《有序无序转变》PPT课件.ppt

1、1,某些置换式固溶体其成分有定比关系（AB、A3B、AB3)，在高温状态时，溶质溶剂原子在点阵中的分布是完全无规则的，而在低温它会出现完全有序状态，此时溶质溶剂原子各自分布在特定的点阵位置上，这种固溶体称为有序固溶体。,第二节 有序-无序转变,一、概述,（1）有序固溶体,2,有序排列的证据在于X射线衍射图上出现超结构线。这是因为在有序合金中，当异类原子晶面的散射波之间的位向差正好为时，由于两种不同原子的散射因子不同，它们的散射波便不能相互抵消，而产生超结构线。,由于长程有序固溶体在其X射线衍射图上出现有“超结构线”，故有序固溶体通常又称为超结构（超点阵）。,（2）超结构（超点阵）,3,晶体由有

2、序状态变为无序状态的转变称为有序无序转变。 有序化转变包括： 位置有序化 位向有序化 电子旋转态的有序化 结构中缺陷引起的有序化,（3）有序无序转变,在某一临界温度以下，在一定成分范围内存在，但只有在特定成分（如AB、A3B、AB3)才能达到完全有序排列。,（4）有序结构存在的条件,4,举例：Cu-Au合金,5,Cu3Au型：390，Au、Cu呈有序排列,6,CuAu型： 410， Au、Cu按层排列于（001）晶面上， 一层为Cu原子，相邻层全部为Au原子。 RCu RAu c/a=0.93 四方点阵,7,CuAu型：385-410，它是长周期正交点阵，其晶胞相当于10个CuAu型晶胞沿水平

3、方向排列在一起，每隔5个小晶胞，其（001）面上原子类别改变，晶胞交界处为反向畴界。,8,二、有序度参量s,定量说明有序的程度，即原子在晶体中的分布状态。,（1）长程有序度,以bcc A m B n型合金为例，两个亚点阵： 一个是八个顶点原子A构成的亚点阵 另一个是由体心原子B构成的亚点阵 则：,其中PA 为A原子在点阵中出现的几率 PB 为B原子在点阵中出现的几率 XA为A组元的原子百分数 XB为B组元的原子百分数,9,长程有序着眼于A、B原子在整个点阵中的分布 若由一个原子的近邻出发，可定义为短程有序度的概念 其中 q为A原子周围出现B原子的几率 qu为完全无序时的q qm为完全有序时的q

4、,（2）短程有序度,10,s、是在一定范围内变化，在Tc点无突变，从而无序化时，内能、熵是逐渐变化的，属二级相变。,在Tc点，长程有序度s突变，内能和熵是不连续变化的，属一级相变。,11,Au-Cu系 特点是相图上有两相区间隔，该有序相为一级相变。 成分为50.8%Au，小于390时形成有序（Cu3Au)固溶体，此外，合金系中AuCu、 AuCu、 Au3Cu等也是有序固溶体。,三、有序无序相变热力学,（一）具有有序无序相变合金系相图的特点,12,Cu-Zn系 相图上无两相区间隔，在一定成分和一定温度范围内可产生有序化转变，这类有序相为二级相变。 如成分为45.5-48.9%Zn的合金，在46

5、8-456下，转变为的相变。,13,固溶体自由焓随相的成分而变化，由热力学知： G = H TS = U + PV TS 由于固态晶体在常压下可忽略PV项 所以 G = U TS,（二）固溶体自由焓的统计理论,14,内能U U0合金系在0K时的内能 Cp由0K至TK的等压比热 U0 = NAAUAA + NBBUBB + NABUAB NAA、NBB、NAB分别为A-A、B-B、A-B结合原子对的数目 UAA、UBB、UAB分别为A-A、B-B、A-B结合时的内能， 可用统计方法求出。,15,N为总原子数 Z为原子配位数 CA为A原子的原子百分数,16,熵S,式中第一项为热温熵（振动熵）， 第

6、二项为组态熵，可用统计理论计算。,N晶格中阵点总数 nA原子的数目（阵点数） N-nB原子的数目（阵点数）,17,自由焓G,分 析： f(CA,T)项：与原子浓度CA近似成线性关系，不改变 G = f(CA)曲线的形状 TSm项：与CA呈中心对称抛物线关系 U0项：CA的关系取决于（2UAB-UAA-UBB）项,18,讨论(原子键结合能)： (1) 当2UABUAA+UBB 时，形成异类原子键使U0下降，故为有序固溶体 (2) 当2UAB=UAA+UBB 时，U0为纯组元内能之和，故为无序固溶体 (3) 当2UABUAA+UBB 时，形成同类原子键使U0下降，故为不均匀固溶体 上述三种情况GC

7、A曲线如下图：,19,从无序化过程中所测得的比热，除热振动比热(Cp)外，还有因组态能改变所引起的附加恒容热容Cv 。 Cv随温度T升高而逐渐上升，达到Tc后，Cv又突然下降，大于Tc后，并未降到零，因为此时短程有序仍然存在。,四、有序化对合金性质的影响,（1）恒容热容Cv,20,当固溶体有序化后，合金中异类原子间结合力加强，因此其电子的结合较无序状态为强，故使导电的自由电子数减少，增加。 但晶体离子势场在有序化时更为对称，使得电子散射几率大为降低，故又使减少。 在这一对矛盾因素中后者占优势，故有序合金较低。,（2）电阻率,21,成分相当于Ni3Mn的合金，在退火时其饱和磁矩Ms具有极大值，合金呈现强铁磁性，为有序化与铁磁化相互合作的结果。,（3）磁学性质,22,一般经长程有序化后，合金总是变得较硬，有时具有明显的屈服现象，且随有序度的增加，屈服应力在某一有序度时出现极值，这一现象称为有序强化（Ordered Strengthening)。 例如：Mg3Cd合金，达到最大硬度的值与有序畴的一定大小及一定的有序度相对应。 原因：反向畴界属内界面， 是位错运动的障碍。,（4）力学性能,23,但研究发现： Cu3Au(f