固溶体
01定义
所谓固溶体(solid solution)是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相。
这种相称为固溶体,这种组元称为溶剂,其他的组元即为溶质。工业上所使用的金属材料,绝大部分是以固溶体为基体的,有的甚至完全由固溶体所组成。
例如,广泛用的碳钢和合金钢,均以固溶体为基体相,其含量占组织中的绝大部分。因此,对固溶体的研究有很重要的实际意义。
当一种组元A加到另一种组元B中形成的固体其结构仍保留为组元B的结构时,这种固体称为固溶体。B组元称为溶剂,A组元称为溶质。组元A、B可以是元素,可以是化合物。
左上:纯金属,右上:置换固溶体, 左下:间隙固溶体,右下:混合。
02分类
按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体。
1、置换固溶体:溶质原子占据溶剂晶格中的结点位置而形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和溶质原子直径相差不大,一般在15%以内时,易于形成置换固溶体。铜镍二元合金即形成置换固溶体,镍原子可在铜晶格的任意位置替代铜原子。
金属元素彼此之间一般都能形成置换固溶体,但溶解度视不同元素而异。影响固溶体溶解度的因素有很多,主要取决于:晶体结构、原子尺寸、化学亲和力(电负性)、原子价因素。
2、间隙固溶体:溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体称间隙固溶体。间隙固溶体的溶剂是直径较大的过渡族金属,而溶质是直径很小的碳、氢等非金属元素。
其形成条件是溶质原子与溶剂原子直径之比必须小于0.59。如铁碳合金中,铁和碳所形成的固溶体――铁素体和奥氏体,皆为间隙固溶体。
按固溶度来分类:可分为有限固溶体和无限固溶体。无限固溶体只可能是置换固溶体。
有序固溶体(超结构或超点阵):在一定条件下,溶质原子与溶剂原子分别占据一定位置,而且每个晶胞中溶质原子和溶剂原子数之比都是一定的,这样的固溶体叫做有序固溶体,这种有序结构叫做超点阵或超结构。
03
固溶体中溶质原子的分布方式:
完全无序
偏聚(从聚)
部分有序(短程有序)
完全有序(长程有序)
04固溶体的性质
和纯金属相比,由于溶质原子的溶入导致固溶体的点阵常数、力学性能、物理和化学性能产生了不同程度的变化
(1)结构变化:存在点阵畸变,点阵常数变化,出现偏聚和有序化
置换式
溶质原子> 溶剂原子 → 膨胀 → 点阵常数增大
溶质原子< 溶剂原子 → 收缩 → 点阵常数减小
间隙式
溶质原子一般均大于间隙 → 撑开 → 点阵常数增大
(2)力学性能:硬度、强度提高,塑形下降,即产生固溶强化。
(3)理化性能:电阻加大,导电率下降
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