第六章扩散6.1概论一.扩散的现象和本质1.扩散:是物质中原子(或分子)的物质迁移现象,是物质传输的一种方式.2.柯肯达尔(Kirkendall)效应3.固态金属原子的迁移过程原子热振动能量起伏克服势垒Q原子跃迁原子激活激活能:原子克服势垒所必须的能量.原子跃迁的方向原子的醉步:扩散原子的随机跃迁过程二.扩散机理(一).间隙扩散机理固溶体中的间隙扩散方式间隙固溶体中置换固溶体挤列式(b)顶替式(a)扩散的条件:+一定的晶体结构热振动间隙固溶体中绝大部分都空着.(二).换位扩散机理直接换位扩散机制环形换位扩散机制(三).空位扩散机理空位增多温度提高原子偏离平衡位置原子热振动加剧形成空位势能增高原子跃迁到空位的势垒降低原子热振动铜的激活能计算值与实验值比较结论:空位扩散机理在固态金属扩散时可能性最大.三.固态金属扩散的条件问题:溶质原子一般由高浓度向低浓度的方向扩散,浓度差是扩散的驱动力吗?溶质原子是否可以由低浓度向高浓度的方向扩散?扩散的驱动力是什么呢?回答:扩散的驱动力是化学位差.组元原子总是自发的从化学位高的地方向化学位低的地方迁移(扩散).当溶质原子的浓度梯度同化学位梯度一致时,溶质原子就会从高浓度的地方向低浓度地方(迁移)扩散.反之,则向由低浓度的地方向高浓度地方(迁移)扩散.最终目的:降低系统的自由能.问题举例:见下页.(一)温度足够高.(二)时间足够长.(三)扩散原子要固溶.(四)扩散要有驱动力.举例说明含碳量相近的碳钢(Wc=0.441%)和硅钢(Wc=0.487%,Wsi=3.80%)对焊在一起,在1050oC13小时后,硅钢侧碳浓度降低,碳钢侧碳浓度上升.原因是硅提高了碳的化学位,所以碳原子从有硅的侧向无硅的侧扩散,以求降低化学位.•其他引起扩散的因素:温度梯度,应力梯度,表面自由能差,电场和磁场等.举例:AL-C合金棒弹性弯曲,并在一定温度下加热,发生扩散.大的铝原子向受拉伸的一边扩散,小的铜原子小受压缩的一边扩散.四.固态扩散的分类(一)根据扩散过程中是否发生浓度变化分类•自扩散:•互扩散:(二)根据扩散方向是否与浓度梯度的方向相同进行分类•下坡扩散:•上坡扩散:(三)根据扩散过程中是否出现新相进行分类•原子扩散•反应扩散6.2扩散定律壹.菲克第一定律在扩散过程中,在单位时间内通过垂直于扩散方向的单位截面面积的扩散流量J与浓度梯度dC/dx成正比.J=-DdC/dxJ为扩散流量;D为扩散系数;为dC/dx体积浓度梯度;负号表示物质的扩散方向与浓度梯度的方向相反.适用范围:稳态扩散(扩散过程中,合金各处的浓度不随时间(dC/dt=0)变化.)贰.菲...
