扩散部分课件

1、直接换位直接换位环形换位环形换位间隙原子在跳动时必须克间隙原子在跳动时必须克服一个势垒服一个势垒 （G2-G1），），只有自由能大于只有自由能大于G2的原子的原子才能跳动。才能跳动。原子热激活原子热激活0.3-0.5nm/次次形成固溶体形成固溶体化学位梯度化学位梯度扩散扩散异异(互互)扩散扩散自扩散自扩散AtMJ BABAxxCCxCdxdCGC.steady-state diffusion0dtdCdxdCDJD, Diffusion coefficient 扩散系数，扩散系数，m2/s， Diffusion rate at steady state diffusion， 稳态扩散时的扩散速

2、度稳态扩散时的扩散速度J, Diffusion Flux 扩散通量，扩散通量，kg/m2s Concentration Gradient 浓度梯度浓度梯度dxdCdxdCDJ“ ”表示扩散方向为浓度梯度方向的反方向，即扩表示扩散方向为浓度梯度方向的反方向，即扩散由高浓度区向低浓度区进行；散由高浓度区向低浓度区进行；Ficks first law 表明：只要材料中有浓度梯度，扩散表明：只要材料中有浓度梯度，扩散就会由高浓度区向低浓度区进行，且扩散通量就会由高浓度区向低浓度区进行，且扩散通量J与浓与浓度梯度度梯度 成正比。成正比。dxdC22xCDtCC，volume concentration

3、扩散物质的体积浓度，扩散物质的体积浓度，kg/m3t，diffusion time 扩散时间，扩散时间，sx，distance 距离，距离，m0dtdCC = f ( t , x )菲克第二扩散定律菲克第二扩散定律22xCDtCboundary conditionsxs0C0) t ,C(xC0) t0,C(xC0) tx,C(xHere:ZydyeZerf022)()2(0DtxerfCCCCsxsEquation 8.3渗碳中的应用渗碳中的应用误差函数误差函数)108 . 6(1 2 . 1)106 . 3105 . 12(02 . 12 . 1)2(24110 xerfCxerfCDtx

4、erfCCCCxxsxs将将Cx=0.3代入上式代入上式 erf ( 6.8 * 102 x ) = 0.75查表查表8-1，Z = 6.8*102x = 0.81x 1.19mm)1028. 12105 . 0(2 . 09 . 04 . 09 . 0113terf解：因为处理条件不变解：因为处理条件不变在温度相同时，扩散系数也相同，因此渗层深度与在温度相同时，扩散系数也相同，因此渗层深度与处理时间之间的关系处理时间之间的关系： 因为因为x x2 2/x/x1 1= 2= 2，所以，所以t t2 2/t/t1 1= 4= 4，这时的时间为，这时的时间为 34268s = 9.52hr3426

5、8s = 9.52hr D0, Diffusion Constant 扩散常数扩散常数Q, Diffusion Activation Energy 扩散激活能扩散激活能D0, Q，ConstantsRTQeDD/0由由1500增加到增加到2000，D增加了增加了近近3个数量级。个数量级。Interstitial SS Substitutional SSISS 的的Q扩散激活能比扩散激活能比SSS要要小得多，小得多，vD也快得多。也快得多。高熔点纯金属的扩散激活能较高，扩散较慢；高熔点纯金属的扩散激活能较高，扩散较慢；在密排点阵中扩散比在非密排点阵中慢。在密排点阵中扩散比在非密排点阵中慢。Sur

6、faceGrain boundaryIntragrainRTQeDD/0eg. Au-Ni变化显著；实际生产中，假定变化显著；实际生产中，假定D与浓度无关。与浓度无关。1. 强碳化物形成元素，强碳化物形成元素，W，Mo，Cr等，降低等，降低D；2. 不能形成碳化物，但易溶解于碳化物中的元素，不能形成碳化物，但易溶解于碳化物中的元素，Mn，对对D影响不大；影响不大；3. 不形成碳化物而溶于固溶体中的元素：不形成碳化物而溶于固溶体中的元素：4%Co，使，使C在在-Fe中的扩散速率增加一倍；中的扩散速率增加一倍；Si则降低碳的则降低碳的D；4. 加入的合金元素使合金熔点或液相线温度降低时，扩加入的合金元素使合金熔点或液相线温度降低时，扩散系数增加；反之，扩散系数降低。散系数增加；反之，扩散系数降低。RTQe