晶态金属中的扩散.ppt

空位扩散机制---4．其它机制：环形换位机制，挤列机制等。铜不同扩散机制下所需能量?第31页,共58页，2024年2月25日，星期天五、影响扩散的因素

1．温度D=D0exp(-Q/RT)有lnD=lnD0-（Q/RT）如图扩散系数与T的半对数坐标图中斜率tgα=Q/R温度升高，扩散原子获得能量超越势垒几率增大且空位浓度增大，有利扩散，对固体中扩散型相变、晶粒长大，化学热处理有重要影响。工业渗碳：1027℃比927℃时，D增加三倍，即渗碳速度加快三倍第32页,共58页，2024年2月25日，星期天五、影响扩散的因素---2．晶体缺陷短路扩散：原子沿点、线、面缺陷扩散速率比沿晶内体扩散速率大，沿面缺陷的扩散（界面、晶界）：原子规则排列受破坏，产生畸变，能量高，所需扩散激活能低第33页,共58页，2024年2月25日，星期天五、影响扩散的因素---2．晶体缺陷低温下明显，高温下空位浓度多，晶界扩散被晶内扩散掩盖晶粒尺寸小，晶界多，D明显增加第34页,共58页，2024年2月25日，星期天五、影响扩散的因素---2．晶体缺陷沿线缺陷（位错）的扩散位错象一根管道，沿位错扩散激活能很低，D可以很高，但位错截面积总分数很少，只在低温时明显，如低温时过饱和固溶体分解时沉淀相在位错形核冷变形，增加界面及位错，促进扩散。第35页,共58页，2024年2月25日，星期天五、影响扩散的因素---3．晶体结构的影响

a.同素异晶转变的金属中，D随晶体结构改变，910℃，Dα-Fe/Dγ-Fe=280， α-Fe致密度低，且易形成空位。

b.晶体各向异性使D有各向异性。

铋扩散的各向异性，菱方系Bi沿C轴的自扩散为垂直C轴方向的1/106

六方系的Zn：平行底面的自扩散系数大于垂直底面的，因底面原子排列紧密，穿过底面困难。

第36页,共58页，2024年2月25日，星期天铋扩散的各向异性第37页,共58页，2024年2月25日，星期天五、影响扩散的因素---4．固溶体类型：间隙原子扩散激活能小于置换式原子扩散激活能，缺位式固溶体中缺位数多，扩散易进行。5．扩散元素性质：扩散原子与溶剂金属差别越大，扩散系数越大，差别指原子半径、熔点、固溶度等表10-4：不同元素在银中的扩散系数第38页,共58页，2024年2月25日，星期天五、影响扩散的因素---6．扩散元素浓度溶质扩散系数随浓度增加而增大相图成分与扩散系数的关系，溶质元素使合金熔点降低，D增加，反之，D降低第39页,共58页，2024年2月25日，星期天五、影响扩散的因素---7．第三元素（或杂质）影响复杂如碳在r-Fe中扩散系数跟碳与合金元素亲和力有关a.形成碳化物元素，如W、Mo、Cr等，降低碳的扩散系数b. 形成不稳定碳化物，如Mn，对碳的扩散影响不大c.不形成碳化物元素，影响不一，如Co、Ni可提高C的扩散，而Si则降低碳的扩散。第40页,共58页，2024年2月25日，星期天六、反应扩散

1． 反应扩散：渗入元素浓度超过溶解度，发生化学反应而,形成新相的扩散可参照相图分析，如Fe-N相图分析，纯铁520℃渗氮第41页,共58页，2024年2月25日，星期天纯铁渗氮后浓度变化纯铁渗氮后表面氮浓度分布二元系中反应扩散，渗层中无两相区。三元系反应扩散渗层中无三相区第42页,共58页，2024年2月25日，星期天4． 反应扩散速率决定于原子在化合层中扩散速度VD及界面发成化合物的反应速度VR受速度慢因素控制，控制因素可转化VRVD，化合物层厚度x=Kt，通常化合物层厚度薄时出现，K常数，t时间VDVR,通常是在化合物层厚度较厚时，浓度梯度减小扩散减慢，此时呈抛物线关系，x2=K′t第43页,共58页，2024年2月25日，星期天七、扩散问题的实例

1．铸锭均匀化铸锭中枝晶偏析，高温均匀化，溶质原子成分可近似为正弦波均匀化后浓度表达：C=Coexp(-Dtπ2/L2)Co、C均匀化前、后峰谷间浓差，L：枝晶间距，t：均匀化时间（s），D：扩散系数，可推导出，t∝L2/D第44页,共58页，2024年2月25日，星期天七、扩散问题的实例---1．铸锭均匀化t∝L2/D故（a）一定温度下，D一定，t∝L2，故快速凝固或锻打后均匀化，缩短枝晶间距，可缩短t（b）t∝D-1，D与T有关，温度高，D大，t可缩短，故在不产生过热、过烧时，提高铸锭均匀化温度有利缩短t。第45页,共58页，2024年2月25日，星