83 扩散定律.ppt

(5) 合金元素 A、影响基体点阵中原子间结合力，进而影响原子的扩散激活能Q，影响D。 通常：若熔点或液相线↑则Q ↑，D↓ 8.4 影响扩散的因素 B、合金元素对钢中碳扩散系数的影响 ——是否形成碳化物 8.4 影响扩散的因素 1、扩散、上坡扩散、下坡扩散和固态扩散的种类 2、扩散机制 3、扩散系数的物理意义和影响因素。 习题与思考 第八章 扩散 主讲人：黄建平 单 位：材料科学与工程学院 电 话 Email：hjphit_1983@163.com 第七章内容回顾 塑性变形后，金属在加热时组织将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。形变金属在加热时组织的变化与性能的关系。金属的热加工及其对金属组织和性能的影响。 第八章 扩散 本章主要内容： 8.1 扩散的概念与本质 8.2 固态金属扩散的条件 8.3 扩散定律 8.4 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 物质传输方式： 气、液 ： 扩散 固 ： 扩散 —— 唯一机制 8.1 扩散定义与本质 对流、 8.1 扩散的概念与本质 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 8.1 扩散的概念与本质 扩散机制 (1) 换位扩散 —主要机制 —小原子 ——难 (2) 空位扩散 (3) 间隙扩散 8.1 扩散的概念与本质 空位扩散是固态金属最可能采取的扩散机制 原因： 相互调位所需能量较大，难以实现。 环形换位必然使通过界面流入和流出的原子数目相等，无法解释柯肯达尔效应。 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。 8.1 扩散的概念与本质 8.1 扩散的概念与本质 8.2 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 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。 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。 扩散原子与基体有固溶性——前提条件 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。 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。 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。 8.2 扩散的条件 足够高温度——动力学条件： 固态扩散依靠原子热激活而进行。温度越高，原子热振动越激烈，被激活而迁移的几率越大。 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。 如,碳原子在室温下的扩散极其微弱，100℃以上时较显著，而铁原子须在500℃以上才能扩散。 8.2 扩散的条件 ④ 足够长时间 —宏观迁移的动力学条件 原子在晶体中跃迁一次最多移动0.3-0.5nm的距离，扩散1mm的距离须跃迁亿万次。且原子跃迁的过程是随机的，所以，只有经过很长时间才能造成物质的宏观定向迁移。 应用:快速冷却到低温，原子来不及被激活，使扩散过程“冻结”，就可以保持高温下的状态。 举例…… 8.2 扩散的条件 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 8.2 扩散的条件 固态扩散的分类 根据扩散中是否发生浓度变化分类 ① 自扩散——扩散中无浓度变化 ——纯金属以及均匀固溶体中晶粒的长大 ——扩散与浓度梯度无关