二章固态合金的相结构ppt课件.ppt
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1、主讲教师,李香芝,2-2 金属间化合物,2-1 固溶体,材料科学基础,第二章 合金的相结构,材料科学基础,2-1 固溶体,一.固溶体特性,第一页,第一节,合金:由两种或两种以上的元素 (至少 一种金属元素)经熔炼、烧结等组合而成的具有金属特性的物质。,保持溶剂晶体结构;,成分可变结构不变,在相图中为一个相区;,保持金属键结合;,产生固溶强化 。,二、固溶体分类,1.按溶质在溶剂中的位置划分:,置换固溶体 间隙固溶体,2.按溶质在溶剂中的溶解度划分:,有限固溶体 无限固溶体,3.按溶质在溶剂中分布规律划分:,有序固溶体 无序固溶体,第2页,第一节,第3页,置换固溶体-溶质原子占据溶剂陣点位置所形
2、成的。 固溶体. Cu(Ni)或 Ni(Cu ),三、置换固溶体,分类,无限固溶体:Cu-Ni、Au-Ag,有限固溶体:Cu-Zn(39%)、Cu-Sn(9%),无序固溶体:Cu-Ni、Au-Ag、Cu-Zn,有序固溶体:Cu-25%Au(Cu3Au),形成无限固溶体时两组元原子连续置换示意图,第一节,第4页,无序置换固溶 体结构示意图,有序固溶体 Cu3Au,置换固溶体点阵畸变示意图,第5页,第一节,晶体结构因素,组元间晶体结构相同是形成无限固溶体的必 要条件。(如:Cu-Ni合金无限固溶体) 形成有限固溶体时,溶质元素与溶剂的结构 类型相同,则溶解度通常也较不同结构时为大。,第6页,电子浓
3、度因素(化合价因素),极限电子浓度:形成固溶体的最大溶解度时对应的值。 一定溶剂的晶体结构对应一定的极限电子浓度值。,一价的bcc结构的金属为溶剂时,,一价的fcc结构的金属为溶剂时,,如: Cu(Ni-无限)合金,如: Cu(Zn-39%)合金,Cu(Sn-9%)合金,只有0价或1价的元素与1价的元素相互溶解有可能形成无限固溶体。超过极限电子浓度值越大溶解度越小,过渡族元素化合价为”零”价. (如:Cu一1价,Ni一0价),元素的化合价,化合价因素小结,原子尺寸因素,只有当r1415才可能无限互溶。 以Fe为溶剂时r8才可能无限互溶。 以Cu为溶剂时r1011才可能无限互溶 。 原因是:r越
4、大晶格畸变越大,溶解度越小。 如:Cu(Ni-无限)合金-,第7页,负电性因素(化学亲合力),负电性;原子接受电子而显示负电性的能力 。 以负电性大小来衡量化学亲合力。 两元素负电性差值X0.40.5时,有利于 形成固溶体。 X0.40.5,倾向于形成稳定的化合物, 其负电性差值越小,固溶体中固溶度越大。 如元素的负电性值:Cu-1.9, Ni-1.9; Zn-1.6 , Sn-1.8。Cu-Ni合金可能无限互溶; Cu-Zn,Cu-Sn合金溶解度小于Cu-Ni合金 。,第8页,四、间隙固溶体 (interstitial solid),形成规律原子半径较小的非金属元素C、N、H溶入 过渡族元素
5、的间隙位置。,一.特点: 保持溶剂结构 溶质原子均位于bcc、fcc、hcp 八面体间隙位置。 产生固溶强化,间隙固溶强化其强 化效果大于置换固溶强化。,第9页,间隙原子在bcc 结构中的位置,间隙固溶体中 的固溶强化,二.间隙固溶体的分类,永远是有限固溶体。,永远是无序固溶体。,三.影响溶解度因素,1.溶剂一定时,溶质的原子半径越小,溶解度越大。,(1)温度相同时,溶剂晶体结构不同溶解度不同; 727时:C原子溶入-Fe中最大溶解度为0.77%;,有序固溶体及固溶体的微观不均匀性,固溶体的微观不均匀性,过去认为原子在固溶体中分布是统计的、均匀的和无序的。,第11页,近年来研究表明无序固溶体只
6、是宏观的一种说法,从微观尺度讲是不均匀的,可能出现完全无序、偏聚、短程有序和完全有序四种结构。,(1)完全无序 当原子间作用力满足fAB fAA fBB关系时呈 完全无序排列,如图(a)所示。,固溶体中溶质原子示意图,(3)短程有序 当部分原子间作用力满足fAB fAA(或 fBB)时,固溶体部分原子呈为短程有序,如图(c)。,(4)有序分布(超结构)当处于短程有序排列的原子达到一定的原子分数时,固溶体发生了有序化转变,从而形成了有序固溶体,如(d)图。,(2)偏聚 当原子间作用力满足 fAA 或 fBB fAB 时出现 偏聚现象。如图(b),有序固溶体超结构,图27 Cu3Au 有序固溶体,
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