四章 固态扩散.pptVIP

（四）换位扩散机制 1.直接换位 △E＝1005KJ.mol-2 2.环形换位 △E＝381KJ.mol-2 空位扩散系数： 间隙扩散系数： 比较： 直接换位 返回首页 1.空位扩散较间隙扩散难于进行； 2.温度越高或△E越小则D越大,扩散易于进行。 第22页 返回首页 表4－2 Cu的自扩散激活能数值 193～197 193 空 位 扩 散 193～197 381 环形换位扩散 193～197 1005 直接换位扩散 扩散激活能试验值 （J.mol-2） 扩散激活能计算值 （J.mol-2） 扩 散 机 制 由上表可以看出：在置换固溶体中空位扩散激活能最小，与试验数据相符。环形换位机制只有在特定条件下才能发生，在置换固溶体中常常是以空位扩散机制为主进行扩散。 扩散系数小结 3.在置换固溶体中的扩散机制为空位扩散机制， 2.在间隙固溶体中的扩散机制为间隙扩散机制， 扩散系数为： 扩散系数为： 4.空位扩散较间隙扩散难于进行； 5.温度越高或△E越小则D越大,扩散易于进行。 1.扩散系数 材料一定(d、P常数),温度越 高,γ越大,则D越大 。 1.自扩散（本征扩散）－在均匀的固溶体和纯 金属中原子的扩散不伴有浓度的变化。 如：纯金属的形核和长大需要原子的扩散完成。 扩散的驱动力是表面能的降低。 2.互扩散（异扩散）－在不均匀的固溶体中异 类原子的相对扩散，并且伴有浓度变化的扩 散。 如：Cu原子向Ni原子中的扩散或C原子向γ-Fe 中的扩散均属于互扩散。 三.自扩散与互扩散 一.原子扩散与反应扩散 （一）原子扩散－扩散中只形成固溶体而无新相形成的 扩散。 如：工业渗碳，扩散自始至终只使固溶体（奥氏体） 的成分变化，形成的仍然是固溶体。 （二）反应扩散（相变扩散）－扩散中有新相形成的 扩散。 如：工业N化，45钢N化，扩散初期是原子扩散，使0.45%的含氮量升高，仍然是固溶体，当超过N在固溶体的溶解度后在扩散过程中形成Fe3N、Fe4N、FeN等中间相。 §4-4 反应扩散 二.反应扩散速度－ （反应扩散层增厚的速度） 反应扩散速度取决于两个因素： 1.化学反应速度 2.原子扩散速度 反应扩散速度 （一）单纯由原子扩散速度所 控制的反应扩散速度 ζ－反应扩散层（新相β）厚度 Cζ，C’ζ－渗入元素在表面及 底部的体积浓度 Co－亚表层的体积浓度 扩散原子由表面（A）向内扩散，开始是原子扩散， 形成α固溶体，当α固溶体达到一定浓度时发生反应扩散形成新相β，厚度为ζ，而新相β的增厚依靠原子的扩散完成。 扩散通量J＝ ＝－D ……………..（1） M-dt时间内进入dζ的质量 A－表面面积 J－扩散原子通过①面扩散流量， ＝ 又知，dM＝（ ）A dζ………………（2） 将（2）式代入（1）式得：J＝ ＝－D ① 单纯由原子扩散速度所控制的反应扩散速度（ ） ＝－D , 令 ＝a（浓度梯度） 所以， = - , ζ2＝2at 由上两式可知： 与新相厚度（ζ）成反比；与新相层的浓度梯度a成 正比。 ② 反应扩散新相层厚度（ζ）与 成正比。 （二）单纯由化学反应速度所控制的反应扩散速度 ＝ K－平衡常数 v－比例常数 即新相层的厚度（ζ）与t呈线性关系。 影响反应扩散的两个因素小结： ① 开始阶段新相层（β）较薄，反应扩散速度（ ） 较大。此时化学反应速度是主要矛盾；只有化学反应速度加大才能形成更多新相，新相β厚度（ζ）的增大服从直线关系； ② 随着新相（β）的增厚，原子扩散速度成为控制因 素，新相β厚度（ζ）的增大服从剖物线关系： 三．反应扩散与反应扩散层组织 图4－12 纯铁渗氮后氮化层组织结构 a)铁-氮相图 b）