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[化学]1-3-4 合金相结构
材料科学基础 原子半径小的原子构成密排面,其中嵌镶有原子半径大的原子,由这些密排层按一定顺序堆垛而成,从而构成空间利用率很高、只有四面体间隙的密排结构。 原子密排层系由三角形、正方形或六角形组合起来的网格结构。 通常用一定符号表示:取网格中的任一原子,依次写出围绕着它的多边形类型。 b. 呈层状结构 Laves相、σ相、μ相、Cr3Si型相、R相、 P相等。 B、拓扑密堆相种类 分子式 AB2; rA/rB=1.05-1.68 ; 有 MgCu2结构, MgZn2结构, MgNi2结构。 ※ Laves相 每个晶胞中有: 16个Cu原子,8个Mg原子; rA/rB=1.225 Cu位于小四面体的顶点,Mg位于各小四面体之间的空隙中; Mg原子周围有12个Cu原子和4个Mg原子,故配位多面体为CN16; Cu原子周围有6个Cu原子和6个Mg原子,故配位多面体为CN12; MgCu2立方结构 故:MgCu2结构可看成由CN16与CN12配位多面体相互配合而成。 ※ σ相 四方结构,轴比c/a=0.52,单位晶胞中有30 个原子。 σ相在常温下硬而脆,对合金性能有害 分子式 AB或AxBy; 4、超结构(有序固溶体) 对某些成分接近于一定的原子比(如AB或AB3)的无序固溶体中,当它从高温缓冷到某一临界温度以下时,溶质原子会从统计随机分布状态过渡到占有一定位置的规则排列状态,即发生有序化过程,形成有序固溶体。 长程有序的固溶体在X射线衍射图上会产生外加的衍射线条,称为超结构线,所以有序固溶体通常称为超结构或超点阵。 * * 福州大学材料科学与工程学院 刘旭俐 College of Materials Science and Engineering, FZU Fundament of Material Science 1.3.4 合金相结构 合金是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。 根据合金组成元素及其原子相互作用的不同,固态下所形成的合金相基本上可分为固溶体和中间相两大类。 一、 固溶体 固溶体: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 根据溶质原子在溶剂点阵中所处的位置,可将固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两大类。 1、置换固溶体 置换固溶体:杂质取代了主晶相中原子或离子 所形成的固溶体。 金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体,但溶解度视不同元素而异。 若杂质在主晶相中只有部分固溶,这种固溶体称为有限型固溶体。 若杂质在主晶相中以任意比例固溶,这种固溶体称为连续型(无限型)固溶体。 连续置换固溶体中两组元原子置换示意图 影响溶解度的因素主要有: 1) 晶体结构 晶体结构相同是组元间形成无限固溶体的必要条件. 若两组元的晶体结构类型不同,组元间的溶解度只能是有限的。 3) 电负性的影响 电负性相近有利于形成固溶体 电负性相差很大时将形成中间相或化合物 2) 原子或离子尺寸的影响 相互替代的原子或离子尺寸愈相近,则固溶体愈稳定 ?r = ? 15%时,溶质与溶剂之间可以形成连续固溶体; ?r 30 %时, 溶质与溶剂之间很难或不能形成固溶体 原子尺寸的影响主要与溶质原子的溶入所引起的点阵畸变及其结构状态有关。△r越大,溶入后点阵畸变程度越大,畸变能越高,结构的稳定性越低,溶解度越小。 15%?r 30 %时, 溶质与溶剂之间形成有限固溶体; 4) 电子浓度因素 电子浓度指合金相中各组元价电子总数与原子总数之比 对一价金属溶剂: 晶体结构为fcc,极限电子浓度为1.36; bcc时为1.48; hcp时为1.75. 极限电子浓度指合金在最大溶解度时的电子浓度。 超过此值时,固溶体就不稳定而要形成另外的相; 极限电子浓度与溶剂晶体结构类型有关 2、间隙型固溶体 间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间隙 而形成的固溶体。 ?r 41%时, 溶质原子就可能进入溶剂晶格间隙中 而形成间隙固溶体. 形成间隙固溶体的溶质原子通常是原子半径小于0.1nm非金属元素。 在间隙固溶体中,由于溶质原子一般比晶格间隙的尺寸大,当它们溶入后,都会引起溶剂点阵畸变,点阵常数变大,畸变能升高。故间隙固溶体都是有限固溶体,而且溶解度很小。 影响因素:溶质原子的大小 溶剂晶体结构中间隙的形状与大小 间隙固溶体类型: 2) 阳离子填隙: 阳离子进入晶格间隙中形成的间隙型固溶体 3)
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