【正文】 D0和 Q值都不相同。規(guī)律：基體金屬原子間的結(jié)合力越大，熔點(diǎn)就越高，擴(kuò)散激活能也越大，擴(kuò)散越困難。例如， 碳原子在 α Fe(熔點(diǎn)1809K)、 V(釩，熔點(diǎn) 2108K)、 Nb(鈮 , 熔點(diǎn) 2793K)、 W(鎢 , 熔點(diǎn) 3653K)中的擴(kuò)散激活能 Q分別為： 10 11 15 169（ kJ/mol）。 同一種擴(kuò)散元素在同一種基體金屬的不同晶體結(jié)構(gòu)（具有異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬）中的擴(kuò)散系數(shù)也不相同。 也就是說(shuō)， 晶體結(jié)構(gòu)也對(duì)擴(kuò)散系數(shù)有明顯的影響。 結(jié)構(gòu)不同，原子排列不同致密度不同， D不同。致密度大， D??；致密度小， D大。原子鍵合力越強(qiáng)， Q越高。晶體的對(duì)稱(chēng)性對(duì) D也有影響。 例如， 900℃ 時(shí)碳在 α Fe(bcc)和 γ Fe(fcc)中的擴(kuò)散系數(shù) D分別為： 1010 m2/s和 1012 m2/s。這表明，在相同的溫度下，碳在 α Fe中的擴(kuò)散比在 γ Fe中的擴(kuò)散更容易，速度更快。這主要是因?yàn)樘荚釉?α Fe中，間隙固溶造成的晶格畸變更大。 － B 不同元素在同一基體金屬中擴(kuò)散，其擴(kuò)散常數(shù) D0和擴(kuò)散激活能 Q各不相同。 規(guī)律：擴(kuò)散元素在基體金屬中造成的晶格畸變?cè)酱螅ㄩg隙原子的半徑越大，對(duì)基體造成的晶格畸變?cè)酱螅瑪U(kuò)散激活能就越小，則擴(kuò)散系數(shù)越大，擴(kuò)散越容易，擴(kuò)散越快。 例如 ,間隙原子 N(氮 )、 C(碳 )、 B(硼 )在γ Fe中的擴(kuò)散 (見(jiàn)下頁(yè)表 )。表內(nèi)為間隙原子在 γ Fe中的擴(kuò)散參數(shù)，表中 D的值是應(yīng)用 擴(kuò) 散 元 素 N(氮 ) C(碳 ) B(硼 ) 原子半徑 , 197。 固溶度， wt % D0， m2/s 105 105 105 Q， kJ/mol 151 136 88 D,m2/s (900℃ ) 1012 1012 1011 點(diǎn) 、 線(xiàn) 、 面缺陷都會(huì)影響擴(kuò)散系數(shù) 。 缺陷的密度增加 ，擴(kuò)散系數(shù)增加 。 擴(kuò)散的途徑：晶內(nèi)擴(kuò)散 （ Ql、 Dl） 、 晶界擴(kuò)散 （ Qb、 Db） 、 表面擴(kuò)散 （ Qs、 Ds） 。 規(guī)律： Ql Qb Qs Ds Db Dl lnD～ 1/T成直線(xiàn)關(guān)系 ， 圖 、 多晶體的 D隨變化圖 。 從圖中可以看出： (1) 單晶體的擴(kuò)散系數(shù)表征晶內(nèi) Dl。而多晶體的 D是晶內(nèi)擴(kuò)散和晶界擴(kuò)散共同作用的表象擴(kuò)散系數(shù) 。 (2) 對(duì) Ag來(lái)說(shuō) 700186。C以上 D單晶 ≈ D多； 700186。C以下 D單晶 D多晶 。 (3) 晶界擴(kuò)散也有各向異性 。 (4) 晶界擴(kuò)散比晶內(nèi)擴(kuò)散快的多 。 而對(duì)于間隙固溶體 ,溶質(zhì)原子半徑小易擴(kuò)散 ,其 Dl ≈ Db。 (5) 晶體表面擴(kuò)散比晶界擴(kuò)散還要快 。 晶體缺陷對(duì)缺陷起著快速通道 （ highdiffusivity path） 的作用稱(chēng)為短路擴(kuò)散 (shortcircuit diffusion)。在實(shí)際生產(chǎn)中這幾種擴(kuò)散同時(shí)進(jìn)行 ,并且在溫度較低時(shí) ,所起的作用更大 。 化學(xué)成分的影響表現(xiàn)在以下三方面： (1) D的大小與組元特性有關(guān) 。 不同金屬自擴(kuò)散 Q與其點(diǎn)陣中原子結(jié)合力有關(guān) 。 如 Tm高 ， Q也大 (2) D與溶質(zhì)濃度有關(guān) 。 D與關(guān)系由 （ P128） 決定 。 (3) 第三組元 (或雜質(zhì) )對(duì)二元合金擴(kuò)散也有影響 ,但很復(fù)雜 。 有些使 D升高 ,有的使 D下降 ,有的不起作用 。 例如鋼中加入 Me,對(duì) C在 r— Fe中的 D的影響 (1) 碳化物形成元素：如 W、 Mo、 Cr等 使 D下降 。 (2) 非碳化物形成元素 ， 但易溶于碳化物 ， 如 Mn 對(duì) D 影響不大 (3) 非碳化物形成元素 ， 但能溶于 Fe中元素影響不同 。Co、 Ni等使 D升高 ， Si等使 D下降 。 應(yīng)力 :(1) 合金內(nèi)存在應(yīng)力場(chǎng) 、 應(yīng)力提 供驅(qū)動(dòng)力 F。 應(yīng)力升高 、 F升高 。 V=BF V升高 (2) 外界施加應(yīng)力 ,在合金中產(chǎn)生彈性應(yīng)力梯度 ,促進(jìn)原子遷移 。 磁性 : 具有磁性轉(zhuǎn)變的金屬在鐵磁性狀態(tài)下的比順磁性狀態(tài)下擴(kuò)散慢 ,D小一些 。 反應(yīng)擴(kuò)散 根據(jù)擴(kuò)散過(guò)程中是否發(fā)生濃度變化分類(lèi) : （ Self— diffusion） ：純物質(zhì)晶體中的擴(kuò)散 。 自擴(kuò)散在擴(kuò)散過(guò)程中不伴有濃度變化的擴(kuò)散 ,與濃度梯度 （ concentration gradientd）（ dρ/dx ） 無(wú)關(guān) ,與熱振動(dòng)有關(guān) 。 自擴(kuò)散只發(fā)生在純金屬和均勻固溶體中 。 例如 :純金屬晶粒長(zhǎng)大過(guò)程；均勻溶體的晶粒長(zhǎng)大 2. 互擴(kuò)散 ( 異擴(kuò)散 、 化學(xué)擴(kuò)散 )（ mutual/chemical diffusion） ： 伴有濃度變化的擴(kuò)散 。 互擴(kuò)散與異類(lèi)原子的濃度差有關(guān) ,是異類(lèi)原子的相對(duì)擴(kuò)散 、 相互滲透 。 例如 :化學(xué)熱處理；材料成分均勻化 根據(jù)擴(kuò)散方向是否與濃度梯度 （ concentration gradient） （ dρ/dx ） 的方向 (濃度變化趨勢(shì) )相同分類(lèi) (downhill diffusion)： 沿濃度降低方向進(jìn)行的擴(kuò)散 ,擴(kuò)散使?jié)舛融厔?shì)與均勻化 。 例如 :均勻化退火 、 化學(xué)熱處理 (uphill diffusion):沿濃度升高方向進(jìn)行的擴(kuò)散 ,擴(kuò)散使?jié)舛劝l(fā)生兩極分化 。 上坡擴(kuò)散的一些情況： (1) 彈性應(yīng)力作用 。 通過(guò)上坡擴(kuò)散 ,降低由于彈性變形增加的能量 。 (2) 晶界內(nèi)吸附 。 降低整個(gè)體系自由能 。 (3) 化學(xué)位不同 。 這是最主要的因素 。 (4) 形成化合物 。 如 Fe3C形成 。 (5) 特殊環(huán)境 ,如強(qiáng)大的電場(chǎng) 、 磁場(chǎng) 、 溫度場(chǎng)作用下 ,原子按一定方向遷移 。 例如 :液態(tài)合金的共晶轉(zhuǎn)交；固溶體的共析轉(zhuǎn)交；固溶體中新相析出及新相長(zhǎng)大 。 根據(jù)擴(kuò)散過(guò)程中是否出現(xiàn)新相進(jìn)行分類(lèi)： （ atomic diffusion） ： 擴(kuò)散時(shí)晶格不變 ,無(wú)新相產(chǎn)生 。 (相變擴(kuò)散 )（ reaction diffusion） ： 當(dāng)某種元素?cái)U(kuò)散 ,其濃度超過(guò)基體金屬的溶解度極限而形成新相的過(guò)程 。 反應(yīng)擴(kuò)散生成的新相與原來(lái)的基體相之間存在明顯的觀察面 ,新相可以是中間相 ,也可以是固溶體 。 反應(yīng)擴(kuò)散可以參考平衡相圖分析形成的新相 。 例如：純鐵在 520186。C氮化時(shí)可由 Fe— N相圖分析形成新相 ,WN變化 ,形成新相不同 。 見(jiàn)圖 （ P157） α 相： N在 α － Fe中的間隙固溶體 WN % γˊ 相：以 Fe4N為基的固溶體 WN = ～ % ε 相： ε － FexN x=2～ 3 WN = ～ % 反應(yīng)擴(kuò)散特點(diǎn)：在相界面處產(chǎn)生成分突變 ,突變的濃度正好對(duì)應(yīng)于相圖相的極限濃度 。 離子晶體擴(kuò)散 離子晶體中擴(kuò)散離子只能進(jìn)入具有同樣電荷的位置 。 擴(kuò)散只能依靠空位來(lái)進(jìn)行 ,而且空位分布有其特殊性 。 離子晶體中空位為等量的陽(yáng)離子和陰離子空位 ,呈無(wú)序分布 ,通常稱(chēng)為肖脫基空位 。 陽(yáng)離子和陰離子平衡空位分?jǐn)?shù)為式 間隙陽(yáng)離子和間隙陰離子的平衡濃度 : 上述兩式與第三章空位平衡濃度式相同 。 擴(kuò)散可以以間隙機(jī)制 ,也可以以空位機(jī)制 ,擴(kuò)散時(shí)擴(kuò)散系數(shù)與電導(dǎo)率有關(guān) 。 離子擴(kuò)散時(shí)激活能比金屬原子擴(kuò)散的激活能大得多 ， 其擴(kuò)散速率遠(yuǎn)小于金屬原子的擴(kuò)散速率 。 清楚以下問(wèn)題： 離子擴(kuò)散速率小于金屬擴(kuò)散速率原因 a、離子鍵能大于金屬鍵能 b、為了保持局部電中性，產(chǎn)生成對(duì)缺陷 c、擴(kuò)散離子進(jìn)入具有同樣電荷的位置， 遷移距離較長(zhǎng) 陽(yáng)離子擴(kuò)散系數(shù)大于陰離子擴(kuò)散系數(shù)原因： 陽(yáng)離子半徑小于陰離子半徑 了解離子平衡空位濃度公式中符號(hào)的意義 本章內(nèi)容提要 固體中原子或分子的遷移稱(chēng)為擴(kuò)散。擴(kuò)散是固體中物質(zhì)遷移的唯一方式。擴(kuò)散的研究一般涉及兩個(gè)方面：擴(kuò)散的宏觀規(guī)律 —— 表象理論；擴(kuò)散的微觀機(jī)制 —— 原子理論。 菲克第一定律描述了原子擴(kuò)散通量 J與濃度梯度之間的關(guān)系，即擴(kuò)散通量與濃度梯度成正比，并且擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反。菲克第一定律描述了一種擴(kuò)散物質(zhì)的質(zhì)量濃度不隨時(shí)間變化的穩(wěn)態(tài)過(guò)程，它不能描述大多數(shù)實(shí)際情況下的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。因此，在引入質(zhì)量守恒定律后，由菲克第一定律導(dǎo)出了可應(yīng)用于非穩(wěn)態(tài)過(guò)程的菲克第二定律。 根據(jù)不同擴(kuò)散問(wèn)題的初始條件和邊界條件，由菲克第二定律可求出擴(kuò)散物質(zhì)質(zhì)量濃度隨時(shí)間和位置的變化規(guī)律。 置換固溶體中的原子擴(kuò)散與間隙固溶體的原子擴(kuò)散不同，它不僅涉及溶質(zhì)原子的擴(kuò)散，也涉及溶劑原子的擴(kuò)散。溶質(zhì)原子和溶劑原子的擴(kuò)散速率不同，導(dǎo)致了柯肯達(dá)爾效應(yīng)。在置換固溶體中的原子擴(kuò)散通量可具有菲克第一定律的形式，但擴(kuò)散系數(shù)是互相擴(kuò)散系數(shù)，它與兩種原子的本征擴(kuò)散系數(shù)相關(guān)。 在描述原子擴(kuò)散的遷移機(jī)制程中，最重要的是間隙機(jī)制和空位機(jī)制。間隙固溶體中原子擴(kuò)散僅涉及原子遷移能，而置換固溶體中原子的擴(kuò)散機(jī)制。不僅需要遷移能而且還需要空位形成能，因此導(dǎo)致了間隙原子擴(kuò)散速率比置換固溶體中的原子擴(kuò)散速率高得多。 擴(kuò)散系數(shù)（或稱(chēng)擴(kuò)散速率）是描述物質(zhì)擴(kuò)散難易程度的重要參量。擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散激活能有關(guān)，其遵循阿雷尼烏斯方程。因此，物質(zhì)的擴(kuò)散能力也可用擴(kuò)散激活能的大小來(lái)表征。 為了更好的應(yīng)用擴(kuò)散和空位擴(kuò)散，需要了解影響擴(kuò)散的因素，這是很重要的。在影響擴(kuò)散的諸多因素中（如溫度、固體類(lèi)型、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、化學(xué)成分、應(yīng)力等）中，溫度是影響擴(kuò)散最重要的因素。 出現(xiàn)相變的擴(kuò)散稱(chēng)為相變擴(kuò)散或反應(yīng)擴(kuò)散。由反應(yīng)擴(kuò)散所形成的相可參考平衡相圖進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在二元合金反應(yīng)擴(kuò)散的滲層組織中不存在兩相混合區(qū)，只有孤立的單相存在，而且在它們的相界面上的濃度是突變的，它對(duì)應(yīng)于相圖中每個(gè)相在反應(yīng)擴(kuò)散溫度下的極限溶解度。不存在兩相混合區(qū)的原因可用相平衡的熱力學(xué)來(lái)解釋。