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《金属学与热处理第八章_扩散课件.ppt》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、第八章材料中的扩散r扩散:物质中原子（或分子）的迁移现象，它是物质传输的一种方式.Ø原子的微观运动会引起物质的宏观流动,气体和液体的扩散易察觉.Ø固态金属中同样存在扩散现象,且扩散是固体中物质传递的唯一方式.Ø扩散是金属中的一个重要现象，是金属学的一个重要领域，它与金属的加工、使用性能间存在密切关系.材料中的扩散r应用举例u铸造合金消除枝晶偏析的均匀化退火u钢在加热和冷却时的一些相变u变形金属的回复与再结晶u钢的化学热处理第一节概述一、扩散现象Ø气体和液体中的扩散现象•例如：鲜花的芬芳，糖水的甜味•由物质的原子或分子迁移造成,是物质传
2、输的结果。扩散方向是自浓度高的方向向浓度低的方向进行，直至各处浓度均匀为止.Ø固态物质中的扩散现象•金属结晶时,液态金属原子向固态晶核的迁移,再结晶晶粒长大,钢的渗碳,金属的焊接等•固体中的扩散速率十分缓慢，但确实存在。r固态扩散的实验(柯肯达尔效应)•把Cu、Ni棒对焊，在焊接面上镶嵌上钨丝作为界面标志。加热到高温并保温，界面标志钨丝向纯Ni一侧移动了一段距离.•柯肯达尔效应:置换互溶组元所构成的扩散偶中,由于两种原子以不同速度相对扩散,扩散通量不相等造成标记面漂移的现象.r固态金属中原子的跃迁•金属晶体中的原子按一定规律呈周期性重
3、复排列，每个原子都处于周期性规律变化的结合能曲线的势能谷中，相邻原子间都隔着一个势垒Q,因此它们不会合并，也很难换位。•但是，原子时刻进行着热振动，振动能量与温度有关。当温度不变时，存在着能量起伏。•能量起伏的存在使部分原子具有足够高的能量,跨越势垒,由原来平衡位置跃迁到相邻平衡位置。•只要热力学温度不是零度，原子就有热振动，依靠能量起伏被热激活，以进行扩散迁移。•温度越高，原子迁移的几率越大。r固态扩散是大量原子无序跃迁的统计结果Ø晶体的周期势场中,原子向各个方向跃迁几率相等,这样,不会产生物质传输的宏观扩散效果.Ø若晶体周期场的势
4、能曲线倾斜(图),则原子自左向右跃迁的激活能为Q,自右向左的激活能为Q＋ΔC.那么,原子向右跳动的几率将大于向左跳动的几率.大量原子的无序跃迁造成物质的定向迁移，即发生扩散.Ø扩散不是原子的定向跃迁,而是原子的随机无序跃迁二、扩散机理Ø对于不同晶体结构的金属材料，原子的跳动方式不同，故扩散机理随晶体结构的不同而变化。原因:扩散不仅由原子的热运动所控制，还受具体的晶体结构制约。Ø扩散需具备的条件:能量条件与结构条件Ø扩散模型(按照单原子的跳动方式分)•空位扩散机理•间隙扩散机理1空位扩散机理r定义：通过扩散原子与空位交换位置来实现物质的
5、宏观迁移。r空位的存在，使周围邻近原子偏离平衡位置，势能升高，从而使原子跳入空位所需跨越的势垒高度降低，相邻原子就易于向空位跳动。温度越高，空位越多，金属中原子的扩散越容易。r空位扩散是固态金属最可能采取的扩散机制Ø基于柯肯达尔效应，以及实际晶体结构中存在着一定数量点阵空位的事实，空位扩散可能是置换固溶体的互扩散和纯金属的自扩散唯一采取的方式。2.间隙扩散机理r定义：扩散原子在点阵间隙位置间跃迁导致的扩散。Ø间隙固溶体中,溶质原子从其所占间隙位置跳到邻近另一个空着的间隙位置Ø置换固溶体中,溶质或溶剂原子从原来所占据的平衡位置跳到间隙位
6、置，再跳到邻近其他间隙位置.r实现间隙扩散的条件:Ø结构条件:扩散原子周围具备几何间隙位置Ø能量条件:克服跳动时周围阵点原子的阻力r间隙固溶体中,溶质原子占据的间隙位置很少,大部分是空的,可供间隙原子跳动,间隙扩散可能性大.r对置换固溶体,原子尺寸大,间隙很小,处于平衡位置的原子要跳入很小的间隙位置,且还要通过两个原子之间更小的间隙跳到另一个间隙位置，很难.1、扩散要有驱动力u扩散过程是在驱动力作用下进行的，扩散的驱动力不是浓度梯度,而是化学位梯度。原因：一些扩散过程沿着浓度降低的方向进行，使浓度趋于均匀化，而另一些扩散过程是沿着浓度
7、升高的方向进行。因此，浓度梯度并不是导致扩散的本质原因。u从热力学来看，等温等压条件下，不管浓度梯度如何，组元原子总是从化学位高处自发转移到化学位低处，当每种组元的化学位在系统中各点都相等时，达到动态平衡。三、固态金属扩散的条件2、扩散原子要固溶u扩散原子在基体金属中必须有一定固溶度，溶入基体晶格形成固溶体，才能进行固态扩散。u例1：在水中滴墨水，可很快扩散均匀.但在水中滴油，放置多久也不扩散均匀。u例2：铅不能固溶于铁，故钢可以在铅浴中加热，获得光亮清洁表面，不用担心铅粘附钢材表面。3、温度要足够高u固态扩散依靠原子热激活而进行。温
8、度越高，原子热振动越激烈，被激活而迁移的几率越大。u只要热力学温度不是零，总有部分原子被激活而迁移。温度低时，原子被激活的几率很低，表现不出物质输送的宏观效果，好象扩散过程被“冻结”，不同物质扩散“冻结”的温度不同。u如
