《固體中的擴(kuò)散》課件

編輯ppt1第七章固體中的擴(kuò)散編輯ppt2擴(kuò)散(diffusion)是物質(zhì)中原子（分子或離子）的遷移現(xiàn)象,是物質(zhì)傳輸?shù)囊环N方式。擴(kuò)散是一種由熱運(yùn)動引起的物質(zhì)傳遞過程。擴(kuò)散的本質(zhì)是原子依靠熱運(yùn)動從一個位置遷移到另一個位置。擴(kuò)散是固體中原子遷移的唯一方式。7-1擴(kuò)散現(xiàn)象及分類擴(kuò)散現(xiàn)象則是由于物質(zhì)中存在濃度梯度或化學(xué)梯度、溫度梯度、勢能梯度所引起的質(zhì)量輸運(yùn)過程,擴(kuò)散的結(jié)果是最終消除系統(tǒng)中的各種梯度。編輯ppt3固體中擴(kuò)散的基本特點(diǎn):（1）構(gòu)成固體的所有質(zhì)點(diǎn)均束縛在三維周期性勢阱中,質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)的相互作用強(qiáng),質(zhì)點(diǎn)的每一步遷移必須從熱漲落中獲取足夠的能量以克服勢阱的能量。因此固體中明顯的質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散常開始于較高的溫度,但又低于固體的熔點(diǎn)。（2）晶體中原子或離子依一定方式所堆積成的結(jié)構(gòu)將以一定的對稱性和周期性限制著質(zhì)點(diǎn)每一步遷移的方向和自由行程。如圖所示處于平面點(diǎn)陣內(nèi)間隙位的原子,只存在四個等同的遷移方向,每一遷移的發(fā)生均需獲取高于能壘的能量,遷移自由程則相當(dāng)于晶格常數(shù)大小。晶體中質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散具有各向異性,其擴(kuò)散速率也遠(yuǎn)低于流體中的情況。G間隙原子擴(kuò)散勢場示意圖編輯ppt4在沒有外界勢場的作用時，最后達(dá)到體系內(nèi)組分濃度的均勻分布，通常是從兩個方面來研究固體中的擴(kuò)散:另一方面是對擴(kuò)散的微觀的機(jī)理的認(rèn)識,把擴(kuò)散與晶體內(nèi)原子的和缺陷的運(yùn)動聯(lián)系起來,建立起某些擴(kuò)散機(jī)理的模型一方面是對擴(kuò)散表象學(xué)的認(rèn)識,即對擴(kuò)散的宏觀現(xiàn)象的研究,如對物質(zhì)的流動和濃度的變化進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的測定和理論的分析,利用所得到的物質(zhì)輸運(yùn)過程的經(jīng)驗(yàn)的表象的規(guī)律,以定量地討論固相中的各種反應(yīng)過程,如固體的燒結(jié)、分解、銹蝕,晶體的生長、相變、離子晶體的導(dǎo)電、金屬與合金的熱處理等。編輯ppt5編輯ppt6（1）根據(jù)有無濃度變化擴(kuò)散分類自擴(kuò)散(self-diffusion):原子經(jīng)由自身元素的晶體點(diǎn)陣而遷移的擴(kuò)散。如純金屬或固溶體的晶粒長大。自擴(kuò)散（無濃度變化）和互擴(kuò)散（有濃度變化）互（異）擴(kuò)散(mutualdiffusion):原子通過進(jìn)入對方元素晶體點(diǎn)陣而導(dǎo)致的擴(kuò)散。編輯ppt7（2）根據(jù)擴(kuò)散方向下坡擴(kuò)散(downhilldiffusion)和上坡擴(kuò)散(uphilldiffusion)下坡擴(kuò)散(downhilldiffusion):原子由高濃度處向低濃度處進(jìn)行的擴(kuò)散。上坡擴(kuò)散(uphilldiffusion):原子由低濃度處向高濃度處進(jìn)行的擴(kuò)散。編輯ppt8原子擴(kuò)散(atomicdiffusion):擴(kuò)散過程中不出現(xiàn)新相。（3）根據(jù)是否出現(xiàn)新相原子擴(kuò)散和反應(yīng)擴(kuò)散反應(yīng)擴(kuò)散(reactiondiffusion):由之導(dǎo)致形成一種新相的擴(kuò)散。編輯ppt9空位機(jī)制間隙機(jī)制（直接間隙機(jī)制）填隙機(jī)制（間接間隙機(jī)制）換位擴(kuò)散機(jī)制7-2擴(kuò)散的微觀機(jī)制編輯ppt10編輯ppt11以空位為媒介而進(jìn)行的擴(kuò)散,空位周圍相鄰的原子躍入空位,該原子原來占有的格位就變成空位,這個新空位周圍的原子再躍入這個空位,以此類推,就構(gòu)成了空位在晶格中無規(guī)的行走；而原子則沿著與空位運(yùn)動相反的方向也作無規(guī)的行走,從而發(fā)生了原子的擴(kuò)散?？瘴粩U(kuò)散的速率取決于臨近空位的原子是否具有越過勢壘的自由焓,同時也取決于空位濃度。此外,純金屬中的自擴(kuò)散也是通過空位機(jī)制進(jìn)行的?？瘴粰C(jī)制編輯ppt12間隙機(jī)制（直接間隙機(jī)制）擴(kuò)散的原子在晶格間隙的位置之間的運(yùn)動。在間隙固熔體中,溶質(zhì)原子可以從一個間隙位置跳到相鄰間隙位置,跳動時,必須把點(diǎn)陣上間隙原子左右和其上下側(cè)相鄰陣點(diǎn)的原子擠開,使晶格發(fā)生局部的瞬時畸變,這部分畸變能便是溶質(zhì)原子跳動時所必須克服的勢壘。H、N、O、C等原子都是以間隙機(jī)制在金屬中擴(kuò)散。編輯ppt13填隙機(jī)制（間接間隙機(jī)制）在填隙機(jī)制中,有兩個原子同時易位運(yùn)動,其中一個是間隙原子,另一個是處于點(diǎn)陣上的原子。間隙原子將陣點(diǎn)上的原子擠到間隙位置上去,自己進(jìn)入陣點(diǎn)位置。由于點(diǎn)陣所施加的約束不同,在填隙機(jī)制中,又分為如圖所示的沿ABC移動的共線跳動和沿ABD移動的非共線跳動。填隙機(jī)制經(jīng)常在離子材料中出現(xiàn),如氟石結(jié)構(gòu)中的陰離子就是通過填隙機(jī)制來移動的。BADC編輯ppt14直接換位機(jī)制（interstitialcymechanism）,即相鄰兩原子直接交換位置。這會引起很大的點(diǎn)陣瞬時畸變,需要克服很高的勢壘,只能在一些非晶態(tài)合金中出現(xiàn)。原子直接換位示意換位擴(kuò)散機(jī)制直接換位機(jī)制和環(huán)形換位機(jī)制編輯ppt15(2)環(huán)形換位機(jī)制（crowdionconfiguration）同一平面上的數(shù)個原子同時進(jìn)行環(huán)形旋轉(zhuǎn)式交換位置。這種機(jī)制具有較低的勢壘,不過需要原子之間有大量的合作運(yùn)動,也不容易實(shí)現(xiàn)。編輯ppt16(1)擴(kuò)散原子近旁存在空位（或間隙）；實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散，必須同時具備兩個條件:(2)擴(kuò)散原子具有可以超過能壘的自由能。編輯ppt17（1）穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散(steadystatediffusion):擴(kuò)散過程中各處的濃度及濃度梯度(concentiontrationgradient)不隨時間變化（?C/?t=0，?J/?x=0）(a)Steady-statediffusionacrossathinplate.(b)Alinearconcentrationprofileforthediffusionsituationin(a).7-3擴(kuò)散定律7.3.1穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散和Fick第一定律編輯ppt18式中:負(fù)號表示物質(zhì)沿著濃度降低的方向擴(kuò)散。D稱為擴(kuò)散系數(shù)（diffusioncoefficient）。擴(kuò)散系數(shù)是描述擴(kuò)散速度的重要物理量，它表示單位濃度梯度條件下，單位時間單位截面上通過的物質(zhì)流量，D的單位是cm2/s。D越大,則擴(kuò)散越快.（2）擴(kuò)散通量（diffusionflux）:單位時間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位面積的擴(kuò)散物質(zhì)質(zhì)量，單位為kg/(m2s)或kg/(cm2s)。（3）Fick第一定律（Fick’sfirstlaw）Fick第一定律指出，在穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程中，擴(kuò)散通量J與濃度梯度成正比:可見,只要存在濃度梯度,就會引起原子的擴(kuò)散編輯ppt19x軸上兩單位面積1和2，間距dx，面上原子濃度為C1.C2則平面1到平面2上原子數(shù)n1=C1dx平面2到平面1上原子數(shù)n2=C2dx若原子平均跳動頻率f,dt時間內(nèi)跳離平面1的原子數(shù)為n1f·dt，跳離平面2的原子數(shù)為n2fdt，穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散下菲克第一定律推導(dǎo)編輯ppt20穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散下的菲克第一定律推導(dǎo)沿一個方向只有1/2的幾率則單位時間內(nèi)兩者的差值即擴(kuò)散原子凈流量J=（1/2）f（n1-n2）=（1/2）fC1dx-（1/2）fC2dx=f（C2-C1）dx/2令D=（1/2）（dx）2f,則J=-（1/2）（dx）2（dc/dx）=-D（dc/dx）編輯ppt21例:沒有一條內(nèi)徑為30mm的厚壁管道，被厚度為0.1mm的鐵膜隔開。通過向管子的一端向管內(nèi)輸人氮?dú)?，以保持膜片一?cè)氮?dú)鉂舛葹?200mol／m2，而另一側(cè)的氮?dú)鉂舛葹?00mol／m2。如在700℃下測得通過管道的氮?dú)饬髁繛?.8×10－4mol／s，求此時氮?dú)庠阼F中的分散系數(shù)。解:此時通過管子中鐵膜的氮?dú)馔繛槟て瑑蓚?cè)的氮濃度梯度為:根據(jù)Fick第一定律編輯ppt22（1）非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散(non—steadystatediffusion):各處的濃度和濃度梯度隨時間發(fā)生變化的擴(kuò)散過程（?C/?t≠0,?J/?x≠0）。大多數(shù)擴(kuò)散過程是非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程,某一點(diǎn)的濃度是隨時間而變化的,這類過程可由Fick第一定律結(jié)合質(zhì)量守恒條件進(jìn)行分析。Concentrationprofilesfornonsteady-statediffusiontakenatthreedifferenttimes,t1,t2,andt3.7.3.2非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散和Fick第二定律編輯ppt23Fick第二定律解決溶質(zhì)濃度隨時間變化的情況,即dc/dt≠0。兩個相距dx垂直的平面組成的微體積，J1.J2為進(jìn)入、流出兩平面間的擴(kuò)散通量。單位時間內(nèi)物質(zhì)流入體積元的速率應(yīng)為：在dx距離內(nèi)，物質(zhì)流動速率的變化應(yīng)為：（2）Fick第二定律（Fick’ssecondlaw）xJ1J2dx編輯ppt24在平面2物質(zhì)流出的速率應(yīng)為:物質(zhì)在體積元中的積存速率為:積存的物質(zhì)必然使體積元內(nèi)的濃度變化,因此可以用體積元內(nèi)濃度CAdx隨時間變化率來表示積存速率,即編輯ppt25它反映擴(kuò)散物質(zhì)的濃度、通量和時間、空間的關(guān)系。這是Fick第二定律一維表達(dá)式。對于三維方向的體擴(kuò)散:（7.5）由上兩師可得:在將D近似為常數(shù)時:（7.4）編輯ppt26若Dx=Dy=Dz且與濃度無關(guān)時，F(xiàn)ick第二定律普遍式為:Fick第二定律的物理概念:擴(kuò)散過程中,擴(kuò)散物質(zhì)濃度隨時間的變化率,與沿?cái)U(kuò)散方向上物質(zhì)濃度梯度隨擴(kuò)散距離的變化率成正比。擴(kuò)散第二定律的偏微分方程是x與t的函數(shù),適用于分析濃度分布隨擴(kuò)散距離及時間而變的非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。（7.6）編輯ppt27Fick第二定律表達(dá)了擴(kuò)散元素濃度與時間及位置間的一般關(guān)系,但方程不能直接應(yīng)用,必須結(jié)合具體的初始條件和邊界條件,才能獲得相應(yīng)的解,常用的擴(kuò)散第二方程解有誤差函數(shù)解和高斯解。編輯ppt28在t時間內(nèi),試樣表面擴(kuò)散組元i的濃度Cs被維持為常數(shù),試樣中i組元的原始濃度為C0,厚度為數(shù)學(xué)上的“無限”厚,被稱為半無限長物體的擴(kuò)散問題。誤差函數(shù)解誤差函數(shù)解適用條件:無限長棒和半無限長棒。如:恒定擴(kuò)散源的滲碳過程。此時，方程的初始、邊界條件應(yīng)為:（7.7）編輯ppt29高斯解把總量為M的擴(kuò)散元素沉淀成非常薄的薄層，夾在兩個厚度為“無限”的全同試樣之間進(jìn)行擴(kuò)散，近似取沉淀層的厚度為零，則方程的初始、邊界條件為:時，時，編輯ppt30則方程的解為:若反應(yīng)只向x>0處擴(kuò)散，則解應(yīng)為:（7.8）（7.9）式（7.8）描述得濃度隨時間、位置的變化曲線

t1<t2<t3編輯ppt31（1）擴(kuò)散驅(qū)動力對于多元體系，設(shè)n為組元i的原子數(shù)，則在等溫等壓條件下，組元i原子的自由能可用化學(xué)位表示:擴(kuò)散的驅(qū)動力為化學(xué)位梯度,即負(fù)號表示擴(kuò)散驅(qū)動力指向化學(xué)位降低的方向。7.3.3擴(kuò)散的驅(qū)動力與上坡擴(kuò)散編輯ppt32熱力學(xué)理論分析證明,擴(kuò)散的真正驅(qū)動力是擴(kuò)散物質(zhì)的熱力學(xué)勢梯度,即擴(kuò)散的方向和速率取決于擴(kuò)散物質(zhì)體系中熱力學(xué)勢梯度而不是濃度梯度。熱力學(xué)勢梯度可以是濃度、溫度、化學(xué)位、應(yīng)力應(yīng)變、電位等物理量在空間上的差異造成。濃度梯度引起的擴(kuò)散只是一個最為常見的特例。編輯ppt33電場作用:大電場作用可使原子按一定方向擴(kuò)散。（2）上坡擴(kuò)散概念:原子由低濃度處向高濃度處遷移的擴(kuò)散。驅(qū)動力:化學(xué)位梯度。其它引起上坡擴(kuò)散的因素:彈性應(yīng)力的作用:大直徑原子跑向點(diǎn)陣的受拉部分，小直徑原子跑向點(diǎn)陣的受壓部分。晶界的內(nèi)吸附:晶界能量比晶內(nèi)高，原子規(guī)則排列較晶內(nèi)差，如果溶質(zhì)原子位于晶界上可降低體系總能量，它們會優(yōu)先向晶界擴(kuò)散，富集于晶界上，此時溶質(zhì)在晶界上的濃度就高于在晶內(nèi)的濃度。編輯ppt341.擴(kuò)散現(xiàn)象的微觀本質(zhì)首先建立擴(kuò)散系數(shù)的微觀模型。假設(shè):晶面I溶質(zhì)原子數(shù)n1，II為n2，且n1＞n2；a.任一溶質(zhì)原子沿三維方向跳動幾率相同，即單方向跳動幾率為I/6；b.溶質(zhì)獲得足夠ΔG可以進(jìn)行擴(kuò)散的幾率為p；c.溶質(zhì)原子以陣點(diǎn)為中心和振動頻率為ν；d.能夠進(jìn)行擴(kuò)散的溶質(zhì)原子可跳周圍位置的數(shù)目為Z。7-4擴(kuò)散系數(shù)編輯ppt35在單位時間內(nèi)，通過I面跳到II面的溶質(zhì)擴(kuò)散通為:晶面II上的溶質(zhì)濃度又可以表示為:可得:根據(jù)假設(shè),溶質(zhì)原子在單位時間內(nèi)跳至相鄰位置的幾率為Γ=νZ編輯ppt36代入后可得:由式可得上式中的Z和d均是與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的物理量,ν和p是與熱運(yùn)動有關(guān)的參量,故上式可反映擴(kuò)散系數(shù)的微觀本質(zhì)。編輯ppt37擴(kuò)散系數(shù)的一般表達(dá)式:根據(jù)麥克斯韋－玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，可以方便的導(dǎo)出晶體中每個原子依靠能量起伏獲得足夠能量ΔG而發(fā)生跳動的幾率。即p可以表示為:所以可得:將擴(kuò)散激活能及激活熵用摩爾激活能和摩爾激活熵表示,并令編輯ppt38則此式即為擴(kuò)散系數(shù)的一般表達(dá)式；直接反應(yīng)出宏觀物理量Q及T的影響:Q升高或T下降，均使D呈負(fù)指數(shù)關(guān)系下降，即擴(kuò)散過程顯著變慢。而一些微觀物理量對D的影響,可由擴(kuò)散系數(shù)D0反映出來。編輯ppt392.擴(kuò)散系數(shù)的測定研究固體中擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)方法,都是測定擴(kuò)散物質(zhì)在固體試樣中的濃度分布及其對時間和溫度的依賴關(guān)系?？梢圆捎酶鞣N物理的和化學(xué)的方法來測定擴(kuò)散物質(zhì)的濃度分布情況,例如,用發(fā)射光譜、質(zhì)譜、X射線熒光光譜、光電子能譜以及示蹤原子和化學(xué)分析法等?？梢灾苯訙y定試樣中各部分濃度的變化；也可以間接地測量擴(kuò)散雜質(zhì)摻入晶體后所引起試樣各部分性質(zhì)的變化情況,如電導(dǎo)率,顯微硬度,發(fā)光光譜等性質(zhì)的變化。擴(kuò)散系數(shù)的確定主要有示蹤原子擴(kuò)散法、化學(xué)擴(kuò)散法、馳豫法及核方法。編輯ppt40采用放射性同位素示蹤法測擴(kuò)散系數(shù)將放射性同位素的金屬離子附著在固體試樣的一面,在一定溫度下經(jīng)過一定時間的擴(kuò)散退火之后,將試樣切割成薄片,分別測定各片中的放射性,以確定示蹤原子的濃度沿?cái)U(kuò)散距離變化的關(guān)系,從而求的擴(kuò)散系數(shù)。編輯ppt411）互擴(kuò)散——柯肯達(dá)爾效應(yīng)如圖表示由純組元A和純組元B構(gòu)成的擴(kuò)散偶，A與B的原子尺寸相差不大，為置換式固溶。在對接面上用鉬絲做標(biāo)記，然后把樣品加熱到較高溫度保溫，使A.B原子分別向?qū)Ψ揭粋?cè)擴(kuò)散。經(jīng)過一段時間后，發(fā)現(xiàn)鉬絲的位置向右方發(fā)生了移動，這意味著垂直于擴(kuò)散方向的任意一個平面都有擴(kuò)散原子的凈流量流過。如果陣點(diǎn)點(diǎn)數(shù)保持不變，則擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)的每個平面都必須發(fā)生移動，這種現(xiàn)象被稱為柯肯達(dá)爾效應(yīng)。ABJBJA3.本征擴(kuò)散系數(shù)與互擴(kuò)散系數(shù)編輯ppt42產(chǎn)生柯肯達(dá)爾效應(yīng)的原因是構(gòu)成擴(kuò)散偶的純組元A.B作為溶質(zhì)組元溶入對方一側(cè)并進(jìn)行擴(kuò)散時，各自的擴(kuò)散系數(shù)不同。這種效應(yīng)已在Cu-Ni、Cu-Sn、Ag-Zn等組成的擴(kuò)散偶中,發(fā)現(xiàn),而且標(biāo)記總是向著低熔點(diǎn)組元一方移動?；U(kuò)散——柯肯達(dá)爾效應(yīng)編輯ppt432）本征擴(kuò)散系數(shù)與互擴(kuò)散系數(shù)考慮置換固溶體中的擴(kuò)散問題，置換固溶體中的溶質(zhì)原子遷移時，溶劑原子必須與之配合。從宏觀的角度看，如果只有溶質(zhì)原子的定向遷移，而溶劑原子不向相反的方向遷移，其結(jié)果將是不可想象的。既然在這種互擴(kuò)散過程中A.B組元擴(kuò)散系數(shù)不同，而宏觀測定的擴(kuò)散系數(shù)只有一個，這個測定值的含義是什么呢？達(dá)肯對這各問題處理時，把A.B組元各自的擴(kuò)散系數(shù)分別稱為各自的本征擴(kuò)散系數(shù)，實(shí)驗(yàn)測定的表觀擴(kuò)散系數(shù)稱為互擴(kuò)散系數(shù)，并提出可由互擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算本征擴(kuò)散系數(shù)的公式，即達(dá)肯方程。編輯ppt443）達(dá)肯方程設(shè)DA和DB分別為組元A和B的本征擴(kuò)散系數(shù),它們以相對擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)垂直擴(kuò)散方向的某一平面F的擴(kuò)散通量作為參考來定義。如果把處于樣品擴(kuò)散區(qū)域外的部分作為參考，在擴(kuò)散區(qū)域內(nèi)所測量得到的平面F的移動速度為，與這個速度有關(guān)的通量是:（1）（2）（3）（4）編輯ppt45式中:CA和CB是在平面F處的體積濃度。假定擴(kuò)散過程中晶體的密度不變，則:CA+CB=常數(shù)為求出DA、DB.D三者之間的關(guān)系，應(yīng)消去。利用上面（3）、（4）、（5）的公式可得：式中：NA.NB分別是A.B組元在合金中的摩爾分?jǐn)?shù)。（5）（6）編輯ppt46由式（3）和（4），利用（JA)F=-(JB)F,可得平面F的移動速度，即:（7）式（6）和（7）合稱為達(dá)肯方程。D稱為互擴(kuò)散系數(shù)（亦稱化學(xué)擴(kuò)散系數(shù)）,它是由A和B各自的本征擴(kuò)散系數(shù)加權(quán)平均而得。如果D和已知,可利用達(dá)肯方程反過來確定本征擴(kuò)散系數(shù)DA和DB.編輯ppt47在不同類型的固溶體中,由于擴(kuò)散機(jī)制及其所決定的溶質(zhì)原子擴(kuò)散激活能不同,因而擴(kuò)散能力存在很大差別。4）影響擴(kuò)散的因素4.1）擴(kuò)散類型<1>固溶體類型間隙固溶體中溶質(zhì)原子的擴(kuò)散激活能一般都比置換固溶體的溶質(zhì)原子小,擴(kuò)散速度比置換型溶質(zhì)原子快得多。編輯ppt48例如,C,N,B等溶質(zhì)原子在鐵中的間隙擴(kuò)散激活能比Cr,Al等溶質(zhì)原子在鐵中的置換擴(kuò)散激活能要小得多,鋼件表面熱處理在獲得同樣滲層濃度時,滲C,N比滲Cr或Al等金屬的周期短。<2>原子鍵力的影響原子鍵力越強(qiáng),擴(kuò)散激活能Q值越高。熔點(diǎn)高的金屬的自擴(kuò)散激活能必然大。編輯ppt49<3>晶體結(jié)構(gòu)3.1)不同的晶體結(jié)構(gòu)具有不同的擴(kuò)散系數(shù)。在致密度大的晶體結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散系數(shù),都比致密度小的晶體結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散系數(shù)要小,致密度越小,原子越易遷移。（例如鐵在912℃時發(fā)生γ-Fe?α-Fe轉(zhuǎn)變,α-Fe的自擴(kuò)散系數(shù)大約是γ-Fe的240倍。）3.2)結(jié)構(gòu)不同的固溶體由于對擴(kuò)散元素的固溶度不同以及由此所引起的濃度梯度差別,也將影響擴(kuò)散速度。編輯ppt503.3)另外,晶體的各向異性也影響到擴(kuò)散的進(jìn)行,由其是對一些對稱性較低的晶體結(jié)構(gòu),擴(kuò)散的各向異性相當(dāng)明顯。3.4)擴(kuò)散元素性質(zhì):擴(kuò)散原子與溶劑金屬差別越大，擴(kuò)散系數(shù)越大，差別指原子半徑、熔點(diǎn)、固溶度等。<3>晶體結(jié)構(gòu)編輯ppt514.2）溫度的影響溫度是影響擴(kuò)散速率的最主要因素。溫度↑,原子熱激活能量↑,越易發(fā)生遷移,擴(kuò)散系數(shù)↑。擴(kuò)散系數(shù)D與溫度T呈指數(shù)關(guān)系,隨著溫度的升高,擴(kuò)散系數(shù)急劇增大。溫度↑,原子的振動能就↑,因此借助于能量起伏而越過勢壘進(jìn)行遷移的原子幾率↑。此外,溫度↑,金屬內(nèi)部的空位濃度↑,這也有利于擴(kuò)散。編輯ppt524.3）晶體缺陷的影響在實(shí)際使用中的絕大多數(shù)材料是多晶材料，對于多晶材料，擴(kuò)散物質(zhì)通常可以沿三種途徑擴(kuò)散，即晶內(nèi)擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散和表面擴(kuò)散。若以QL，QS和QB別表示晶內(nèi)、表面和晶界擴(kuò)散激活能；DL，DS和DB分別表示晶內(nèi)、表面和晶界的擴(kuò)散系數(shù)，則一般規(guī)律是:QL＞QB＞QS，所以DS＞DB＞DL。編輯ppt53晶界、表面和位錯等對擴(kuò)散起著快速通道的作用,這是由于晶體缺陷處點(diǎn)陣畸變較大,原子處于較高的能量狀態(tài),易于跳躍,故各種缺陷處的擴(kuò)散激活能均比晶內(nèi)擴(kuò)散激活能小,加快了原子的擴(kuò)散。（而對于間隙原子則不然,一方面會加速其擴(kuò)散,另一方面會促使其偏聚,反而阻礙其擴(kuò)散,所以情況較復(fù)雜。）編輯ppt544.4）其它影響因素（4.4.1）濃度無論是置換或是間隙固溶體,其組元的擴(kuò)散系數(shù)都會隨濃度變化而改變。（4.4.2）應(yīng)力的作用如果合金內(nèi)部存在著應(yīng)力梯度,那么,即使溶質(zhì)分布是均勻的,但也可能出現(xiàn)化學(xué)擴(kuò)散現(xiàn)象。編輯ppt55（4.4.3）第三組元的影響第三組元的加入對擴(kuò)散系數(shù)的影響比較復(fù)雜,有的擴(kuò)散促進(jìn)擴(kuò)散,有的阻礙擴(kuò)散。4.4）其它影響因素在鋼中加入4％的鈷可