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《固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、主講教師李香芝§2-2金屬間化合物§2-1固溶體《材料科學(xué)基礎(chǔ)》第二章合金的相結(jié)構(gòu)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》§2-1固溶體一.固溶體特性第一頁第一節(jié)合金:由兩種或兩種以上的元素(至少一種金屬元素)經(jīng)熔煉、燒結(jié)等組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。保持溶劑晶體結(jié)構(gòu);成分可變結(jié)構(gòu)不變,在相圖中為一個相區(qū);保持金屬鍵結(jié)合;產(chǎn)生固溶強化。二、固溶體分類1.按溶質(zhì)在溶劑中的位置劃分:置換固溶體間隙固溶體2.按溶質(zhì)在溶劑中的溶解度劃分:有限固溶體無限固溶體3.按溶質(zhì)在溶劑中分布規(guī)律劃分:有序固溶體無序固溶體第2頁第一節(jié)第3頁置換固溶體-溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑陣點位置所形成的。固溶體.Cu(
2、Ni)或Ni(Cu)三、置換固溶體分類無限固溶體:Cu-Ni、Au-Ag…有限固溶體:Cu-Zn(39%)、Cu-Sn(9%)無序固溶體:Cu-Ni、Au-Ag、Cu-Zn有序固溶體:Cu-25%Au(Cu3Au)..形成無限固溶體時兩組元原子連續(xù)置換示意圖第一節(jié)第4頁原子半徑相近兩類原子相互溶解Cu-Ni、Cu-Zn;保持溶劑晶體結(jié)構(gòu);溶劑原子占據(jù)陣點位置;產(chǎn)生固溶強化-隨著溶質(zhì)原子的溶入導(dǎo)致固溶體的晶格畸變增加,從而使σb、HB↑、δ及αk稍↓現(xiàn)象特性無序置換固溶體結(jié)構(gòu)示意圖有序固溶體Cu3Au置換固溶體點陣畸變示意圖第5頁第一節(jié)晶體結(jié)構(gòu)因素原子尺寸因
3、素影響置換固溶體溶解度因素負電性因素電子濃度因素晶體結(jié)構(gòu)因素●組元間晶體結(jié)構(gòu)相同是形成無限固溶體的必要條件。(如:Cu-Ni合金無限固溶體)●形成有限固溶體時,溶質(zhì)元素與溶劑的結(jié)構(gòu)類型相同,則溶解度通常也較不同結(jié)構(gòu)時為大。第6頁電子濃度因素(化合價因素)電子濃度v-溶劑的原子價u-溶質(zhì)的原子價x-溶質(zhì)的摩爾分數(shù)極限電子濃度:形成固溶體的最大溶解度時對應(yīng)的值。一定溶劑的晶體結(jié)構(gòu)對應(yīng)一定的極限電子濃度值。一價的bcc結(jié)構(gòu)的金屬為溶劑時,一價的fcc結(jié)構(gòu)的金屬為溶劑時,如:Cu(Ni-無限)合金如:Cu(Zn-39%)合金Cu(Sn-9%)合金只有0價或1價的元
4、素與1價的元素相互溶解有可能形成無限固溶體。超過極限電子濃度值越大溶解度越小,過渡族元素化合價為”零”價.(如:Cu一1價,Ni一0價)元素的化合價化合價因素小結(jié)原子尺寸因素只有當(dāng)△r<14%~15%才可能無限互溶?!褚訤e為溶劑時△r<8%才可能無限互溶?!褚訡u為溶劑時△r<10%~11%才可能無限互溶。原因是:△r越大晶格畸變越大,溶解度越小。如:Cu(Ni-無限)合金-第7頁-溶劑原子半徑-溶質(zhì)原子半徑負電性因素(化學(xué)親合力)負電性;原子接受電子而顯示負電性的能力。以負電性大小來衡量化學(xué)親合力?!駜稍刎撾娦圆钪郸<0.4~0.5時,有利于形成固
5、溶體?!瘭>0.4~0.5,傾向于形成穩(wěn)定的化合物,其負電性差值越小,固溶體中固溶度越大。如元素的負電性值:Cu-1.9,Ni-1.9;Zn-1.6,Sn-1.8。Cu-Ni合金可能無限互溶;Cu-Zn,Cu-Sn合金溶解度小于Cu-Ni合金。第8頁四、間隙固溶體(interstitialsolid)形成規(guī)律-原子半徑較小的非金屬元素C、N、H溶入過渡族元素的間隙位置。一.特點:保持溶劑結(jié)構(gòu)溶質(zhì)原子均位于bcc、fcc、hcp八面體間隙位置。產(chǎn)生固溶強化,間隙固溶強化其強化效果大于置換固溶強化。第9頁間隙原子在bcc結(jié)構(gòu)中的位置間隙固溶體中的固溶強化二
6、.間隙固溶體的分類-①永遠是有限固溶體。②永遠是無序固溶體。三.影響溶解度因素-1.溶劑一定時,溶質(zhì)的原子半徑越小,溶解度越大。(1)溫度相同時,溶劑晶體結(jié)構(gòu)不同溶解度不同;727℃時:C原子溶入γ-Fe中最大溶解度為0.77%;C原子溶入α-Fe中最大溶解為0.0218%;(2)溶劑晶體結(jié)構(gòu)相同時,溫度越高溶解度越大。C原子溶入γ-Fe:1148℃時最大溶解度為2.11%C727℃時最大溶解度為0.77%C有序固溶體及固溶體的微觀不均勻性●固溶體的微觀不均勻性過去認為原子在固溶體中分布是統(tǒng)計的、均勻的和無序的。第11頁近年來研究表明無序固溶體只是宏觀的一
7、種說法,從微觀尺度講是不均勻的,可能出現(xiàn)完全無序、偏聚、短程有序和完全有序四種結(jié)構(gòu)。(1)完全無序當(dāng)原子間作用力滿足fAB=fAA=fBB關(guān)系時呈完全無序排列,如圖(a)所示。固溶體中溶質(zhì)原子示意圖(3)短程有序當(dāng)部分原子間作用力滿足fAB>fAA(或fBB)時,固溶體部分原子呈為短程有序,如圖(c)。(4)有序分布(超結(jié)構(gòu))-當(dāng)處于短程有序排列的原子達到一定的原子分數(shù)時,固溶體發(fā)生了有序化轉(zhuǎn)變,從而形成了有序固溶體,如(d)圖。(2)偏聚當(dāng)原子間作用力滿足fAA或fBB>fAB時出現(xiàn)偏聚現(xiàn)象。如圖(b)●有序固溶體-超結(jié)構(gòu)圖2-7Cu3Au有序固溶體Cu
8、-Au25%合金:390℃以上為置換固溶體;390℃以下為有序固溶