材料科学基础之相结构

1.4

相结构

4h为何工业上很少使用纯金属,而多使用合金?1合金与相

1合金（1）合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属经一定方法合成的具有金属特性的物质。（2）组元：组成合金最基本的独立的物质。（如一元、二元、三元合金〕，可以是元素，也可以是化合物。（3）合金系：给定元素以不同的比例而合成的一系列不同成分合金的总称。如Fe-C，Fe-Cr等。2合金与相

2相（1）相：材料中结构相同、成分和性能均一的组成部分。（如单相、两相、多相合金。）

©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.3合金与相

相的分类固溶体：以某一组元为溶剂，在其晶体点阵中溶入其他组元原子所形成的均匀混合的固态溶体，它的晶体结构与其溶剂相同。中间相（金属化合物）：组成原子有固定比例，其结构与组成组元均不相同的相，且这种相成分处于AB互溶的溶解度之间，即落在相图的中间部位。4固溶体

按溶质原子位置不同，可分为置换固溶体和间隙固溶体。

5固溶体按固溶度不同，可分为有限固溶体和无限固溶体。按溶质原子分布不同，可分为无序固溶体和有序固溶体。

©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.6固溶体1置换固溶体（1）置换固溶体：溶质原子位于晶格点阵位置的固溶体。

（2）影响置换固溶体溶解度的因素a原子尺寸因素原子尺寸差越小,越易形成置换固溶体,且溶解度越大。△r=(rA-rB)/rA当△r<15%时，有利于大量互溶。△r≥15%时，△r越大则溶解度越小。7固溶体

b晶体结构因素结构相同，溶解度大，有可能形成无限固溶体。

c电负性因素（化学亲和力）电负性差越小，越易形成固溶体，溶解度越大。电负性差越大，越易形成化合物，溶解度越小。

8电子浓度是合金中价电子数目与原子数目的比值即e/a（A，B分别为溶剂和溶质原子的原子价，x为溶质的原子数分数（%）d原子价因素（电子浓度因素）随着溶质原子价的增大，其溶解度极限减小合金在最大溶解度时的电子浓度接近于1.4.该值为极限电子浓度9固溶体--间隙固溶体定义：溶质原子分布于溶剂晶格间隙而形成的固溶体组成：原子半径较小（小于0.1nm)的非金属元素（H、C、B、N）溶入金属晶体的间隙。影响因素：原子半径和溶剂结构（间隙数目和尺寸）。溶解度：一般都很小，只能形成有限固溶体。10为什什么么碳碳原原子子在在-Fe中中的的溶溶解解度度大大于于在在-Fe中中的的溶溶解解度度？？碳原原子子在在-Fe中中的的溶溶解解度度是是2.11%，，而而在在-Fe中中的的溶溶解解度度仅仅为为0.0218%。。11固溶溶体体--微微观观不不均均匀匀性性固溶溶体体中中溶溶质质原原子子的的分分布布方方式式取取决决于于固固溶溶体体中中同同类类原原子子EAA、EBB和异异类类原原子子间间结结合合能能EAB的相相对对大大小小。。EAB=1/2(EAA+EBB)---完完全全无无序序EAB>1/2(EAA+EBB)---偏偏聚聚EAB<1/2(EAA+EBB)---短短程程有有序序、、长长程程有有序序。溶质质原原子子呈呈长长程程或或完完全全有有序序分分布布的的固固溶溶体体，，称称为为有有序序固固溶溶体体12固溶溶体体4固固溶溶体体的的性性质质(1））点点阵阵常常数数改改变变（2））产产生生固固溶溶强强化化现象象：：固固溶溶体体的的强强度度和和硬度度高高于于纯纯组组元元，，塑性性则则较较低低。。概念念：：固固溶溶强强化化－－由由于于溶溶质质原子子的的溶溶入入而而引引起起的的强化化效效应应。。间隙隙固固溶溶体体的的强强化化效效果高高于于置置换换固固溶溶体体。。如产产生生柯柯氏氏气气团团或或有序序强强化化。。（3））物物理理、、化化学学性性能能改改变变©2003Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning™isatrademarkusedhereinunderlicense.13中间间相相(金金属属间间化化合合物物））概念念：：由由金金属属与与金金属属，，或或金金属属与与类类金金属属元元素素之之间间形形成成的的化化合合物物，，也也称称为为金金属属间间化化合合物物。。键合合方方式式：：金金属属键键与与其其他他键键相相混混合合特性性：：具具有有金金属属性性种类类：：正正常常价价化化合合物物、、电电子子化化合合物物（（电电子子相相））、、原原子子尺尺寸寸因因素素化化合合物物。。14金属属间间化化合合物物正常常价价化化合合物物形成成：：电电负负性性差差起起主主要要作作用用，，符符合合原原子子价价规规则则。。键型型：：随随电电负负性性差差的的减减小小，，分分别别形形成成离离子子键键、、共共价价键键、、金金属属键键。。组成成：：AB或或AB2。如如MnS,Mg2Si.电子子化化合合物物（（电电子子相相））形成成：：电电子子浓浓度度起起主主要要作作用用，，不不符符合合原原子子价价规规则则。。键型型：：金金属属键键（（金金属属－－金金属属））。。特点点：：晶晶体体结结构构主主要要取取决决于于电电子子浓浓度度，，可可用用化化学学式式表表示示，，可可形形成成以以化化合合物物为为基基的的固固溶溶体体。。15电子子浓浓度度化化合合物物晶晶体体结结构构与与电电子子浓浓度度的的关关系系电子浓度AB原子半径关系晶体结构3/2（21/14）相近密排六方相差较大体心立方21/13-黄铜型结构7/4（21/12）密排六方16金属属间间化化合合物物与原子子尺尺寸寸因因素素有有关关的的化化合合物物形成成：：与与原原子子尺尺寸寸差差别别有有关关。。原原子子半半径径差差较较大大易易形形成成间间隙隙化化合合物物，，中中等等程程度度差差别别易易形形成成拓拓扑扑密密堆堆相相。。对于于原原子子半半径径差差较较大大的的情情况况RX/RM<0.59：：简单单间间隙隙化化合合物物（（间间隙隙相相））金属属原原子子呈呈现现新新结结构构，，非非金金属属原原子子位位于于其其间间隙隙，，结结构构简简单单。。如如过过渡渡金金属属的的氢氢化化物物和和氮氮化化物物以以及及部部分分碳碳化化物物。。RX/RM>0.59：：复杂杂间间隙隙化化合合物物：主主要要是是铁铁、、钴钴、、铬铬、、锰锰的的化化合合物物，，结结构构复复杂杂。。如如过过渡渡族族金金属属的的硼硼化化物物和和部部分分碳碳化化物物。。。17金属属间间化化合合物物拓扑扑密密堆堆相相（1））形形成成：：由由大大小小金金属属原原子子的的适适当当配配合合而而形形成成的的高高密密排排结结构构。。其其空空间间利利用用率率和和配配位位数数都都很很高高，，结结构构复复杂杂。。（2））组组成成：：如如AB2。5金金属属化化合合物物的的特特性性（1））力力学学性性能能：：高高硬硬度度、、高高强强度度