第四章固體中原子及分子的運動

1、 物質(zhì)的傳輸方式氣體：擴散+對流 固體：擴散液體：擴散+對流金屬 陶瓷高分子鍵屬金離子鍵共價鍵擴散機制不同 原子或分子的遷移現(xiàn)象稱為原子或分子的遷移現(xiàn)象稱為擴散。擴散的本質(zhì)是原子依靠熱運動從一個位置遷擴散。擴散的本質(zhì)是原子依靠熱運動從一個位置遷移到另一個位置。擴散是固體中原子遷移的唯一方移到另一個位置。擴散是固體中原子遷移的唯一方式。式。 現(xiàn)象：柯肯達爾效應(yīng)?，F(xiàn)象：柯肯達爾效應(yīng)。 本質(zhì)：原子無序躍遷的統(tǒng)計結(jié)果。（不是原子的本質(zhì)：原子無序躍遷的統(tǒng)計結(jié)果。（不是原子的 定向移動）。定向移動）。 由于固態(tài)金屬中原子間結(jié)合力比氣體、液體大得多，其擴由于固態(tài)金屬中原子間結(jié)合力比氣體、液體大得多，其擴散也

2、不易、需具備下列條件才能擴散散也不易、需具備下列條件才能擴散: 只有只有T足夠高，才能使原子具有足夠足夠高，才能使原子具有足夠 的激活能，足以克服周圍原子的束縛而發(fā)生遷移。如的激活能，足以克服周圍原子的束縛而發(fā)生遷移。如Fe原子原子在在500 以上才能有效擴散，而以上才能有效擴散，而C原子在原子在100 以上才能在以上才能在Fe中擴散中擴散 擴散原子在晶格中每一次最多遷移擴散原子在晶格中每一次最多遷移0.30.5n m的距離，要擴散的距離，要擴散1的距離，必須遷移近億次。的距離，必須遷移近億次。 擴散原子在基體金屬中必須有一定的固擴散原子在基體金屬中必須有一定的固溶度溶度,能溶入基體組元晶格能

3、溶入基體組元晶格,形成固溶體形成固溶體,才能進行固態(tài)擴散。才能進行固態(tài)擴散。 實際發(fā)生的定向擴散過實際發(fā)生的定向擴散過程都是在擴散驅(qū)動力作用下進行的。程都是在擴散驅(qū)動力作用下進行的。 自擴散（自擴散（self-diffusion) 互（異）擴散互（異）擴散(mutual diffusion) 上坡擴散上坡擴散(uphill diffusion) 下坡擴散下坡擴散(downhill diffusion) 原子擴散原子擴散(atomic diffusion) 反應(yīng)擴散反應(yīng)擴散(reaction diffusion) 描述在穩(wěn)態(tài)描述在穩(wěn)態(tài)條件下的擴散條件下的擴散, ,即即 表達式表達式: J = :

4、 J = Dd/dx Dd/dx 描述擴散速度的物理量。它等于濃度梯度描述擴散速度的物理量。它等于濃度梯度為為1 1時在時在1 1秒內(nèi)通過秒內(nèi)通過1 1面積的物質(zhì)質(zhì)量或原子數(shù)。面積的物質(zhì)質(zhì)量或原子數(shù)。D D越大越大, ,則擴散越快則擴散越快. .)0dtd(J: J: 擴散通量擴散通量, kg/(m, kg/(m2 2 s)s)D: D: 擴散系數(shù)擴散系數(shù), m, m2 2/s/s : : 質(zhì)量濃度，質(zhì)量濃度，kg/mkg/m3 3 : :濃度梯度濃度梯度dxd推導(dǎo)過程：菲克第一定律+質(zhì)量守恒x1x2dxJ1J2J1J2通量質(zhì)量濃度 擴散通量為J1的物質(zhì)經(jīng)過體積元后的變化通量和距離的瞬時關(guān)系濃

5、度和距離的瞬時變化A非穩(wěn)態(tài)擴散d/dt0在體積元(Adx)內(nèi)J1AJ2A=J1A+dxxJA)(dxxJA)(體積元內(nèi)擴散物質(zhì)質(zhì)量的積存速率：dxAxJdxAtxJt積存速率 =流入速率-流出速率)(xDxt菲克第二定律若D與濃度無關(guān)，則：22xDt對三維各向同性的情況：)(222222zyxDt菲克定律描述了固體中存在濃度梯度時發(fā)生的擴散，稱為化學(xué)擴散當(dāng)擴散不依賴于濃度梯度，僅由熱振動而引起時，則稱為自擴散定義：自擴散系數(shù)Ds=lim0 x(xJ) 第一定律第一定律求解一階微分方程 J = J = Dd/dx-DDd/dx-D(2-1 )/d例例1 利用一薄膜從氣流中分離氫氣。在穩(wěn)定狀態(tài)時，

6、薄膜一側(cè)利用一薄膜從氣流中分離氫氣。在穩(wěn)定狀態(tài)時，薄膜一側(cè)的氫濃度為的氫濃度為0.025mol/m3,另一側(cè)的氫濃度為另一側(cè)的氫濃度為0.0025mol/m3，并，并且薄膜的厚度為且薄膜的厚度為100m。假設(shè)氫通過薄膜的擴散通量為。假設(shè)氫通過薄膜的擴散通量為2.2510-6mol/（m2s），求氫的擴散系數(shù)。，求氫的擴散系數(shù)。(1X10-8m2/s) 第二定律第二定律: 設(shè)置中間變量求通解 根據(jù)誤差函數(shù)解(error function solution) 及初 始條件，邊界條件解出待定常數(shù)。 得出的解析式1.兩端成分不受擴散影響的擴散偶（diffusion couple）焊接過程0221exp

7、AdADtxerftx222,2121 解微分方程解微分方程 引入中間變量引入中間變量 求通解求通解 根據(jù)誤差函數(shù)解根據(jù)誤差函數(shù)解A1 和和 A2，得出得出的解析式的解析式討論：討論：若在界面處若在界面處x=0,則有則有 s=(1+2 )/2 若界面右側(cè)的若界面右側(cè)的=0,則有則有Dtxerftx212,22.一端成分不受擴散影響的擴散體 表面熱處理過程初始條件初始條件 t=0, x 0, = 0邊界條件邊界條件 t0, x=0, = s x= , = 0 求解方法同上，解析式為：求解方法同上，解析式為： 若若 0 =0，則有：，則有： 由由P133例題推出：例題推出：Dtxerftxs21,

8、)2(),(0DtxerftxssDtAx BDtx 2 已知已知CuCu在在AlAl中擴散系數(shù)中擴散系數(shù)D D，在，在500C500C和和600C600C分別為分別為4.84.81010-14-14m ms s-1-1和和5.35.31010-13-13m ms s-1-1, ,假假如一個工件在如一個工件在600C600C需要處理需要處理10h,10h,若在若在500C500C處理處理時時, ,要達到同樣的效果要達到同樣的效果, ,需要多少小時？（需需要多少小時？（需110.4110.4小時）小時） 假設(shè)對假設(shè)對Wc=0.25%Wc=0.25%的鋼件進行滲碳處理的鋼件進行滲碳處理, ,要求滲

9、層要求滲層0.50.5處的碳濃度為處的碳濃度為0.8%,0.8%,滲碳氣體濃度滲碳氣體濃度為為Wc=1.2%,Wc=1.2%,在在950C950C進行滲碳進行滲碳, ,需要需要7 7小時小時, ,如果將如果將層深厚度提高到層深厚度提高到1.01.0, ,需要多長時間？（需要需要多長時間？（需要2828小時）小時）3.衰減薄膜源表面沉積過程初始條件 t=0, x0, = x 0, =0邊界條件 t0, x=, =0 高斯特解為：DtxDtMtx4exp2,24.枝晶成份偏析的均勻化初始條件 t=0, 邊界條件 t, x=0, = 0 ，任意時刻 正弦特解為 xAxsin00,2txdxdDtxt

10、x20max0expsin, 由于置換型原子原子半徑與基體相差不大由于置換型原子原子半徑與基體相差不大, ,二者二者( (溶質(zhì)和溶質(zhì)和溶劑原子溶劑原子) )擴散速率不同，發(fā)生擴散速率不同，發(fā)生KirkendallKirkendall效應(yīng)。效應(yīng)。 柯肯達爾實驗柯肯達爾實驗置換固溶體中的擴散是置換固溶體中的擴散是KirkendallKirkendall和和DarkenDarken效應(yīng)的結(jié)合效應(yīng)的結(jié)合 Darken導(dǎo)出了置換固溶體的擴散第一定律形式：引入互擴散系數(shù)(mutual diffusion coefficient)：dxdDJdxdDJ22111221xDxDD假設(shè)：組元間的擴散互不干涉；擴

11、散過程中空位濃度不變；擴散驅(qū)動力為d/dx，實驗獲得標(biāo)記漂移速度： 引入互擴散系數(shù)，則有 應(yīng)用：測定某溫度下的互擴散系數(shù),標(biāo)記漂移速度v和d/dx，可求出兩種組元的擴散系數(shù)D1和D2。xxDDvxxDDv212121xDJxDJ22114.1.5 4.1.5 擴散系數(shù)與濃度有關(guān)時的解擴散系數(shù)與濃度有關(guān)時的解( (求求D) D) 一般了解一般了解 D與有關(guān)時，F(xiàn)ick第二定律為式 Boltzmann引入中間變量： 使偏微分方程變?yōu)槌Ｎ⒎址匠獭?根據(jù)無限長的擴散偶(diffusion couple)的初始條件為 t=0時 x0 =0；x00，D0D0為下坡擴散；為下坡擴散； 當(dāng)熱力學(xué)因子當(dāng)熱力學(xué)因

12、子0, D00, D0為上坡擴散。為上坡擴散。 總之總之, ,決定組元擴散的基本因素為決定組元擴散的基本因素為 , ,擴散總是導(dǎo)致擴散組擴散總是導(dǎo)致擴散組元的減小元的減小, ,直至為零。直至為零。 iiiixkTBDlnln1iixiixiixiix 擴散機制擴散機制( (機理機理) ) 原子的跳躍和擴散系數(shù)原子的跳躍和擴散系數(shù) 擴散激活能擴散激活能 無規(guī)則行走與擴散距離無規(guī)則行走與擴散距離 4.3.1 4.3.1 擴散機制擴散機制( (機理機理) ) 的主要類型如圖的主要類型如圖4.94.9，主要有以下幾種機制主要有以下幾種機制: : 以相鄰原子交換以相鄰原子交換位置進行擴散方式。位置進行擴

13、散方式。 換位方式：直接換位擴散和環(huán)形換位（換位方式：直接換位擴散和環(huán)形換位（cyclic exchangecyclic exchange）擴散）擴散 擴散需要兩個或兩個以上的原子協(xié)同跳動，所需能量較高。擴散需要兩個或兩個以上的原子協(xié)同跳動，所需能量較高。結(jié)果是垂直于擴散方向平面的凈通量等于結(jié)果是垂直于擴散方向平面的凈通量等于0. 0. (1) (1) 間隙型溶質(zhì)原子擴散從一個位置遷移到另一個間隙位置的間隙型溶質(zhì)原子擴散從一個位置遷移到另一個間隙位置的 過程。過程。 (2) (2) 置換型溶質(zhì)原子間隙機制擴散有如下方式：置換型溶質(zhì)原子間隙機制擴散有如下方式： a.a.推填機制（推填機制（int

14、erstitialcy mechanisminterstitialcy mechanism）( (也叫篡位式也叫篡位式) ) b. b. 擠列機制（擠列機制（crowdion configurationcrowdion configuration） c.c. 躍遷機制（躍遷機制（jump migrationjump migration） ： 晶體中存在著空位。這些空位的存在使原子遷移更容易，故晶體中存在著空位。這些空位的存在使原子遷移更容易，故大多數(shù)情況下，原子擴散是借助空位機制?？瘴粰C制產(chǎn)生大多數(shù)情況下，原子擴散是借助空位機制?？瘴粰C制產(chǎn)生Kirkendall效應(yīng)。效應(yīng)。 對于多晶材料，擴散

15、物質(zhì)可沿三種不同路徑進行，即晶體對于多晶材料，擴散物質(zhì)可沿三種不同路徑進行，即晶體內(nèi)擴散（或稱體擴散），晶界擴散和樣品自由表面擴散，并分別內(nèi)擴散（或稱體擴散），晶界擴散和樣品自由表面擴散，并分別用用DL和和DB和和DS表示三者的擴散系數(shù)。表示三者的擴散系數(shù)。晶體內(nèi)擴散晶體內(nèi)擴散DL 晶界擴散晶界擴散Db 表面擴散表面擴散Ds 以間隙固溶體為例，溶質(zhì)原子的擴散一般是從一個以間隙固溶體為例，溶質(zhì)原子的擴散一般是從一個間隙位置跳躍到其近鄰的另一個間隙位置。間隙位置跳躍到其近鄰的另一個間隙位置。(left)面心立方結(jié)構(gòu)的八面體間隙及（面心立方結(jié)構(gòu)的八面體間隙及（100）晶面）晶面 (right) 原子

16、的自由能與其位原子的自由能與其位置的關(guān)系置的關(guān)系 原子擴散必須克服一定的能壘原子擴散必須克服一定的能壘, ,其大小其大小 G GG G2 2-G-G1 1，因此，因此只有那些自由能超過只有那些自由能超過G G2 2的原子才能發(fā)生跳躍。的原子才能發(fā)生跳躍。 經(jīng)推倒在經(jīng)推倒在T T溫度下具有跳躍條件的原子分數(shù)溫度下具有跳躍條件的原子分數(shù)( (稱為幾率稱為幾率 jump probability)n/Njump probability)n/N為：為： n/N = expn/N = exp（G / kTG / kT） 在有一塊含有在有一塊含有n n個原子的晶體中個原子的晶體中, ,在在dtdt時間內(nèi)共跳

17、躍時間內(nèi)共跳躍m m次次, ,則每個原子在單位時間內(nèi)跳躍次數(shù)則每個原子在單位時間內(nèi)跳躍次數(shù)( (稱為跳躍頻率稱為跳躍頻率) )為：為： = m/= m/（n ndtdt） 根據(jù)擴散方程及數(shù)學(xué)推倒得：根據(jù)擴散方程及數(shù)學(xué)推倒得：D = PdD = Pd 上式從間隙固溶體中求得上式從間隙固溶體中求得, ,也適用于置換固溶體。也適用于置換固溶體。 對于間隙型擴散、置換型擴散及純金屬的自擴散都可對于間隙型擴散、置換型擴散及純金屬的自擴散都可導(dǎo)出導(dǎo)出D： 注：注：(1) Do為擴散常數(shù)為擴散常數(shù),與與S有關(guān)有關(guān),其數(shù)值可查。其數(shù)值可查。 (2) Q為每摩爾原子擴散的激活能為每摩爾原子擴散的激活能(acti

18、vation energy of diffusion)。 對于間隙型擴散對于間隙型擴散,Q=U； 對于置換型擴散或自擴散，對于置換型擴散或自擴散，Q=U+Uv。 Q數(shù)值可查。數(shù)值可查。 (3) R為氣體常數(shù)，為氣體常數(shù)，T為絕對溫度（為絕對溫度（K） (4) 不同擴散機制的擴散系數(shù)表達形式相同，但不同擴散機制的擴散系數(shù)表達形式相同，但D和和Q 值不同。值不同。 晶體中原子擴散機制不同晶體中原子擴散機制不同, ,其其不同。但可以通過實驗求不同。但可以通過實驗求得擴散激活能得擴散激活能Q Q。其方法如下：。其方法如下： 由實驗確定由實驗確定lnDlnD與與1/T1/T的關(guān)系。若的關(guān)系。若lnDln

19、D1/T1/T呈直呈直線關(guān)系線關(guān)系, ,可用外推法求出可用外推法求出lnDo,lnDo,直線的斜率為直線的斜率為Q/RQ/R，則則 Q=Q=Rtg Rtg 一般一般DoDo與與Q Q和和T T無關(guān)無關(guān), ,只與擴散機制及材料有關(guān)。只與擴散機制及材料有關(guān)。4.3.4 4.3.4 無規(guī)則行走與擴散距離無規(guī)則行走與擴散距離 原子擴散原子擴散是指擴散原子的行走是向各個方向隨機條約的是指擴散原子的行走是向各個方向隨機條約的. .其擴散距離與擴散時間的平方根成正比。其擴散距離與擴散時間的平方根成正比。 因為原子的躍遷是隨機的，每次躍遷的方向與因為原子的躍遷是隨機的，每次躍遷的方向與前次躍遷方向無關(guān)，對任一

20、矢量方向的躍遷都具有前次躍遷方向無關(guān)，對任一矢量方向的躍遷都具有相同的頻率，則可得相同的頻率，則可得2nRn r 由前述可知由前述可知, ,在一定條件下擴散的快慢主要與在一定條件下擴散的快慢主要與D D有關(guān)，而有關(guān)，而D D與與T T、Q Q有關(guān)，即：有關(guān)，即： D = DoexpD = Doexp（Q / RTQ / RT）。）。 所以，所以， 溫度（溫度（T T）：）：T T升高、升高、D D升高、升高、D D與與T T呈指數(shù)關(guān)系。呈指數(shù)關(guān)系。 ，碳在，碳在-Fe-Fe中擴散，中擴散，927927時，時，D D = = 1.611.611010-11 -11 m m2 2/s/s，而在，而

21、在10271027時，時，D D = 4.74= 4.741010-11 -11 m m2 2/s/s?？梢?，溫度從?？梢姡瑴囟葟?27927提高到提高到10271027，就使擴散，就使擴散系數(shù)系數(shù)D D增大增大3 3倍，即滲碳速度加快了倍，即滲碳速度加快了3 3倍。所以，生倍。所以，生產(chǎn)上各種受擴散控制的過程都要考慮溫度的重大影產(chǎn)上各種受擴散控制的過程都要考慮溫度的重大影響。響。 固溶體類型：形成間隙固溶體比形成置換固溶體固溶體類型：形成間隙固溶體比形成置換固溶體所需所需Q Q小得多小得多, ,擴散也快得多。擴散也快得多。 C C在在FeFe中中,1200K,1200K時時 Dc=1.61D

22、c=1.611010-11-11 m m2 2/s /s Ni Ni在在FeFe中中,1200K,1200K時時 D DNiNi=2.08=2.081010-17-17 m m2 2/s /s 二者相差約二者相差約760000760000倍。倍。 碳原子在碳原子在-Fe(-Fe(熔點熔點1809K)1809K)、V(V(釩，熔點釩，熔點2108K)2108K)、Nb(Nb(鈮鈮, , 熔點熔點2793K)2793K)、W(W(鎢鎢, , 熔點熔點3653K)3653K)中的擴散激活能中的擴散激活能Q Q分別為：分別為：103103、114114、159159、169169（kJ/molkJ/m

23、ol）。）。 也就是說，也就是說，結(jié)構(gòu)不同，原子排列結(jié)構(gòu)不同，原子排列不同致密度不同，不同致密度不同，D D不同。致密度大，不同。致密度大，D D??；致密度小，小；致密度小，D D大。大。原子鍵合力越強，原子鍵合力越強，Q Q越高。晶體的對稱性對越高。晶體的對稱性對D D也有影響。也有影響。 900900時碳在時碳在-Fe(bcc)-Fe(bcc)和和-Fe(fcc)-Fe(fcc)中的擴散系中的擴散系數(shù)數(shù)D D分別為：分別為：1.61.61010-10 -10 m m2 2/s/s和和8.78.71010-12 -12 m m2 2/s/s。這表明，在。這表明，在相同的溫度下，碳在相同的溫度

24、下，碳在-Fe-Fe中的擴散比在中的擴散比在-Fe-Fe中的擴散更容中的擴散更容易，速度更快。這主要是因為碳原子在易，速度更快。這主要是因為碳原子在-Fe-Fe中，間隙固溶中，間隙固溶造成的晶格畸變更大。造成的晶格畸變更大。 規(guī)律：擴散元素在基體規(guī)律：擴散元素在基體金屬中造成的晶格畸變越大（間隙原子的半徑越大，金屬中造成的晶格畸變越大（間隙原子的半徑越大，對基體造成的晶格畸變越大），擴散激活能就越小，對基體造成的晶格畸變越大），擴散激活能就越小，則擴散系數(shù)越大，擴散越容易，擴散越快。則擴散系數(shù)越大，擴散越容易，擴散越快。 例如例如, ,間隙原子間隙原子N(N(氮氮) )、C(C(碳碳) )、B

25、(B(硼硼) )在在-Fe-Fe中中的擴散的擴散( (見下頁表見下頁表) )。表內(nèi)為間隙原子在。表內(nèi)為間隙原子在-Fe-Fe中的中的擴散參數(shù)，表中擴散參數(shù)，表中D D的值是應(yīng)用的值是應(yīng)用4.394.39式計算所得式計算所得擴擴 散散 元元 素素 N(氮氮) C(碳碳) B(硼硼) 原子半徑原子半徑, 0.71 0.77 0.90 固溶度，固溶度，wt % 2.8 2.1 0.018 D0，m2/s 2.010-5 1.010-5 0.0210-5 Q，kJ/mol151 136 88 D，m2/s (900)3.710-12 8.710-12 2.410-11 點、線、面缺陷都會影響擴散系數(shù)。

26、缺陷的密度增加，擴散系點、線、面缺陷都會影響擴散系數(shù)。缺陷的密度增加，擴散系數(shù)增加。擴散的途徑：晶內(nèi)擴散（數(shù)增加。擴散的途徑：晶內(nèi)擴散（Q QL L、D DL L）、晶界擴散（）、晶界擴散（Q QB B、D DB B）、表面擴散（）、表面擴散（QsQs、DsDs）。）。 lnD lnD1/T1/T成直線關(guān)系，圖成直線關(guān)系，圖4.164.16為單、多晶體的為單、多晶體的D D隨變化圖。從隨變化圖。從圖中可以看出：圖中可以看出：(1) (1) 單晶體的擴散系數(shù)表征晶內(nèi)單晶體的擴散系數(shù)表征晶內(nèi)D DL L; ;而多晶體的而多晶體的D D是晶內(nèi)擴散和晶是晶內(nèi)擴散和晶界擴散共同作用的表象擴散系數(shù)。界擴散

27、共同作用的表象擴散系數(shù)。(2) (2) 對對AgAg來說來說 700C700C以上以上 D D單晶單晶D D多；多；700C700C以下以下 D D單晶單晶DD多多晶。晶。(3) (3) 晶界擴散也有各向異性。晶界擴散也有各向異性。 (4) (4) 晶界擴散比晶內(nèi)擴散快的多。而對于間隙固溶體晶界擴散比晶內(nèi)擴散快的多。而對于間隙固溶體, ,溶質(zhì)原子半溶質(zhì)原子半徑小易擴散徑小易擴散, ,其其D DL L D DB B。(5) (5) 晶體表面擴散比晶界擴散還要快。晶體表面擴散比晶界擴散還要快。在實際生產(chǎn)中這幾種擴散同時進行在實際生產(chǎn)中這幾種擴散同時進行, ,并且并且在溫度較低時在溫度較低時, ,所

28、起的作用更大。所起的作用更大。 化學(xué)成分的影響表現(xiàn)在以下三方面：化學(xué)成分的影響表現(xiàn)在以下三方面： (1) D(1) D的大小與組元特性有關(guān)。不同金屬自擴散的大小與組元特性有關(guān)。不同金屬自擴散Q Q與其點與其點陣中原子結(jié)合力有關(guān)。如陣中原子結(jié)合力有關(guān)。如TmTm高，高，Q Q也大也大 (2) D(2) D與溶質(zhì)濃度有關(guān)。與溶質(zhì)濃度有關(guān)。D D與關(guān)系由與關(guān)系由4.394.39式（式（P141P141）決定。）決定。 (3)(3) 第三組元第三組元( (或雜質(zhì)或雜質(zhì)) )對二元合金擴散也有影響對二元合金擴散也有影響, ,但很但很復(fù)雜。有些使復(fù)雜。有些使D D升高升高, ,有的使有的使D D下降下降,

29、 ,有的不起作用。有的不起作用。 (1) (1) 碳化物形成元素：如碳化物形成元素：如W W、MoMo、CrCr等等 使使D D下降。下降。 (2) (2) 非碳化物形成元素，但易溶于碳化物，如非碳化物形成元素，但易溶于碳化物，如Mn Mn 對對D D 影響不大影響不大 (3)(3) 非碳化物形成元素，但能溶于非碳化物形成元素，但能溶于FeFe中元素影響不同。中元素影響不同。CoCo、NiNi等使等使D D升高，升高，SiSi等使等使D D下降。下降。 (1) (1) 合金內(nèi)存在應(yīng)力場、應(yīng)力提供驅(qū)合金內(nèi)存在應(yīng)力場、應(yīng)力提供驅(qū) 動力動力F F。應(yīng)力升高、。應(yīng)力升高、F F升高。升高。 V=BV=

30、BF VF V升高升高 (2) (2) 外界施加應(yīng)力外界施加應(yīng)力, ,在合金中產(chǎn)生彈性在合金中產(chǎn)生彈性 應(yīng)力梯度應(yīng)力梯度, ,促進原子遷移。促進原子遷移。 具有磁性轉(zhuǎn)變的金屬在鐵磁性狀態(tài)下具有磁性轉(zhuǎn)變的金屬在鐵磁性狀態(tài)下 的比順磁性狀態(tài)下擴散慢的比順磁性狀態(tài)下擴散慢,D,D小小一些。一些。 一、一、 根據(jù)擴散過程中是否發(fā)生濃度變化分類根據(jù)擴散過程中是否發(fā)生濃度變化分類: : ：純物質(zhì)晶體中：純物質(zhì)晶體中的擴散。自擴散在擴散過程中不伴有濃度變化的擴的擴散。自擴散在擴散過程中不伴有濃度變化的擴散散, ,與與濃度梯度（濃度梯度（concentration gradientdconcentration

31、 gradientd）（d/dxd/dx）無）無關(guān)關(guān), ,與熱振動有關(guān)。自擴散只發(fā)生在與熱振動有關(guān)。自擴散只發(fā)生在純金屬和均勻固溶體中。純金屬和均勻固溶體中。 例如例如: :純金屬晶粒長大過程；均勻溶體的晶粒長純金屬晶粒長大過程；均勻溶體的晶粒長大大 伴有濃度變化伴有濃度變化的擴散?；U散與異類原子的濃度差有關(guān)的擴散?；U散與異類原子的濃度差有關(guān), ,是異類是異類原子的相對擴散、相互滲透。原子的相對擴散、相互滲透。 例如例如: :化學(xué)熱處理；材料成分均勻化化學(xué)熱處理；材料成分均勻化 沿濃度降低方向進行的擴散沿濃度降低方向進行的擴散,擴擴散使?jié)舛融厔菖c均勻化。散使?jié)舛融厔菖c均勻化。 例如例如:均

32、勻化退火均勻化退火 、化學(xué)熱處理、化學(xué)熱處理 沿濃度升高方向進行的擴散沿濃度升高方向進行的擴散,擴散使擴散使?jié)舛劝l(fā)生兩極分化。上坡擴散的一些情況：濃度發(fā)生兩極分化。上坡擴散的一些情況： (1) 彈性應(yīng)力作用。通過上坡擴散彈性應(yīng)力作用。通過上坡擴散,降低由于彈性變形增加的能量。降低由于彈性變形增加的能量。 (2) 晶界內(nèi)吸附。降低整個體系自由能。晶界內(nèi)吸附。降低整個體系自由能。 (3) 化學(xué)位不同。這是最主要的因素。化學(xué)位不同。這是最主要的因素。 (4) 形成化合物。如形成化合物。如Fe3C形成。形成。 (5) 特殊環(huán)境特殊環(huán)境,如強大的電場、磁場、溫度場作用下如強大的電場、磁場、溫度場作用下,原子按一定原子按一定方向遷移。方向遷移。 例如例如:液態(tài)合金的共晶轉(zhuǎn)交；固溶體的共析轉(zhuǎn)交；固溶體中新相液態(tài)合金的共晶轉(zhuǎn)交；固溶體的共析轉(zhuǎn)交；固