福州大学材料科学基础晶态固体材料中的界面.pptxVIP

 第七章  晶态固体材料的界面第一节 晶体表面第二节 晶界结构第三节 晶界的能量第四节 晶界平衡偏析第五节 晶界迁移第六节 相界面第七节 界面能与显微组织形貌; 晶体材料中的界面可分为两种：同相界面和异相界面。 同相界面是相同晶体结构及相同化学成分的品粒之间的界面，它包括晶粒界、孪晶界、畴界和堆垛层错等。 异相界面是具有不同晶体结构、化学成分也可能不同的区域之间的紧密界面 。 相界：异相界面两侧的区域属于不同相的界面。 表面：固体与气体之间的分界面。;第一节、晶体表面; 理想表面：结构与晶体内部结构完全相同的表面。 清洁表面与理想表面的区别： （1）表面结构的弛豫 表面晶体结构与体内基本相同但点阵参数略有不同;（2）表面重构 表面层的晶体结构与体内有本质的不同，通常表现表面超结构的出现。; 二．表面吸附 表面原子结合键不饱和 通过吸附可达到平衡状态，吸附层几个原子层厚 正吸附：吸附原子浓度高于其在晶内浓度，反之负吸附 驱动力：表面自由能的降低 1、表面偶电层 ;2、表面吸附可分为物理吸附和化学吸附两种 物理吸附是反应分子靠范德华力吸附在固体表面上： 化学吸附类似化学反应，吸附剂和吸附物的原子和分子间发生电子转移，改变吸附分子的结构，主要作用力是静电库仑力。 物理吸附和化学吸附的不同之处：? ①吸附热不同； ②吸附和脱附的速率不同； ③吸附的选择性不同 化学吸附固有很高的选择性，而物理吸附则无选择性； ④吸附层的厚度不向．化学吸附总是限于单原子层或单分子层，而物理吸附在低压下是单层，在高压下会变成多层； ⑤吸附态的光谱不同． ;Gibbs吸附方程 Г=-x/RT( σ/ x)T Г：吸附量 x：溶质原子在晶体中平衡体积浓度 R：气体常数 T：绝对温度 ( σ/ x)T：一定温度下比表面能随溶质原子浓度的改变率 ( σ/ x)T0，Г0，增加溶质浓度，表面能降低，正吸附表面偏聚 ( σ/ x)T0，Г0，则为负吸附，溶质在表面贫化 ;三．表面能 晶体表面原子与周围原子键合数 减少，多余的未结合的键使内能增 加 表面能 V（J/m2）=dw/dA， 即为增加单位表面积 所作的功。 ;晶体表面;第二节、晶界结构;2．小角度晶界— 对称倾侧晶界 由相隔一定距离刃型位置垂直排列组成 位错间距离D：与柏氏矢量及位向差关系, 已知晶体点阵常数，想法测出位错蚀坑距离，可计算位向差 ; 2．小角度晶界-不对称倾侧晶界 --两组不同方向的刃错组成 ;不对称倾侧晶界 两晶体各转θ/2后形成晶界，晶界与x轴成ψ角 扭转晶界：两晶体绕轴旋转后相差θ后螺型位错 网络组成 扭转晶界示意图 ; 扭转晶界位错模型;3． 大角度晶界模型大角度晶界中仍有周期性结构，重合位置点阵模型相邻晶粒点阵延伸互相穿插，两晶粒位向转动一特定角度后，两晶粒的阵点有部分处于重合位置，由重合的阵点构成重合位置点阵;; 孪晶界：共格 非共格孪晶界 ;3．亚晶界--- 每个晶粒中直径10-100μm的晶块（亚晶粒）之的界面 ;亚晶界---溶质原子优先聚集和第二相优先析出的地方可阻碍位错运动，影响材料力学性能;;晶界能---实线测量值、虚线计算值 小于15-200 两者符合很好。EB在小角时与位向敏感，大角度时为常数;晶界能---三个晶界平衡时有 E1/sinφ1=E2/sinφ2=E3/sinφ3; 第四节 晶界平衡偏析;;1、晶界偏聚---非平衡偏聚 由于空位的存在，促使溶质原子向晶界迁移的偏聚， 辐射或加热时产生大量空位在冷却时向晶界迁移并消失，同时拖着溶质原子运动，溶质原子富集在晶界。 （1）非平衡偏聚特点： a. 偏聚范围大，在晶界上形成一定宽度偏聚带，达几微米，偏聚带两侧有溶质原子贫化区。 b. 非平衡偏聚在适当冷却速度下发生 c. 一定冷速下，淬火温度升高，由于空位增多，偏聚及贫化宽度增加;（2） 晶界偏聚意义 对强韧性、晶间腐蚀、应力腐蚀、蠕变断裂强度、钢回火脆性，钢淬透性有重要影响： a. 纯铁中氧含量增至0.057%，由于氧在晶界偏聚降低晶界结合力，脆性转变温度提高至300℃以上，Ni-Cr