固溶体与金属间化合物的晶体结构.pdf

2.3 合金相结构 合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属 经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特 性的物质。组成合金的基本的、独立的物质称为 组元。 相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和 性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。 固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入 其他组元原子（溶质原子）所形成的均匀混合的 固态溶体，它保持着溶剂的晶体结构类型。溶质 原子占据主晶相质点位置一部分或间隙位置一部 分，仍保持一个晶相，这种晶体称为固溶体。 根据溶质原子在溶剂点阵中所处的位置，可将 固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体两大类。 中间相：A 、B两种元素按固定的比例形成合金， 合金的结构与所有组元均不同。其成分多数处在 A在B 中的溶解度和B在A中溶解度之间。 2.3.1 固溶体 一、置换固溶体 置换固溶体：溶质占据溶剂点阵的阵点，或者说溶质原 子置换了溶剂点阵的溶剂原子所形成的固溶体。 若溶质与在溶剂相中以任意比例固溶，这种固溶体 称为连续型(无限型)固溶体。 连续置换固溶体中两组元原子置换示意图 若溶质在溶剂相中只有部分固溶，这种固溶体称为有 限型固溶体。 二、置换固溶体溶解度的影响因素 1. 原子尺寸的影响 相互替代的原子尺寸愈相近，则固溶体愈稳定。 原子尺寸的影响主要与溶质原子的溶入所引起的点 阵畸变及其结构状态有关。△r越大，溶入后点阵畸 变程度越大，畸变能越高，结构的稳定性越低，溶 解度越小。 r r r = 质 剂  15%时，有利于形成溶解度较大的固溶体 r 剂 （无限固溶体） 15%r 30 %时, 溶质与溶剂之间形成有限固溶体; r 30 %时, 溶质与溶剂之间很难或不能形成固溶体 2.晶体结构类型的影响 溶质与溶剂晶体结构相同，是形成连续固溶体的必要条件 结构类型相同，有利于提高溶解度。 3.电负性的影响 电负性相近有利于形成固溶体，电负性相差很大时将 形成中间相或化合物。 4.原子价（电子浓度）因素 电子浓度:指合金相中各组元价电子总数与原子总数之比 极限电子浓度指合金在最大溶解度时的电子浓度。超过 此值时，固溶体就不稳定而要形成另外的相； 极限电子浓度与溶剂晶体结构类型有关 对一价金属溶剂： 晶体结构为fcc，极限电子浓度为1.36; bcc时为1.48; hcp时为1.75. 此外，固溶度还与温度有关。 三、间隙型固溶体 若溶质原子比较小， r  41 %时,它们能进入溶 剂晶格的间隙位置内，这样形成的固溶体称为间隙型 固溶体。 原子半径较小（0.1nm)的H、C、B元素容易进入 晶格间隙中形成间隙型固溶体,例:钢就是碳在铁中的 间隙型固溶体。溶质原子一般比晶格间隙的尺寸大， 间隙固溶体都是有限固溶体，而且溶解度很小。 固溶度影响因素：溶质原子的大小 溶剂晶体结构中间隙的形状与大小 如：c在γ-Fe 中，w(c)=2.11%;在а-Fe 中, w(c)=0.0218% 间隙固溶体中的点阵畸变 四、固溶体的微观不均匀性 (a)完全无序；(b) 偏聚；(c)部分有序；(d)完全有序 溶质原子取何种分布主要取决于原子间的结合能: E E EAA  EBB E AB (无序）, AA BB  EAB (偏聚）； 2 E E AA BB EAB （部分或完全有序） 2 有序固溶体: 溶质原子与溶剂原子分别占据固定位置，每个晶胞