【文章內(nèi)容簡介】 (0? 四、合金中的擴(kuò)散（克肯達(dá)耳效應(yīng)） 1. 和自擴(kuò)散系數(shù)一樣，合金中兩組元的本征擴(kuò)散系數(shù)具有不同的值。因此，如果兩金屬相互擴(kuò)散，通過兩金屬試樣起始是的分界平面將有凈的物質(zhì)遷移，這一現(xiàn)象稱為克肯達(dá)耳效應(yīng)。 2. 連接一根金棒與一根鎳棒構(gòu)成一個(gè)試樣，擴(kuò)散將通過帶有標(biāo)記的界面進(jìn)行，惰性標(biāo)記物可以用許多根極細(xì)的鎢絲平放在連接的平面上。由于擴(kuò)散通過惰性標(biāo)記物的金原子比鎳原子多。因而向試樣的金的一側(cè)移動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為克肯達(dá)耳漂移。 3. 圖 810（書 249頁）給出金 鎳系的數(shù)據(jù)，在所有濃度范圍內(nèi)，金原子比鎳原子擴(kuò)散快。金的擴(kuò)散流大于鎳的擴(kuò)散流這一事實(shí)，意味著通過克肯達(dá)耳界面將發(fā)生凈的空位流。 ① 當(dāng)空位濃度下降到略低于平衡濃度時(shí)，最簡單的空位反應(yīng)是在位錯(cuò)上形成空位（或在例如晶界等其它晶體點(diǎn)陣的缺陷上形成）。 ② 在空位濃度高于平衡濃度值（空位的過飽和）的區(qū)域內(nèi)，可發(fā)生相反的反應(yīng)，即空位的消失。 ③ 如果空位的過飽和度相當(dāng)高，那么就還有另一些形式的反應(yīng)，將在空位消失的作用中占主導(dǎo)地位，其中一個(gè)反應(yīng)是空位“析出”，并在晶體點(diǎn)陣中形成空穴。 4. 在連接金和鎳的原始界面位置上的平面稱為又野界面。又野界面具有重要的特征，即在界面兩側(cè)的 A1和 A2兩塊面積相等， A1和 A2分別代表通過又野界面的鎳和金的量。由此可見，如果用又野界面來描述擴(kuò)散行為，只需用一個(gè)擴(kuò)散系數(shù) 。 與 和 之間的相互關(guān)系，可由下式表示 。 D~~ AuNiD ? 與 和 之間的相互關(guān)系是， ? 對于不同成分的金 鎳系， 的值示于圖 。 稱為擴(kuò)散系數(shù)。 ? 圖 811（書 250頁）表示了金和鎳互擴(kuò)散時(shí)的克肯達(dá)耳效應(yīng)。 ? 167。 33 影響擴(kuò)散的因素 一、濃度 1. 一般我們假定擴(kuò)散系數(shù)與濃度無關(guān)，在這里有必要了解這樣假定所產(chǎn)生的誤差。 NiAuAuNi DNDND ??~D~*Au*NiD)1)((~ **NiNiNiAuAuNi nNdnrdDNDND?????D~ D~ 2. 如圖 （書 251頁）所示，在碳濃度從 0%到 927℃時(shí)溶解極限 %的范圍內(nèi)，碳在奧氏體中擴(kuò)散系數(shù)的變化是相當(dāng)小的。即使在濃度對影響較顯著的合金中，對于稀固溶體中的擴(kuò)散或在小濃度范圍內(nèi)的擴(kuò)散，將假定為常數(shù)，誤差頁還是比較小的。 3. 二、晶體結(jié)構(gòu) 1. 鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變對于溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速率有一定的影響，在指定溫度下，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散速率與鐵的自擴(kuò)散速率在鐵素體里比奧氏體里大致快一百倍 2. 另一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)的影響是在一個(gè)溶劑金屬的單晶中位向?qū)U(kuò)散系數(shù)的影響。擴(kuò)散系數(shù)的各向異性在立方晶系金屬中幾乎不出現(xiàn)或完全不存在；但在斜方點(diǎn)陣（鉍）中測量的結(jié)果表明，平行與 C軸與垂直與 C軸的自擴(kuò)散系數(shù)比值約為一千。 3. 晶體發(fā)生點(diǎn)陣畸變，擴(kuò)散速率增加。 三、雜質(zhì) ? 少量添加金屬的存在對于溶質(zhì)原子在溶劑金屬中擴(kuò)散的影響，通常是比較小的。 四、晶粒尺寸 ? 晶界擴(kuò)散要比晶粒內(nèi)擴(kuò)散快。細(xì)晶粒金屬中總的擴(kuò)散速率將是較高的。但在通常的晶粒范圍內(nèi)，在進(jìn)行擴(kuò)散計(jì)算是不需要考慮晶粒的尺寸。 五、短路擴(kuò)散 1. 由于在晶界上，在接近自由表面處和在位錯(cuò)線鄰近區(qū)域內(nèi)，金屬晶體點(diǎn)陣的規(guī)律性受到破壞，因此，在這些區(qū)域內(nèi)由空位機(jī)理所引起的擴(kuò)散顯著增強(qiáng)。 2. 晶體結(jié)構(gòu)規(guī)律性局部出現(xiàn)擾亂的結(jié)果，使空位數(shù)目和空位的活動(dòng)能力增加了。由于這個(gè)原因，晶界擴(kuò)散的激活能 Q比體積擴(kuò)散的 Q值低。這時(shí)短路擴(kuò)散才起顯著的作用。 3. 在更低的溫度下，體積擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散都可能變得無能為力，此時(shí)顯著的原子遷移可以沿著位錯(cuò)線周圍畸變點(diǎn)陣中的“管道”進(jìn)行。如圖 （書 252頁）。 六、擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力 1. 電場對間隙溶質(zhì)原子的影響 ? 設(shè)某一溶質(zhì)原子具有凈電荷 Z*電子單位 e，那么在外加電場 E的作用下施加于每個(gè)溶質(zhì)原子上的力是： eEZF*? ? 設(shè)可動(dòng)性 B表示在單位力作用下單個(gè)溶質(zhì)原子的平均速度。那么在外加電場作用下，單個(gè)原子的速度 V是： ? 如果溶質(zhì)濃度 C的單位是每立方米中的原子數(shù)目，那么擴(kuò)散通量 J可簡化為： ? 這就提供了在電場中擴(kuò)散的完整描述。 2. 濃度梯度和溫度梯度的影響 ? 如果由于濃度梯度和溫度梯度得到作用力 F的適當(dāng)表達(dá)式，則同理可給出相應(yīng)的擴(kuò)散通量式。這兩種力已知為： eBEZFBv *?? eCBEZCvJ *?? )1(nNdnrddxdCCKTF????濃度 ? 所以，在所有三種驅(qū)動(dòng)力作用下產(chǎn)生的總的擴(kuò)散通量是： ? 表 （書 253頁）列出了典型的 Z*和 Q*的值。 ? 167。 34 擴(kuò)散的應(yīng)用 一、金屬的結(jié)合 ? 金屬的結(jié)合包括鍍鋅、焊接和金屬包層等工藝，是工業(yè)上應(yīng)用擴(kuò)散原理的良好例子。但是任何一種情況都需要有擴(kuò)散發(fā)生。 1. 鍍鋅、鍍鉛錫 dxdTTQF *??溫度 ])1([ **eCEZdxdTTCQnNd nrddxdCKTBJ ????? ?? ① 由于擴(kuò)散只能在固溶體中進(jìn)行，所以只有兩種金屬具有一定量的固溶體時(shí)才有可能結(jié)合成一體。由于鉛不能固溶于鐵，因而必需在熔化的鉛浴中加入少量能與鐵形成合金的第二種金屬，常加入錫，這就形成了鍍鉛錫合金的薄鋼板。 ② 在某些金屬結(jié)合工藝過程中，在被連結(jié)的兩金屬之間存在著出現(xiàn)脆性金屬間化合物這樣一個(gè)復(fù)雜的因素。比如為了降低脆性中間相的數(shù)量，可以在熔融的鋅浴中加入適當(dāng)?shù)匿X。 2. 包層 ① 有許多各不相同的工藝方法可用來在不同的基底材料上貼上一層其它金屬?！鞍X”薄板的制造是用熱軋純鋁 鋁合金兩種材料“夾心”坯料的方法，使高強(qiáng)度鋁合金外表與純鋁保護(hù)層結(jié)合在一起。 ② 純鋁一旦為高強(qiáng)度鋁合金中合金元素滲入時(shí)就會(huì)失去它優(yōu)良的抗蝕能力，所以要特別當(dāng)心防止過度擴(kuò)散。 3. 焊接 ① 熔焊，在連接區(qū)局部產(chǎn)生熔化。熔焊包括氣焊、電弧焊、電渣焊、電子束焊接及激光束焊接。 ② 壓焊，通過塑性變形的作用，使兩表面結(jié)合在一起。例如鍛焊、電阻焊，或點(diǎn)焊、靜壓焊接、擴(kuò)散焊接和超聲波焊接等方法。 ③ 爆炸焊接，采用一種爆炸劑，當(dāng)它爆炸時(shí)推動(dòng)一個(gè)金屬極高的速度壓向另一個(gè)金屬。由此引起顯著的塑性變形形成金屬突出點(diǎn)在兩金屬之間摩擦而焊合。 ④ 流動(dòng)焊接，利用低熔點(diǎn)合金（加上適當(dāng)?shù)暮竸┖附觾蓧K金屬而不明顯改變它們的組織。軟焊和硬焊 ? 是兩個(gè)普通的例子。軟焊合金的熔點(diǎn)低于 425℃ ，而硬焊合金的熔點(diǎn)高于此溫度。 二、均勻化 1. 消除化學(xué)成分不均勻性 ① 一個(gè)化學(xué)成分不均勻性的固溶體，通過擴(kuò)散趨向與均勻化。在低溫下這個(gè)過程的速率極低，需要采用特殊的熱處理工藝才能使之均勻化。 ② 在某些實(shí)例中，合金元素的擴(kuò)散系數(shù)起著決定性的作用。例如，在中等溫度范圍，鋅在銅中快速的擴(kuò)散使鑄造黃銅發(fā)生有效的均勻化，但是在同樣溫度下鎳在銅中擴(kuò)散極慢，所以難以消除鑄造銅 鎳合金的偏析。 2. 消除帶狀組織 ① 由于化學(xué)成分的不均勻性而在鋼材的金相組織中出現(xiàn)了黑白緊密相間的條帶。這些條帶代表鋼錠在冷 ? 凝過程中形成的合金元素的偏析區(qū)域，它們在軋制過程中被拉長壓扁成為狹長的條帶。 ② 為了消除鋼材的條帶組織，一般采取的方法是鋼錠軋制后，需要在相當(dāng)高的溫度 1200℃ 保溫相當(dāng)多的時(shí)間。 三、滯彈性與阻尼 1. 阻尼本領(lǐng) ① 如果用鐵錘撞擊一根金屬棒使之振動(dòng)，無論怎樣這根金屬棒的振動(dòng)振幅總是隨著時(shí)間的增長而降低。這一特征稱為阻尼本領(lǐng)。也就是說振動(dòng)能量可能由于不同機(jī)理的作用而有效地為金屬構(gòu)件所吸收。 ② 阻尼本領(lǐng)的量度是測定阻尼減縮量 Δ， Δ的定義是： WW??? ? 式中： W是每周振動(dòng)的總振動(dòng)能； ? ΔW是振動(dòng)一個(gè)周期以熱的形式損失的振動(dòng)能。 2. 原子的躍遷是內(nèi)耗的一部分 ? 圖 起因。在所示的振動(dòng)循環(huán)的階段中，碳原子優(yōu)先趨向于跳到