反應擴散
反應擴散，又稱多項擴散，是指形成與固溶體不同的新相的擴散,在擴散過程中,組元的濃度C(x,t)有一定的分布,而按照相圖該組元對不同的相有不同的固溶度,超過固溶度就可能產生一系列的中間相。反應擴散的特點有:①其過程包括兩步:擴散十反應(相變),濃度達到固溶度極限即形成新相,隨濃度升高,引起相界面推移;②擴散區中有多相,但在二元系的擴散區中不存在雙相區,三元系中不存在三相區。[1]
| 反應擴散 | |
|---|---|
目錄
基本信息
反應擴散
通過擴散使固溶體內的溶質組元超過固溶極限而不斷形成新相的擴散過程，稱為反應擴散或相變擴散。
反應相變的過程
一是擴散過程;二是界面上達到一定濃度所發生相變的反應過程。反應擴散速度取決於化學反應和原子擴散兩個因素。
反應擴散速率
決定於原子在化合層中擴散速度VD及界面發成化合物的反應速度VR 。
受速度慢因素控制，控制因素可轉化
VR<VD ， 化合物層厚度x=Kt，通常化合物層厚度薄時出現，K常數，t時間
VD<VR ， 通常是在化合物層厚度較厚時，濃度梯度減小擴散減慢，此時呈拋物線關係，x2=K′，t
反應相變的特點
二元系中擴散區域不存在雙相區，只能形成不同的單相區。
影響擴散的因素
1.溫度升高，擴散原子獲得能量超越勢壘幾率增大且空位濃度增大，有利擴散，對固體中擴散型相變、晶粒長大化學熱處理有重要影響。
工業滲碳:1027℃比927℃時，D增加三倍，即滲碳速度加快三倍。
2.晶體缺陷
短路擴散:原子沿點、線、面缺陷擴散速率比沿晶內體擴散速率大，沿面缺陷的擴散(界面、晶界):原子規則
排列受破壞，產生畸變，能量高， 所需擴散激活能低
F10-18:單晶、多晶擴散。
低溫下明顯，高溫下空位濃度多，晶界擴散被晶內擴散掩蓋。
晶粒尺寸小，晶界多，D明顯增加，F10-19:不同晶粒大小的擴散係數。
沿線缺陷(位錯)的擴散
位錯象一根管道，沿位錯擴散激活能很低，D可以很高 ，但位錯截面積總分數很少，只在低溫時明顯，如低溫時
過飽和固溶體分解時沉澱相在位錯形核冷變形，增加界面及位錯，促進擴散。
3.晶體結構的影響
a.同素異晶轉變的金屬中，D隨晶體結構改變，910℃， Dα-Fe/Dγ-Fe=280， α-Fe緻密度低，且易形成空位。
b.晶體各向異性使D有各向異性
鉍擴散的各向異性
菱方系Bi沿C軸的自擴散為垂直C軸方向的1/106
六方系的Zn:
平行底面的自擴散係數大於垂直底面的， 因底面原子排
列緊密， 穿過底面困難。
4.固溶體類型:
間隙原子擴散激活能小於置換式原子擴散激活能，缺位式固溶體中缺位數多，擴散易進行。
5.擴散元素性質:
擴散原子與溶劑金屬差別越大，擴散係數越大，差別指原子半徑、熔點、固溶度等。
6. 擴散元素濃度
溶質擴散係數隨濃度增加而增大
相圖成分與擴散係數的關係，溶質元素使合金熔點降低，D增加，反之，D降低。
7. 第三元素(或雜質)影響複雜
圖:合金元素對碳在γ-Fe中的擴散影響
如碳在r-Fe中擴散係數跟碳與合金元素親和力有關 。
a.形成碳化物元素:
如W、Mo、Cr等，降低碳的擴散係數
b. 形成不穩定碳化物:
如Mn，對碳的擴散影響不大
c.不形成碳化物元素:
影響不一，如Co、Ni w可提高C的擴散，而Si則降低碳的擴散。