成连续固溶体；MgO-CaO两结构不同，只能形成有限型固溶体或不形成固溶体。(3)电负性因素电负性差越大,两者间亲和力大,易形成中间相。否则易形成固溶体。例如当Gordy定义的负电性值相差0.4以上时，固溶度就极小（因为此时A，B二组元形成稳定的中间相）。(4)电子浓度（e/a）合金

7、中各组成元素的价电子数总和与原子总数的比值。：e/a=VA(1-x)+VBx原子价：形成合金时，每一原子平均贡献的公有电子数（或参加结合键的电子数）。p141表5-1。极限电子浓度：最大固溶度时的电子浓度。如果用价电子浓度表示合金的成分，那么IIB~VB族元素在IB族熔剂元素中的固溶度相同，约为e/a=1.36,超过极性电子浓度，固溶体不稳定，形成新相。在尺寸因素有利的条件下，溶质元素的原子价越高，则其在Cu