固態(tài)合金的相結(jié)構(gòu)

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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