金属工艺学9.ppt

文档介绍：第八章扩散
本章重点:
(1) 扩散的概念与本质
(2) 固态金属扩散的条件
(3) 影响扩散的因素
定义: 物质中原子或分子通过无规运动导致宏观迁移与传质的现象。
└移动距离超过平均原子间距
扩散现象:柯肯达尔效应(P214)
物质传输方式:
气、液:
扩散
固:
扩散
——唯一机制
1 扩散定义与本质
对流、
本质:
大量原子不断克服原子之间能垒,跃迁到邻近位置,实现宏观的物质迁移过程。
阻力:邻近原子间势能垒
驱动力:热振动原子的能量起伏
——与温度有关
Q
2 扩散的微观机制
1) 间隙扩散机制
在间隙固溶体中溶质原子的扩散是从一个间隙位置跳到近邻的另一间隙位置,发生间隙扩散。H、N、O、C等原子都是以间隙机制在金属中扩散。
间隙机制
2) 空位扩散机制
用空位机制解释柯肯达尔效应
s/journals/JOM/9706/Nakajima-
在置换固溶体中,一个处于阵点上的原子通过与空位交换位置而迁移。这个过程相当于空位向相反方向移动,故亦称为空位扩散。
柯肯达尔效应(Kirkendall effect)
Cu
Ni
Cu
Ni
扩散前
扩散后
Ernest Kirkendall
在含有浓度梯度的置换固溶体中,埋入一个惰性标记,由于两组元扩散能力不相等,经过扩散后会引起标记的移动。这个现象以后就称为柯肯达尔(Kirkendall)效应。
3) 其他机制
只能在一些非晶态合金中出现
也不容易出现
3 扩散的条件
①存在扩散驱动力——热力学条件
梯度:化学位、温度、应力、
电场、磁场等
②扩散原子与基体有固溶性——前提条件
③足够高温度——动力学条件:
④足够长时间
—宏观迁移的动力学条件
4 固态扩散的分类
通常扩散伴随浓度变化, 且高浓度→低浓度
但实际上:并非一定如此
例如: 纯金属以及均匀固溶体中晶粒的长大(晶界的迁移)——扩散中无浓度变化;
又如: 奥氏体转变为珠光体时:
奥氏体转变为渗碳体时碳由低浓度的奥氏体向高浓度的渗碳体扩散
——扩散的种类(类型)不同