合金相基本知识-固溶体概要.ppt

固溶体的物理性能 点阵参数：理论上点阵参数a与固溶体成分x的线性关系遵从费伽定律 a=a1+(a2-a1)x；但实际上存在偏差Δa=k(zB-zA)2 其中：k为常数， zB及zA分别表示溶质与溶剂的原子价。 弹性模量：固态无限互溶的二元合金的弹性模量和成分的关系多半是线性的(如Cu-Ni, Cu-Pt, Cu-Au)或近似线性的(如Ag-Au)；对于铜基和银基合金，杨氏模量随合金含量而线性减小 电阻率：加入少量溶质原子使电阻率增大，连续的固溶体的电阻率随成分作连续的变化。ρ= ρ’+ xρB(T)+(1-x) ρA(T) ，ρ`为合金的剩余电阻率，和温度无关。对于稀固溶体，ρ= ρ’+ρA(T) 热容量：一般情况下，合金的热容量等于纯组元热容量cA及cB的叠加，即 c = x cB + (1-x)cA 固溶体的物理性能 有序化的驱动力： 混合能参量 ?m = ?AB-1/2 (?AA + ?BB) 0， 有序化的阻力是组态熵，升温使它对自由能的贡献（- TS）增加，达到某个临界温度后，紊乱无序的固溶体更加稳定，有序固溶体消失。 有序化的驱动力与阻力 五、有序固溶体 图19 Cu-Au系二元合金相图 有序固溶体的合金相图，以fcc为基的Cu-Au系、CuPt系有序固溶体，以bcc为基的Cu-Zn系、Fe-Al系有序固溶体，以hcp为基的Mg-Cd系有序固溶体。 五、有序固溶体 有序化的程度叫有序度，有序度有短程和长程之分。长程序不一定完全，其程度可用长程有序度参数（S）来表示，设A, B两种原子在完全有序状态分别占据两种位置?与?， 长程序参数被定义为 S =（Rα-XA) / (1-XA) = (Rβ-XB) / (1-XB) 其中Xa及XB 为A、B两种原子的百分数， Rα表示?位置为A原子所占据的分数， R β为表示β位置为B原子所占的分数。 在完全无序状态Rα= XA， R β= XB，因而 S=0； 在完全有序状态Rα=1， Rβ=1，因而 S=1 在当长程有序接近零时短程有序还可以保持相当的数值，随着有序度的增加，先形成了有序畴（或反向畴），然后再逐渐长大。 有序度 五、有序固溶体 有序度与温度的关系 采用统计热力学方法可以推导出长程有序参数?与T的关系： ? = tgh(??/2)=tgh(- ?Z?m/2kT) （1） 令x= ??/2, ? = 2x / ? = (- 2kT/Z ?m) x （2） 在?-x坐标系中，上式为一直线，其斜率为（- 2kT/Z ?m），将x值代入第一个式子，得到 ? = tghx= tgh (- ?Z?m/2kT) （3） （3）式为双曲线正切函数，这一曲线与（2）式不同温度的直线的交点，就是不同温度的长程有序度 五、有序固溶体 五、有序固溶体 图20、确定长程有序度?的方法 当x=0，则?=0，这时双曲正切函数曲线的斜率dtanhx/dx=1。要?有大于零的解，则图20中直线和斜率应小于1，即温度超过某一临界温度(Tc)，则?都是零。从公式（2）的直线斜率为1的条件得到Tc= -Z?m/2k，由于?m0，故Tc为正值， ?m的绝对值愈大，则有序固溶体愈稳定，需要较高的温度使它完全无序化，故Tc愈高。 有序固溶体的结构和X-射线衍射特征 有序排列的证据在于X-射线衍射图样上有超结构线出现。当A原子平面的散射波和B原子平面的散射波的位相差正好为?时，由于两种原子的散射因子不同，散射波不能互相抵消，就形成了所谓的超结构线。在无序排列的固溶体中，点阵中每个位置上原子的散射振幅相当于两种原子散射因子的平均值，因此，相邻原子平面的散射波完全抵消，没有超结构线出现。 五、有序固溶体 图21 Cu3Au有序相和无序相的X-射线衍射特征 * 合金相与相变 易丹青 教授 材料科学与工程学院 danqing@mail.csu.edu.cn 1、合金相的类型 2、合金相的稳定性 3、合金相的参变量 4、固溶体 5、有序固溶体 第二讲、合金相的基本知识（一） 一、合金相的类型 1、按照组成合金相的原子类型和化学键的性质分类 金属键晶体（纯金属Fe、Al、Cu和固溶体Cu-Ni） 离子键晶体（NaCl、MgO等） 共价键晶体（金刚石、硼、硅） 分子键晶体（He、H2、HCl） 几百 几个 私有 无变化 离子键 分子键 几十 几百 公有 共有 金属键 共价键 结合能kJmol-1 价电子 晶体 结合能kJmol-1 价电子 晶体 表1- 各种晶体的价电子