关于影响金属材料固态扩散的因素与控制
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焊接接头的金属间扩散分析与防护一、引言焊接是一种常见的金属连接工艺,广泛应用于各个行业和领域。
然而,在焊接接头的制备过程中,金属间的扩散现象可能会导致接头强度降低、脆性增加等问题。
为了确保焊接接头的质量和可靠性,本文将对焊接接头的金属间扩散现象进行分析,并提出相应的防护措施。
二、金属间扩散的原因金属在高温下,原子或离子会发生迁移并扩散到邻近的金属晶界或金属间隙中,从而形成金属间扩散现象。
金属间扩散的主要原因包括以下几个方面:1. 温度效应:高温会加速金属中原子的热活动,促进金属间扩散的发生;2. 浓度差效应:当接头中金属元素的浓度差异较大时,金属间的扩散现象会更加明显;3. 结构相似性:如果接头中金属元素的晶格结构相似,扩散现象会更容易发生;4. 时间效应:金属间扩散是一个时间积累效应,在焊接接头的使用过程中,金属间扩散现象会不断积累。
三、金属间扩散的影响金属间扩散对焊接接头的质量和性能有着重要的影响,主要体现在以下几个方面:1. 强度降低:金属间扩散会导致焊接接头中产生弱化区域,使接头的抗拉强度降低;2. 脆性增加:金属间扩散会导致接头中形成新的脆性相或化合物,从而增加接头的脆性,使其更容易发生断裂;3. 导电性降低:金属间扩散会改变接头中金属元素的分布,导致接头的电导率下降。
四、金属间扩散的防护措施为了防止金属间扩散对焊接接头的影响,可以采取以下防护措施:1. 选用合适的焊材:合理选择焊接材料,确保焊接接头中金属元素的浓度差异尽可能小,减少金属间扩散的可能性;2. 控制焊接温度:严格控制焊接过程中的温度,避免温度过高导致金属间扩散的发生;3. 引入屏障材料:在接头界面引入屏障材料,阻止金属元素的扩散,减少扩散现象的发生;4. 加强表面涂层:在焊接接头的表面涂覆一层抗氧化层或其他保护涂层,减缓金属间扩散的速度;5. 加强冷却措施:焊接接头制备完成后,及时进行冷却处理,避免过高的温度对接头产生不利影响。
说明固态扩散所需要的条件(一)说明固态扩散所需要的条件什么是固态扩散?固态扩散是指在固体材料中自发地向不同相的区域传播的物质传递过程。
它在材料科学和工程领域中具有重要意义,主要用于合金制备、材料改性和热处理等方面。
固态扩散的条件固态扩散需要满足以下几个条件:1.有足够的激活能量源:对于原子、分子在固体中跳跃到其他位置,需要克服能垒才能实现。
因此,固态扩散需要有足够的激活能量源,如高温、应力场等。
2.存在空位或缺陷:固态扩散的过程中,原子或分子需要从一个位置迁移至另一个位置。
这种迁移过程中,通常会涉及到固体中的空位或者缺陷。
空位是指晶体中缺少原子的位置,而缺陷是指晶体中的结构缺陷或杂质原子。
因此,固态扩散需要存在空位或缺陷,以提供原子或分子的迁移路径。
3.足够的扩散时间:固态扩散是一个渐进的过程,扩散速率与时间的关系通常遵循强度-时间指数规律。
因此,固态扩散需要足够的时间,以使得扩散能够发生。
4.适宜的温度:温度是促进固态扩散的重要因素之一,高温可以提高原子或分子的迁移速率。
不同材料的固态扩散温度范围各不相同,需要根据具体材料的性质来确定适宜的扩散温度。
5.材料之间的相容性:固态扩散通常发生在不同相的材料之间,例如金属间的扩散。
在这种情况下,原子或分子在界面处会发生互相交换的过程。
因此,固态扩散需要有一定的相容性,以保证扩散界面的稳定性和可靠性。
6.适宜的压力条件:在一些情况下,压力可以对固态扩散产生影响。
例如,在超高压下,固态扩散的速率可能会显著增加。
因此,适宜的压力条件也是固态扩散的重要因素之一。
总结固态扩散是固体材料中的一种物质传递过程,它需要满足激活能量源、存在空位或缺陷、足够的扩散时间、适宜的温度、材料相容性和适宜的压力条件等条件。
了解固态扩散的条件有助于我们更好地理解材料的性质和应用,为合金制备、材料改性等工程问题提供科学依据。
固态扩散的应用固态扩散作为一种材料加工和改性的重要方法,具有广泛的应用领域。
金属合金族群扩散规律及其相关影响因素引言:金属合金是由两种或两种以上金属元素组成,通过熔炼和凝固而形成的固溶体。
金属的扩散现象在金属合金族群中具有重要意义,因为它直接影响着合金的性能和性质。
本文旨在探讨金属合金族群中的扩散规律及其相关影响因素。
一、金属合金族群扩散规律金属合金族群中的扩散是指金属元素在合金中的原子通过随机热运动而发生迁移的过程。
根据扩散方式不同,可以将金属合金族群扩散分为表面扩散和体内扩散两种情况。
1. 表面扩散表面扩散是指金属元素在合金表面附近的原子扩散现象。
表面扩散的速度通常较快,因为表面原子相对于体内原子具有较高的移动能力。
此外,表面扩散还受到外界条件(如温度、压力、气氛等)的影响,这些因素可以改变表面扩散的速度和路径。
2. 体内扩散体内扩散是指金属元素在合金晶粒内的原子扩散现象。
体内扩散速度较慢,因为晶格结构对原子迁移具有阻碍作用。
体内扩散的速度主要取决于金属元素的化学性质、晶粒尺寸和温度等因素。
二、影响金属合金族群扩散的因素1. 温度温度是影响金属合金族群扩散的关键因素之一。
温度升高会导致原子的热运动加剧,从而增加了扩散的速率。
根据Arrhenius方程,温度每升高10°C,扩散速率将增加约2倍。
2. 合金成分金属合金中不同元素的扩散速率可能会有所不同。
这是因为不同金属元素的原子大小、化学性质和晶格结构不同,从而影响了其扩散能力。
通常来说,原子尺寸较小的元素更容易扩散。
3. 合金的微观结构合金的晶粒尺寸和晶界也会影响扩散的速率。
较大的晶粒尺寸会导致扩散路径变长,从而减慢扩散速度。
而且,晶界是原子迁移的前沿,其结构和能量状态对扩散过程起着重要作用。
4. 应力应力可以通过改变晶体的缺陷结构来影响金属合金族群的扩散。
高应力会增加缺陷密度,促使原子沿着应力梯度扩散。
这种应力导致的扩散称为应力扩散,需要通过力学原理进行描述。
结论:金属合金族群的扩散现象对合金的性能和性质有重要的影响。
固体扩散知识点总结高中一、固体扩散的概念固体扩散是指固体物质在其晶体内或固体间以固态扩散的方式,通过原子、离子或分子的迁移,从而实现物质之间的传递和混合。
在固体体相中,原子、离子或分子由于热运动的影响,会发生扩散现象,从而引起物质的变化和传输。
二、固体扩散的原理1. 热运动:固体内部的原子、离子或分子由于热运动的作用而发生迁移,从而引起固体的扩散。
2. 空位扩散:固体晶格中存在一定数量的空位,原子、离子或分子通过这些空位进行迁移,形成扩散现象。
3. 杂质扩散:固体中所含的杂质也会影响固体的扩散速率,使得固体扩散不再是纯净物质之间的扩散,而有了杂质的影响。
4. 温度影响:温度是影响固体扩散速率的重要因素,温度升高可以加快固体扩散速率,从而促进扩散现象的发生。
5. 应力影响:固体中的应力也会影响固体扩散的速率,应力越大,扩散速率越快。
三、固体扩散的影响因素1. 温度:温度是影响固体扩散速率的重要因素,温度升高可以加快固体扩散速率,从而促进扩散现象的发生。
2. 材料性质:固体的晶体结构、晶粒大小、杂质含量等都会影响固体的扩散速率。
3. 应力:固体中的应力也会影响固体扩散的速率,应力越大,扩散速率越快。
4. 时间:随着时间的推移,固体扩散会逐渐发生,而且扩散速率还会随时间的变化而发生变化。
四、固体扩散的应用1. 材料加工:在金属工艺和陶瓷工艺中,固体扩散是非常重要的工艺现象,它被广泛应用于金属的焊接、涂层、烧结、热处理等工艺中。
2. 化学反应:在化学反应过程中,固体扩散起着非常重要的作用,它能够影响反应速率和反应的进行方式,从而影响最终产物的产生。
3. 材料改性:利用固体扩散的特点,可以对材料进行改性,例如在金属表面进行渗碳处理,使金属具有更好的力学性能。
4. 热传导:固体扩散也参与了热传导的过程,热传导是由于固体内部的原子、离子或分子的扩散而实现的。
总之,固体扩散是固体物质的一种重要的扩散现象,它对于材料加工、化学反应、材料改性和热传导等方面都有着非常重要的影响。
金和铅的扩散现象引言金和铅是两种常见的金属元素,它们在自然界中广泛存在并具有各自的特性。
在实际应用中,我们经常会遇到金和铅的扩散现象。
金和铅的扩散现象在材料科学、化学工程等领域具有重要的研究价值和应用意义。
本文将从不同角度深入探讨金和铅的扩散现象及其相关原理和应用。
金的扩散特性金是一种贵金属,具有良好的导电性和化学惰性。
金的扩散现象主要包括固态扩散和液态扩散两种形式。
固态扩散固态扩散是指金在固体材料中的扩散现象。
金的固态扩散受到多种因素的影响,例如温度、时间、晶体结构等。
金的固态扩散可以通过Fick定律进行描述。
Fick定律表明,在恒定温度下,金的扩散速率与扩散浓度梯度成正比。
金的固态扩散可以用以下公式表示:J=−D dc dx其中,J表示扩散通量,D表示扩散系数,c表示扩散浓度,x表示扩散长度。
液态扩散液态扩散是指金在液态介质中的扩散现象。
金的液态扩散一般发生在高温下,液态金在液体中的迁移速率较快。
金的液态扩散可以通过斯托克斯-爱因斯坦方程进行描述。
该方程表示物质在流体中的扩散速率与温度、溶剂的粘度等因素有关。
铅的扩散特性铅是一种有毒金属,常用于电池、涂料等工业生产中。
铅的扩散现象对环境和人体健康造成严重影响,因此需要高度重视。
环境中的铅扩散铅在自然界中主要以化合物形式存在,例如,铅酸盐、铅氧化物等。
这些化合物在土壤、水体中会发生扩散现象,导致铅污染现象。
铅的扩散速度受到多种因素的影响,包括土壤质地、水体流速、温度等。
铅的扩散可以通过人为手段进行控制,例如采取合适的土壤修复措施、净水处理等。
人体内的铅扩散铅在人体内也会发生扩散现象。
人们通过吸入或摄入含铅尘埃、食物等方式接触到铅,然后铅会在人体内扩散到不同的组织器官。
铅在人体内的扩散速度与多种因素有关,例如吸入铅颗粒的浓度、呼吸速率、人体免疫系统状况等。
高浓度的铅扩散会对人体健康造成严重影响,因此需要采取有效的防护和治疗方法。
金和铅扩散的应用金和铅的扩散现象在材料工程、化学工程等领域具有广泛的应用价值。
影响固态扩散的因素
影响固态扩散的因素主要包括以下几个方面:
1. 温度:温度是影响固态扩散速率的最重要因素,随着温度的升高,原子或分子的扩散速率将增加。
2. 材料性质:材料的晶体结构、化学成分和晶界等因素都会影响固态扩散。
晶体结构的稳定性和缺陷密度越高,扩散速率可能越大。
材料的化学成分中有利于扩散的元素浓度越高,扩散速率可能越大。
晶界是扩散的有效通道,晶界密度和晶界角度也会影响扩散速率。
3. 扩散物质:不同的扩散物质具有不同的扩散速率。
在相同的温度和材料条件下,质量小、尺寸小的物质扩散速率可能更快。
4. 应力和压力:应力和压力会影响材料的晶体缺陷和晶界运动,从而影响固态扩散速率。
5. 扩散路径:不同的扩散路径会影响扩散速率。
扩散可以发生在固态晶体内部,也可以发生在晶界和界面之间。
总之,固态扩散是一个复杂的过程,受多个因素的综合影响。
了解这些因素可以帮助我们更好地理解和控制固态扩散过程。
关于影响金属材料固态扩散的因素与控制影响金属材料固态扩散的因素与控制摘要:由扩散第一定律可知,在浓度梯度一定时,原子扩散仅取决于扩散系数D。
对于典型的原子扩散过程,D符合Arrhenius公式,。
因此,D仅取决于D0、Q和T,凡是能改变这三个参数的因素都将影响扩散过程。
关键词:温度,因素,扩散,组元,系数一,温度由扩散系数表达式看出,温度越高,原子动能越大,扩散系数呈指数增加。
以C 在γ-Fe中扩散为例,已知D0=2.0×10-5m2/s,Q=140×103J/mol,计算出927℃和1027℃时C的扩散系数分别为1.76×10-11m2/s,5.15×10-11m2/s。
温度升高100℃,扩散系数增加三倍多。
这说明对于在高温下发生的与扩散有关的过程,温度是最重要的影响因素。
应该注意,有些材料在不同温度范围内的扩散机制可能不同,那么每种机制对应的D和Q不同,D便不同。
在这种情况下,~并不是一条直线,而是由若干条直线组成的折线。
例如,许多卤化物和氧化物等离子化合物的扩散系数在某一温度会发生突变,反映了在这一温度以上和以下受到两种不同的机制控制。
图3.15表示出Na+离子在NaCl晶体中扩散系数的实验值。
其中,高温区发生的是以点缺陷扩散为主的本征扩散,低温区发生的是以夹杂产生或控制的缺陷扩散为主的非本征扩散。
二,成分1,组元性质原子在晶体结构中跳动时必须要挣脱其周围原子对它的束缚才能实现跃迁,这就要部分地破坏原子结合键,因此扩散激活能Q和扩散系数D必然与表征原子结合键大小的宏观或者微观参量有关。
无论是在纯金属还是在合金中,原子结合键越弱,Q越小,D越大。
合金中的情况也一样。
考虑A、B组成的二元合金,若B组元的加入能使合金的熔点降低,则合金的互扩散系数增加;反之,若能使合金的熔点升高,则合金的互扩散系数减小,在微观参量上,凡是能使固溶体溶解度减小的因素,都会降低溶质原子的扩散激活能,扩散系数增大。
镁的扩散现象-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述镁是一种具有轻质、高强度和良好的导热性能的金属材料,广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
在实际应用过程中,我们经常会遇到镁的扩散现象,即镁原子在固体内部的运动和扩散。
镁的扩散现象不仅对镁材料的性能和稳定性有着重要影响,也在新材料的研究和应用中具有重要的理论和实际价值。
本文将着重探讨镁的扩散机制以及影响镁扩散的因素。
首先,我们会介绍镁的基本特性和广泛应用的领域,以便了解镁材料在不同领域中的重要性和需求。
随后,我们将详细介绍镁的扩散机制,包括镁原子在固体中的运动方式和扩散速率的计算方法。
同时,我们还将讨论一些影响镁扩散的因素,如温度、压力、材料纯度等。
通过对这些因素的分析,我们可以更好地理解和控制镁的扩散现象,从而提高镁材料的应用性能和质量。
在结论部分,我们将对镁的扩散现象进行总结,强调镁扩散研究的重要性和意义。
同时,我们还会展望未来的研究方向,希望通过更深入的研究和探索,进一步提高对镁的扩散机制的理解和应用水平。
这对于镁材料的发展和应用具有重要的指导意义,也为其他金属材料的研究提供了借鉴和启示。
通过对镁的扩散现象的研究,我们可以更好地应用镁材料,提高其性能和稳定性,在各个领域中发挥更大的作用。
同时,对镁扩散的深入了解也为相关材料的研究和开发提供了重要的参考和借鉴。
希望本文能够对读者对镁的扩散现象有一个全面和深入的了解,并为进一步的研究和应用提供一定的指导和思路。
文章结构部分的内容如下:1.2 文章结构本文分为三个主要部分:引言、正文和结论。
下面将对每个部分的内容进行简要介绍。
引言部分(Chapter 1)旨在对文章进行概述,并阐明文章的目的。
首先,我们将对镁的扩散现象进行概述,介绍其在各个领域的应用。
其次,我们将提供本文的结构,明确各个章节的主要内容。
最后,我们将阐明本文的目的,即深入探讨镁的扩散现象及其影响因素。
正文部分(Chapter 2)将详细讨论镁的扩散现象。
第三章固体金属中的扩散物质的迁移可通过对流可扩散两种方式进行。
在气体和液体中物质的迁移一般是通过对流和扩散来实现的。
但在固体中不发生对流,扩散是唯一的物质迁移方式,其原子或分子由于热运动不断地从一个位置迁移到另一个位置。
扩散是固体材料中的一个重要现象,诸如金属铸件的凝固及均匀化退火,冷变形金属的回复和再结晶,陶瓷或粉末冶金的烧结,材料的固态相变,高温蠕变,以及各种表面处理等等,都与扩散密切相关。
要深入地了解和控制这些过程,就必须先掌握有关扩散的基本规律。
研究扩散一般有两种方法:①表象理论——根据所测量的参数描述物质传输的速率和数量等;②原子理论——扩散过程中原子时如何迁移的。
本章主要讨论固体材料中扩散的一般规律、扩散的影响因素和扩散机制等内容。
固体材料设计金属、陶瓷和高分子化合物三类;金属中的原子结合是以金属键方式;陶瓷中的原子结合主要是以离子键方式为主;而高分子化合物中的原子结合方式是共价键或氢键结合,并形成长链结构,这就导致了三种类型固体中原子或分子扩散的方式不同,描述它们各自运动方式的特征也是本章的主要目的之一。
3.1扩散定律及其应用3.1.1菲克第一定律当固体中存在着成分差异时,原子将从浓度高处向浓度低处扩散。
如何描述原子的迁移速率,阿道夫•菲克(Adolf Fick)对此进行了研究,并在1855年久得出:扩散中原子的通量与质量浓度梯度成正比,即该方程称为菲克第一定律或扩散第一定律。
其中,J为扩散通量,表示单位时间内通过垂直于扩散方向x的单位面积的扩散物质质量,其单位为kg∕(㎡·s);D为扩散系数,其单位为㎡∕s;而ρ是扩散物质的质量浓度,其单位为kg∕m³。
式中的负号表示物质的扩散方向与质量浓度梯度dρ∕dx方向相反,即表示物质从高的质量浓度区向低的质量浓度区方向迁移。
菲克第一定律描述了一种稳态扩散,即质量浓度不随时间而变化。
史密斯(R.P.Smith)在1953年发表了运用菲克第一定律测定碳在у-Fe中的扩散系数的论文,他将一个半径为r,长度为l的纯铁空心圆筒置于1000℃高温中渗碳,即筒内和筒外分别渗碳和脱碳气氛,经过一定时间后,筒壁内各点的浓度不再随时间面变化,满足稳态扩散的条件,此时,单位时间内通过管壁的碳量q∕t为常数。
影响金属材料固态扩散的因素与控制
摘要:由扩散第一定律可知,在浓度梯度一定时,原子扩散仅取决于扩散系数D。
对于典型的原子扩散过程,D符合Arrhenius公式,。
因此,D仅取决于D0、Q和T,凡是能改变这三个参数的因素都将影响扩散过程。
关键词:温度,因素,扩散,组元,系数
一,温度
由扩散系数表达式看出,温度越高,原子动能越大,扩散系数呈指数增加。
以C 在γ-Fe中扩散为例,已知D0=2.0×10-5m2/s,Q=140×103J/mol,计算出927℃和1027℃时C的扩散系数分别为1.76×10-11m2/s,5.15×10-11m2/s。
温度升高100℃,扩散系数增加三倍多。
这说明对于在高温下发生的与扩散有关的过程,温度是最重要的影响因素。
应该注意,有些材料在不同温度范围内的扩散机制可能不同,那么每种机制对应的D
和Q不同,D便不同。
在这种情况下,~并不是一条直线,而是由若干条直线组成的折线。
例如,许多卤化物和氧化物等离子化合物的扩散系数在某一温度会发生突变,反映了在这一温度以上和以下受到两种不同的机制控制。
图3.15表示出Na+离子在NaCl晶体中扩散系数的实验值。
其中,高温区发生的是以点缺陷扩散为主的本征扩散,低温区发生的是以夹杂产生或控制的缺陷扩散为主的非本征扩散。
二,成分
1,组元性质
原子在晶体结构中跳动时必须要挣脱其周围原子对它的束缚才能实现跃迁,这就要部分地破坏原子结合键,因此扩散激活能Q和扩散系数D必然与表征原子结合键大小的宏观或者微观参量有关。
无论是在纯金属还是在合金中,原子结合键越弱,Q越小,D越大。
合金中的情况也一样。
考虑A、B组成的二元合金,若B组元的加入能使合金的熔点降低,则合金的互扩散系数增加;反之,若能使合金的熔点升高,则合金的互扩散系数减小,
在微观参量上,凡是能使固溶体溶解度减小的因素,都会降低溶质原子的扩散激活能,扩散系数增大。
例如,固溶体组元之间原子半径的相对差越大,溶质原子造成的点阵畸变越大,原子离开畸变位置扩散就越容易,使Q减小,D增加。
2,组元浓度
在二元合金中,组元的扩散系数是浓度的函数,只有当浓度很低,或者浓度变化不大时,才可将扩散系数看作是与浓度无关的常数。
组元的浓度对扩散系数的影
响比较复杂,若增加浓度能使原子的Q减小,而D
增加,则D增大。
但是,通常
的情况是Q减小,D
0也减小;Q增加,D
也增加。
这种对扩散系数的影响呈相反
作用的结果,使浓度对扩散系数的影响并不是很剧烈,实际上浓度变化引起的扩散系数的变化程度一般不超过2~6倍。
3,第三组元的影响
在二元合金中加入第三组元对原有组元的扩散系数的影响更为复杂,其根本原因是加入第三组元改变了原有组元的化学位,从而改变了组元的扩散系数。
例如:将Fe-0.4%C碳钢和Fe-0.4%C-4%Si硅钢的钢棒对焊在一起形成扩散偶,然后加热至1050℃进行13天的高温扩散退火。
实验结果发现,在退火之前,C浓度在扩散偶中是均匀的;但是在退火之后,C原子出现了比较大的浓度梯度。
这一事实表明,在有Si存在的情况下C原子发生了由低浓度向高浓度方向的扩散,即上坡扩散。
上坡扩散产生的原因是,Si增加了C原子的活度,从而增加了C原子的化学位,使之从含Si的一端向不含Si的一端扩散。
随着退火时间的延长开始时C浓度在焊接面附近逐渐变陡,然后又趋于平缓,当退火时间很长时,C和Si的浓度最终都趋于均匀,形成均匀的固溶体。
合金元素对C在奥氏体中扩散的影响对钢的奥氏体化过程起到非常重要的
作用,按合金元素作用的不同可以将其分为三种类型。
①碳化物形成元素:这类元素与C的亲和力较强,阻碍C的扩散,降低C在奥氏体中的扩散系数,如Nb、Zr、Ti、Ta、V、W、Mo、Cr等;②弱碳化物形成元素:Mn,对C的扩散影响不大;③非碳化物形成元素:Co、Ni、Si等,其中Co增大C的扩散系数,Si减小C的扩散系数,而Ni的作用不大。
不同合金元素对C在奥氏体中扩散的影响如图3.23。
三,晶体结构
1,固溶体类型
固溶体主要有间隙固溶体和置换固溶体,在这两种固溶体中,溶质原子的扩散机制完全不同。
在间隙固溶体中,溶质原子以间隙扩散为机制,扩散激活能较小,原子扩散较快;反之,在置换固溶体中,溶质原子以空位扩散为机制,由于原子尺寸较大,晶体中的空位浓度又很低,其扩散激活能比间隙扩散大得多。
表3.6列出了不同溶质原子在γ-Fe中的扩散激活能。
2,晶体结构类型
晶体结构反映了原子在空间排列的紧密程度。
晶体的致密度越高,原子扩散时的路径越窄,产生的晶格畸变越大,同时原子结合能也越大,使得扩散激活能越大,扩散系数减小。
这个规律无论对纯金属还是对固溶体的扩散都是适用的。
例如,面心立方晶体比体心立方晶体致密度高。
钢的渗碳温度选择在900-930℃,对于常用的渗碳钢来讲,这个温度范围应该处在奥氏体单相区。
奥氏体是面心立方结构,C在奥氏体中的扩散速度似乎较慢,但是由于渗碳温度较高,加速了C的扩散,同时C在奥氏体中的溶解度远比在铁素体中的大也是一个基本原因。
3,晶体的各向异性
理论上讲,晶体的各向异性必然导致原子扩散的各向异性。
但是实验却发现,在对称性较高的立方系中,沿不同方向的扩散系数并未显示出差异,只有在对称性较低的晶体中,扩散才有明显的方向性,而且晶体对称性越低,扩散的各向异性越强。
铜、汞在密排六方金属锌和镉中扩散时,沿(0001)晶面的扩散系数小于沿[0001] 晶向的扩散系数,这是因为(0001)是原子的密排面,溶质原子沿这个面扩散的激活能较大。
但是,扩散的各向异性随着温度的升高逐渐减小。
晶体结构的三个影响扩散的因素本质上是一样的,即晶体的致密度越低,原子扩散越快;扩散方向上的致密度越小,原子沿这个方向的扩散也越快。
四,短路扩散
固体材料中存在着各种不同的点、线、面及体缺陷,缺陷能量高于晶粒内部,可以提供更大的扩散驱动力,使原子沿缺陷扩散速度更快。
通常将沿缺陷进行的
扩散称为短路扩散,沿晶格内部进行的扩散称为体扩散或晶格扩散,短路扩散包括表面扩散、晶界扩散、位错扩散及空位扩散等。
一般来讲,温度较低时,以短路扩散为主,温度较高时,以体扩散为主。
在多晶体金属中,原子的扩散系数实际上是体扩散和晶界扩散的综合结果。
晶粒尺寸越小,金属的晶界面积越多,晶界扩散对扩散系数的贡献就越大。
晶体中的位错对扩散也有促进作用。
位错与溶质原子的弹性应力场之间交互作用的结果,使溶质原子偏聚在位错线周围形成溶质原子气团(包括Cottrell 气团和Snoek气团)。
这些溶质原子沿着位错线为中心的管道形畸变区扩散时,激活能仅为体扩散激活能的一半左右,扩散速度较高。
由于位错在整个晶体中所占的比例很小,所以在较高温度下,位错对扩散的贡献并不大,只有在较低温度时,位错扩散才起重要作用。