【材料课件】第06章 扩散.ppt

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1、第六章 固体中的扩散 概述 菲克定律 代位扩散 扩散中的热力学 扩散的微观机制 影响扩散系数的因素 反应扩散 拙 雅 夏 医 剩 蚜 迅 丛 酬 恼 逮 式 瞻 梗 三 泪 腑 怖 心 贯 掏 工 石 链 尔 乐 轧 牺 搜 鳞 殿 酸 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 概述 扩散现象:大家已经在气体和液体 中知道,例如在房间的某处打开一瓶香 水,慢慢在其他地方可以闻到香味,在 清水中滴入一滴墨水,在静止的状态下 可以看到他慢慢的扩散。 扩散:由构成物质的微粒(离子、原 子、分子)的热运动而产生的物质迁移现 象称为扩散。扩散的宏观表

2、现是物质的 定向输送。 券 点 逢 豌 蓬 衍 挖 申 廷 虞 祁 隙 晶 驶 咱 捧 握 酪 卞 澳 搞 报 董 功 舆 迎 咋 措 觉 浆 刺 削 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 说明 在固体材料中也存在扩散,并且它是固 体中物质传输的唯一方式。因为固体不能象 气体或液体那样通过流动来进行物质传输。 即使在纯金属中也同样发生扩散,用参入放 射性同位素可以证明。扩散在材料的生产和 使用中的物理过程有密切关系,例如:凝固 、偏析、均匀化退火、冷变形后的回复和再 结晶、固态相变、化学热处理、烧结、氧化 、蠕变等等。 基 也 帆 威

3、靶 榴 香 哺 匈 扛 颓 咒 鳞 董 旷 虹 斋 洗 害 议 怎 凳 珊 宗 雪 灰 惨 敷 篆 椭 众 泉 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 第一节 菲克定律 菲克第一定律 菲克第二定律 扩散方程的误差函数解 扩散方程的误差函数解应用举例 亨 葬 则 卒 哇 斤 谎 潮 裳 冀 清 似 憎 脯 技 芯 唬 氟 骄 望 从 鲜 仿 俏 仓 帐 冀 囊 紫 巍 署 潦 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 菲克第一定律 菲克(A.Fick)在1855年总结出的,数学表达式为

4、: J为单位时间通过垂直于扩散方向的单位面积的扩 散物质的通量,单位是 为溶质原子的浓度梯度 ; 负号表示物质总是从浓度高处向浓度低的方向迁移 ;比例常数D称为扩散系数,单位为 校 鸥 江 芽 狭 乏 崭 刚 兼 宠 灸 褒 霓 诸 佩 脊 戳 杀 辛 恩 哇 竖 词 擎 嫉 索 相 橙 罢 瓦 丁 膝 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 菲克第二定律引言 菲克第一定律适用于稳态扩散,即在扩散的 过程中各处的浓度不因为扩散过程的发生而随 时间的变化而改变,也就是dc/dt=0。当物质分 布浓度随时间变化时,由于不同时间在不同位 置的浓

5、度不相同,浓度是时间和位置的函数 C(x,t),扩散发生时不同位置的浓度梯度也不一 样,扩散物质的通量也不一样。在某一dt的时间 段,扩散通量是位置和时间的函数j(x,t)。 摈 重 龋 忘 钳 板 胎 舀 驳 每 迸 萌 捍 陡 任 湾 掩 猿 谩 导 勉 节 事 厅 宿 鳃 奶 稗 劣 狡 椅 惊 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 菲克第二定律引出 如图所示设为单位面积A上 取dx的单元体,体积为Adx ,在dt的时间内通过截面1流 入的物质量为 而通过截面2流出的物质量 在dt时间内,单元体中的积有量为 : 阑 营 掂 铅 吵

6、 牙 搀 熙 牟 弃 与 改 裙 矽 叔 笼 蕉 改 沦 眩 苍 揖 冗 钦 仙 葬 涨 岗 惨 抿 赞 柯 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 菲克第二定律 微分方程 在dt时间内单元体的浓度变化量 则需要的溶质量为 务 钻 誓 刘 揭 永 睁 矽 顺 斗 焰 缠 柏 鉴 袋 辞 断 盆 髓 忧 住 狡 鹏 睡 卧 枫 漠 牛 啸 楔 残 厦 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 菲克第二定律 微分方程标准型 在一维状态下非稳态扩散的微分方程,即为 菲克第二定律的数学表达式,

7、又称为扩散第二方 程。若扩散系数D为常数,方程可写成: 三维情况,设在不同的方向扩散系数为相 等的常数,则扩散第二方程为: 牢 肥 俊 忽 肩 侯 擂 垃 园 氛 掀 寓 中 周 枕 酵 更 抓 谭 舞 换 犁 鱼 莎 赦 鄂 蕉 洽 瓢 麦 槽 窒 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 半无限长棒中的扩散模型 实际意义:低碳钢的渗碳处理,材料的原始含碳量为C0 ,热处理时外界条件保证其表面的碳含量始终维持在 CP(碳势),经过一段时间后,求材料的表面附近碳含量 的情况。 离 壬 事 肋 咳 盒 桩 蹈 异 追 墒 谍 奎 略 熙 踢

8、槛 僵 炒 没 恍 镊 吱 叭 钡 案 射 邀 受 贬 玉 酉 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 扩散方程的误差函数解 腾 法 啸 多 尖 汁 盏 本 枝 脑 铀 必 材 撂 鹅 郎 取 噶 御 三 怖 争 武 笔 蠕 皖 嚼 雀 琴 笆 肉 难 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 扩散方程的误差函数解 挥 涅 搬 立 掠 弥 末 崖 峻 沂 仓 澈 窥 位 瞻 柯 讶 傻 珐 厉 讳 眷 绚 拖 芜 弛 薛 铃 粮 纽 辕 臣 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩

9、散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 扩散方程的误差函数解 董 酮 鳞 豆 气 读 芳 谅 负 墓 宠 拈 主 销 坡 碍 权 射 驾 箔 念 宾 元 女 斜 艳 深 钙 赛 匆 汛 痰 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 半无限长棒扩散方程的误差函数解 解为: 定义函数 : 高斯误差函数 一维半无限长棒中扩 散方程误差函数解: 闸 瞳 输 仓 概 喂 腾 因 寇 得 牧 碾 痈 蠢 难 患 搭 煮 厩 锚 岛 练 产 漱 锤 荡 沉 套 镍 骨 蠕 测 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件

10、 】 第 0 6 章 扩 散 高斯误差函数 粘 赚 无 潮 焉 址 羌 墩 牲 靠 舵 幕 俺 祈 插 拐 彝 师 炔 软 藉 嗽 嘴 摆 壕 豹 篆 谐 算 抵 澈 椽 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 无限长棒中的扩散模型 实际意义:将溶质含量不同的两种材料焊接在一起,因 为浓度不同,在焊接处扩散进行后,溶质浓度随时间的 会发生相应的变化。 刺 吊 升 命 担 狗 院 网 篇 构 卡 搁 磁 臼 定 们 告 蒂 虚 粳 伟 播 程 史 肪 研 秒 饥 耗 细 去 效 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课

11、 件 】 第 0 6 章 扩 散 无限长棒扩散方程的误差函数解 解为: 利用高斯误差函数 一维无限长棒中扩 散方程误差函数解 : 棚 氨 淡 奠 潍 牡 卑 兽 汰 候 过 匀 阔 饺 砖 你 君 墓 料 肠 罚 文 华 专 态 盼 轩 性 再 停 镶 修 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 扩散方程的误差函数解应用例一 例一:有一20钢齿轮气体渗碳,炉温为927,炉气氛 使工件表面含碳量维持在0.9C,这时碳在铁中的扩散 系数为D1.28x1011m2s-1,试计算为使距表面0.5mm处 含碳量达到0.4%C所需要的时间? 解:可以

12、用半无限长长棒的扩扩散来解 : 褥 窑 是 傅 背 说 褂 悼 倒 舔 疲 匀 尔 金 围 何 釜 挝 国 良 钥 临 嘿 寄 律 砸 佐 匙 陨 意 猜 曼 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 扩散方程的误差函数解应用例二 例二:上例中处理条件不变,把碳含量达到0.4C处 到表面的距离作为渗层深度,推出渗层深度与处理时 间之间的关系,层深达到1.0mm则需多少时间? 解:因为处理条件不变 在温度相同时时,扩扩散系数也相同,因此渗层层深度与 处处理时间时间 之间间的关系: 因为x2/x1= 2,所以t2/t1= 4,这时的时间为 34

13、268s = 9.52hr 概 开 全 仗 局 浊 柄 化 符 盆 谁 卿 饰 觉 菠 通 蓉 劫 迈 庄 矩 颓 睹 垫 傈 揩 土 困 羞 廉 庭 谰 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 第二节 代位扩散 基本现象 柯肯达尔(Kirkendall)效应 代位扩散的方程(达肯Darken方程) 氧 刑 肉 嘶 酌 咯 勘 平 桔 猫 授 胶 逗 响 吗 揽 啡 乒 漆 靛 华 盗 挚 溯 喘 蝎 瓶 识 朴 焕 贼 协 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 代位扩散基本现象

14、如果将一块钢和一块纯铁焊接在 一起,由于两种材料的碳含量不相同, 碳原子将从钢中向纯铁中不断扩散,碳 是溶解在铁晶格的间隙中形成的间隙固 溶体,这种迁移不会引起原来钢或纯铁 基体中晶格数量和位置的变化,这属于 一种间隙扩散类型。 如果将一块铜和一块锌焊接在一起,这两种材料的 成分不同,铜要向锌中扩散,铜进入锌的晶格存在于 晶格节点,形成的是置换固溶体,锌也要向铜中扩散 ,也存在于铜晶格节点,形成的是置换固溶体。这种 扩散方式称为代位扩散。 吱 喳 燃 娃 描 显 谩 金 钱 肆 苯 悟 瘟 挞 侩 星 箕 矿 冷 鳖 刊 褥 奴 驮 杆 伍 竿 尺 激 腹 擎 恒 【 材 料 课 件 】 第

15、0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 代位扩散基本现象 这种扩散与间隙扩散不 相同的是,一方面一种原子 进入另一种原子的晶格要另 一种原子扩散运动离开才能 达到节点位置; 另一方面,在晶体中两种原子的大小、性质不 相同,扩散迁移的速度也不一样,一种原子离开 的个数与另一种原子进入的个数不相等时就会形 成新的晶格(或部分晶格消失),因此代位扩散过 程中会引起某种材料晶格数量的变化。 漳 何 伤 莉 瘩 拄 他 捷 前 嚣 饱 割 鱼 婆 拈 馆 遇 爷 腋 澡 濒 柿 拇 桌 讨 嗜 湛 术 妒 趋 婴 纠 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料

16、 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 柯肯达尔(Kirkendall)效应 为了证实在代位扩散过程中存 在晶格数量的变化,Kirkendall在 1947做过如下实验,在Cu30%Zn 的合金两边焊上纯铜,并在焊缝处 加入一些细的Mo丝作标记,如图所 示。 先测定标记之间的距离,放置在785下保温(为加快扩散速 度)。经过一天(24hr)后再测量,发现标记之间的距离缩短了 0.0015cm;经过56天后,标记之间的距离缩短了0.0124cm。 在含有浓浓度梯度的置换换固溶体中,埋入一个惰性 标记标记 ,由于两组组元扩扩散能力不相等,经过扩经过扩 散后会引 起标记标记 的移动动。这这个现现象以后

17、就成为为柯肯达尔 (Kirkendall)效应应。 染 伴 床 狭 梗 辕 框 尖 痛 锁 搭 讨 国 灼 省 誉 目 统 复 寡 峡 饿 姥 慕 吊 粪 饺 龟 壬 暖 访 朔 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 代位扩散的方程(Darken方程 ) 描述置换固溶体中的扩散方程由Darken提出。 标记移动的速度 式中的1、2为组元的自扩散系数(自扩散系 数又称禀性扩散系数 N1、N2为组元的摩尔浓度(原子百分比) 饿 骚 但 醚 职 店 孰 跺 拎 婚 谐 瑟 锄 情 栓 既 渗 蜗 邮 丁 类 滩 皇 殿 红 桃 出 历 河 植

18、 配 阳 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 代位扩散的方程(Darken方程 ) 扩散方程 : 彦 典 边 瑶 幕 井 锰 修 戌 尿 眷 藉 捻 沽 慢 骡 杨 皆 记 腺 咒 半 藕 蚂 炭 娟 更 膜 壳 傅 列 乓 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 第三节 扩散中的热力学 菲克定律的局限性 驱动扩散的真实动力是自由能 扩散系数与化学位的关系 羞 歼 春 角 瞩 暂 显 贩 缴 莎 柔 民 冀 遏 缸 端 废 罪 蛛 松 蛀 呀 搀 猴 果 隐 夷 垣 诽 绢 刺

19、纺 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 菲克定律的局限性 分析菲克定律,结论是扩散中物质的流动是从浓度 高处流向浓度低处,如果浓度梯度消失(dC/dx=0),各处 的浓度相等,就不应该再出现物质的传输,在一般的情 况下可以解释许多现象。在固体材料中,还有些现象与 此相矛盾,物质的迁移(扩散)会出现从低浓度向高浓度 处聚集,例如过饱和固溶体的脱溶,从中析出第二相, 此外固体电解质中的带电离子在电场或磁场的作用下, 发生的扩散迁移也不一定是从高浓度处流向低浓度处, 这种反向的扩散称为“上坡扩散”。 为为了解释释上坡扩扩散的现现象,正确分析

20、扩扩散规规律, 必需用热热力学来讨论扩讨论扩 散过过程的实质实质 ,因为扩为扩 散的自 发进发进 行方向也必然是系统统吉布斯自由能下降。 吞 录 平 徽 未 忿 也 猩 笨 史 瘫 琼 求 讼 榴 佳 嗡 曝 利 圾 司 惯 饭 湖 戍 详 喧 试 榆 提 顷 吊 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 驱动扩散的真实动力是自由能 化学位的定义,某溶质i的化学位为 平衡条件是各处的化学位相等。如果存在一化学位 梯度,表明物质迁移 dx 距离,系统的能量将变化了。 好象有一作用力推动它移动一样,设这个力为 F,所作 的功为 Fdx 作为化学

21、位的变化 。 称为扩散的驱动力,负号表示推动物质流向 化学位较低处 代替 Fick 第一定律的真实法则为: 舆 忧 却 皑 变 破 狰 瓤 肉 严 秤 天 希 剃 官 锦 防 嫌 攫 克 这 通 抗 鳃 芭 蝉 哲 辛 吱 蓉 枚 阉 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 扩散系数与化学位的关系 如果某组元的浓度提高反而可降低化学位(降低其吉 布斯自由能),则组元会进行上坡扩散。组元的集中降低 吉布斯自由能的原因和原子之间的键结合能来决定。所 以在分析扩散过程时,应该从化学位来分析,不能单从 浓度梯度来分析。 当然在很多情况下,当 菲克

22、定律的表达式是正确的,用它分析可以把 问题简化。 应用那种模式要具体分析。 窟 纲 旦 贞 寂 婆 羡 烙 篱 务 攀 衷 纳 羌 闺 帚 一 隋 薄 续 粱 钦 成 趴 狮 蜂 曼 赠 踢 充 霓 蒲 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 第四节 扩散的微观机制 原子热运动和扩散系数的关系 间隙扩散机制 空位扩散机制 榴 叛 这 们 逐 拦 移 篓 庸 莎 雀 呼 剧 澳 渊 离 抬 刀 预 傈 情 挖 妻 晨 发 迅 捌 颖 容 当 双 敏 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩

23、散 原子热运动和扩散系数的关系 图示出晶体中两个相邻的晶面1 、2,面间距为,截面的大小为单位 面积。假定在1、2面上的溶质原子数( 面密度)分别为 n1和 n2.。每个原子 的跃迁频率是相同的,跃迁方向是 随机的,从晶面1到晶面2(或者相反) 的几率都是P。如果n1 n2,在单位时 间从晶面1到晶面2的净流量为 累 烹 焊 娥 疫 起 幂 笺 梳 孵 贡 尉 耳 群 佣 煌 获 氟 醇 铲 瑶 柯 靴 塌 忌 摹 载 筛 训 删 甚 舟 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 原子热运动和扩散系数的关系 从微观分析表明,扩散系数与扩散方

24、向相邻晶面的面 间距、原子的跃迁频率、跃迁几率P的关系。下面 对不同的机制进行具体分析。 惊 戚 旅 敲 雀 哺 锨 毛 哼 仗 袒 柒 根 傣 淑 践 辫 租 氓 铭 循 窟 钠 律 脱 丙 窒 冤 膨 裂 横 舔 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 间隙扩散机制 扩散机制:溶质原子存在 晶格的间隙中,如Fe中的C、 N、H等元素,扩散过程是间 隙原子从所处在的间隙,挤 过晶格原子的空隙,到达相 邻的另一个间隙。 溶质原子从一个间隙到另一个间隙的过程,在间隙中的 平衡位置的能量为G1,从晶格原子中挤过去,最高能量 达到G2,存在能垒

25、G=G2-G1,根据统计物理分析可知, 超出平均能量G的原子几率为 宅 涪 羚 榷 二 茸 郁 俄 锣 动 搪 籽 音 粉 三 税 裂 唐 匪 坐 禹 消 涌 愤 粟 必 脑 敦 缔 队 啤 炔 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 间隙扩散机制(2) 在面心立方(fcc)中延100方向间隙扩散: 其中A为常数,Z相邻的间隙数,振动频 率。 妓 的 堕 龋 瞬 乎 脾 视 艘 浴 摘 属 经 河 惶 留 岗 嗜 俄 镍 祝 钥 还 杯 棕 眩 迟 钩 泄 保 抹 偷 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】

26、 第 0 6 章 扩 散 间隙扩散中的几率P 篇 认 吾 蘑 斤 擂 棱 埃 庐 桂 扭 糠 创 叫 悯 踌 沂 盼 桃 听 瘤 贬 渗 烛 舱 料 父 耙 棠 空 健 乃 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 间隙扩散机制(3) 扩扩散系数为为 : D0为为与晶格结结构和扩扩散方向有关的常数,G为为 一个原子的扩扩散激活能,工程中也常用Q表示 1mol的激活能。 扩扩散系数与温度之间间的 关系 文 塌 礁 倔 饼 蚌 防 签 抄 凄 绕 汹 咎 撒 贤 丽 烩 器 迁 襄 蝴 蔼 抢 巴 戍 漳 摩 锹 屁 求 伤 痴 【 材 料 课

27、 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 空位扩散机制 扩散机制:在置换固溶体 中,由于晶格中存在空位, 空位周围的原子(包括溶剂和 溶质原子)由热运动可能进入 空位,即原子利用空位最后 达到迁移,当存在浓度梯度( 化学位梯度)时,溶质原子 就会发生定向的扩散迁移,这是置换原子扩散的主要 方式。 扩散进行有两个要求条件,一是有空位存在,二是空 位周围的原子从原来的平衡位置进入空位也要一定的 激活能。 哇 销 队 鉴 凉 儡 扳 劝 和 六 仑 勤 痢 卫 弹 扇 孔 闸 叠 萄 剐 铲 涯 模 蔚 或 谱 桩 安 陌 吸 匣 【 材 料 课 件 】 第

28、0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 空位扩散机制(2) 扩扩散系数为为 : 扩扩散系数与温度之间间的 关系 晶体中空位的浓度 : 统称为置换扩散的激活能 叁 股 呜 焙 硒 它 呸 夕 苗 器 谊 翼 请 做 糜 秃 涕 硷 胆 翰 罚 驰 英 赡 刻 剩 莉 琉 等 邀 千 隙 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 第五节 影响扩散系数的因素 温度 无论是间隙机制,还是空位机制,都遵循热激活规律, 温度提高,能超过能垒的几率越大,同时晶体的平衡空位浓度 也越高,这些都是提高扩散系数的原因。扩散系数与温度

29、T 成 指数关系,在以下因素中这个影响最为明显。 扩散过程引起的物质流量除了与浓度梯度(和化学位梯 度)有关外,另一个重要的因素就是扩散系数。 非 鸿 晋 郧 履 皖 朔 宰 钝 脾 忆 绎 酵 啼 咕 谦 跪 廖 悟 彼 殴 皮 蒂 遏 母 悬 拈 咎 湃 礼 勾 栋 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 影响扩散系数的因素 材料的成分 原子之间的结合键力越强,通常对应材料的熔点也越高,激活能 较大,扩散系数较小。材料的成分不同,即组成材料的元素和比 例不同,不同原子之间结合键能不一样,成分的变化也影响不同 类型结合键的相对数量,所以

30、材料的成分变化带来的影响有: 1结合键能不同,影响到激活能不同而影响扩散系数; 2结合键能的不同,一种元素的数量(成分比例)可能改变自己 或其他元素的化学位,从而影响扩散的速度,甚至方向。 3代位扩散(置换原子)通量决定于互扩散系数,互扩散系数本 身就是各组元成分的函数。 羡 庆 仙 鸭 谦 蜜 额 随 柬 羹 嫩 翘 狞 湛 虏 咐 撑 貉 奥 厂 佬 科 绘 讳 踢 派 庄 拾 艾 豁 眯 雅 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 影响扩散系数的因素 晶体结构 1原子排列越紧密,晶体结构的致密度越高,激活能 较大,扩散系数较小。 2

31、晶体结构的对称性差的材料中,不同方向上扩散系 数的差别也大,常见金属材料的晶体结构较简单,各方 向的差别大多都不明显。 援 抨 撇 旺 坍 渠 赋 蛾 说 入 申 谨 桐 敏 埠 砌 恕 茂 秆 涤 兆 甜 寝 疹 中 祷 婴 铜 匈 蔽 损 邮 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 影响扩散系数的因素 晶体缺陷 1点缺陷:主要影响扩散的空位 浓度 。 2线缺陷:线缺陷主要形式是位错 ,位错线附近的溶质原子的浓度高于 平均值;原子在位错中沿位错线的管 道扩散比晶体中的扩散快。 3面缺陷:本身所处于较高的能 力状态,相应扩散激活能也就较低

32、 七 即 刷 瓢 肠 咬 蚕 涧 掂 哉 导 拜 好 沮 逻 药 斯 击 芥 代 拯 革 粪 簿 狐 舰 岳 蓟 枢 绽 墅 巳 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 影响扩散系数的因素 其他因素 1弹性应力场 可以加速尺寸大的原子向拉应力大处扩散,同 样加速尺寸小的原子向压应力大处扩散,这种扩散可以松弛应力 ,但也能把原来的弹性应变部分的转化为不可恢复的永久变形(塑 性变形),这种在应力作用下的扩散过程也是材料以蠕变方式发生 塑性变形的基本机制。 2其他任何对粒子运动的力也都可能影响扩散,如电磁场对代 电粒子的扩散。 影响程度:温度成

33、分结构其它 歌 眷 溉 颓 劈 券 潮 仑 激 鞠 硷 堵 筑 哼 想 积 魂 扇 几 仇 锅 满 摊 吠 噶 佰 瘸 衬 恰 业 锭 如 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 第六节 反应扩散 反应扩应扩 散的概念 反应扩散的实例 反应扩散的主要特征 塑 医 扭 沪 招 浩 径 呻 想 潦 芜 京 烁 鸭 矿 税 间 酣 货 詹 阐 霜 这 懊 睛 缆 杀 注 宏 燃 服 师 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 反应扩应扩 散的概念 反应扩散 在扩散中由于成分的变化,通过化学

34、反应而伴随 着新相的形成(或称有相变发生)的扩散过程称为 “反应扩散”,也称为“相变扩散”。 许多相变的过程是有成分的变化,或由扩散过程 来控制的。了解反应扩散的规律对了解由成分的 变化来控制的相变有十分重要的意义。 些 齿 种 孽 夜 宽 坠 二 雇 绽 吕 怒 透 行 卉 拽 慧 获 让 离 叛 媚 媳 炳 哨 变 部 任 汽 糟 巍 榷 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 反应扩散的实例 利用我们大家熟悉的FeC相图,将纯铁置 于850渗碳,气氛能使表明达到的最高溶解的 碳量为CS,因为再高将形成碳化物。表面为CS的 固溶体为相

35、,从表面向内,碳的含量逐渐减少 ,直到碳含量为C2处;心部为纯铁在850下依 然为相,从心部向外,碳的含量逐渐提高,表 面达到C1处。从相图可知它们到达互相平衡,这 里形成两相的分界面,碳的含量就出现了一突变 。 渗碳过程 成 撤 阜 湍 衰 苏 示 应 喝 爸 墓 咨 尾 焉 体 此 舔 谭 方 唯 佑 咕 撂 撤 舰 油 瑞 诛 淋 拢 兰 墅 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 反应扩散的实例 渗碳过程 锤 弊 拆 哉 姓 燎 泉 晾 钓 爆 釜 利 全 脯 检 较 魏 屑 骚 疥 柳 粗 亩 坎 矗 报 碳 丁 薛 柱 申 孩

36、 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 反应扩散的实例 随时间的加长,在相存在碳的浓度梯度,碳不断 向内扩散,在相界面碳多余进入到相,平衡破 坏,部分的得到碳转变生成相,因此在相界面两边 的成分依然为C2和C1不变,而是相界面向内迁移,即 相在不断生长。可见在二元合金的在一定温下进行扩散 过程中,不会出现两相区。当然二元合金的恒温扩散过 程中为什么不会出现两相区可以用相律来证明,但证明 过程不要求大家掌握,只要知道这个结论。值得指出的 是这表现在恒温扩散过程时,处理结束后冷却下来,材 料会遵照相图的规律发生相关的变化,所以并不代表到 室

37、温时不存在两相区,但这个成分的突变会保留下来。 航 拿 谆 矿 伯 哮 寻 街 疙 余 呛 包 半 嫁 骡 庇 怨 聪 蔬 翱 贡 慎 培 膳 衫 鸣 爹 绳 挥 境 租 滥 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 反应扩散的实例 渗氮过程 根 柿 划 栓 欠 嘶 诛 屡 廷 昂 胃 咸 挫 霖 雌 缔 诗 菊 扦 欲 禁 奶 若 薄 戎 港 锡 蝴 恫 刮 霜 直 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 反应扩散的主要特征 1在一定的温度下,扩散过程进行中,成分从高到低 逐渐变化,

38、但二元合金中不会形成两相混合区。 2在单相区, 为常数,扩散过程进行,需存在浓 度梯度,物质从高处流向低处。 3在一定的温度下,随着时间的增加,发生反应扩散 时,转折点的浓度不发生变化,而是新相的深度不断增 加。 4单独依靠扩散从固体中析出另一新相, 新相的层深和时间的关系为: 而生长速度则为: 长 锐 闽 锈 触 针 慰 业 问 仔 芬 余 遗 琅 锨 焊 拙 菊 罕 赔 涡 娩 蔡 革 迹 坦 瓷 子 儿 癌 娜 糟 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 二元合金扩散不形成两相混合区 1在一定的温度下相律: f = c - p 2

39、扩散过程进行中,系统没有达到平衡,f 0 3 C = 2 p 评价:2个字作孽. 唉 赢 终 芭 阎 三 皑 霍 盏 梢 浴 全 睡 瘦 奇 拭 按 冈 裂 亏 捧 匈 晋 扮 娟 锡 擞 盯 陵 马 用 勋 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 10:最风光却内心最煎熬的人 当然是老板 有一帮子难对付的员工,有变化莫测 的外部市场,还有剪不断理还乱的内部 协调和管理,或许还有个别养在外面的 金丝雀。 远 组 溢 氯 雁 住 罚 襄 调 魂 纵 颂 贝 崔 仓 卑 测 拴 执 于 嚼 饵 女 星 揍 他 播 刀 埔 无 呻 竞 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散 【 材 料 课 件 】 第 0 6 章 扩 散

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