材料科学基础网络课程 第二章 固体结构 第三节 合金相结构

发布日期:[13-01-07 21:08:52] 浏览人次:[]

2.3 合金相结构

虽然纯金属在工业中有着重要的用途,但由于其强度低等原因,因此,工业上广泛使用的金属材料绝大多数是合金。所谓合金是指由两种或两种以上的金属或金属与非金属经熔炼、烧结或其他方法组合而成并具有金属特性的物质。组成合金的基本的独立的物质称为组元。组元可以是金属和非金属元素,也可以是化合物。

固态下所形成的合金相基本上可分为固溶体和中间相两大类。

2.3.1 固溶体

固溶体是以某一组元为溶剂,在其晶体点阵中溶人其他组元原子(溶质原子)所形成的均匀混合的固态溶体,它保持着溶剂的晶体结构类型。

1.置换固溶体

当溶质原子溶人溶剂中形成固溶体时,溶质原子占据溶剂点阵的阵点,或者说溶质原子置换了溶剂点阵的部分溶剂原子,这种固溶体就称为置换固溶体。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,有些能无限溶解,有的只能有限溶解。影响溶解度的因素很多,主要取决于四个因素:a.晶体结构,b.原子尺寸,c.化学亲和力(电负性),d.原子价

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为间隙固溶体。

3. 固溶体的微观不均匀性

事实上,完全无序的固溶体是不存在的。可以认为,在热力学上处于平衡状态的无序固溶体中,溶质原子的分布在宏观上是均匀的,但在微观上并不均匀。在一定条件下,它们甚至会呈有规则分布,形成有序固溶体。这时溶质原子存在于溶质点阵中的固定位置上,而且每个晶胞中的溶质和溶剂原子之比也是一定的。有序固溶体的点阵结构有时也称超结构。

4.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改变,产生固溶强化及力学性能、物理和化学性能产生了不同程度的变化。

2.3.2 中间相

中间相可以是化合物,也可以是以化合物为基的固溶体(第二类固溶体或称二次固溶体)。

中间相通常可用化合物的化学分子式表示。大多数中间相中原子间的结合方式属于金属键与其他典型键(如离子键、共价键和分子键)相混合的一种结合方式。因此,它们都具有金属性。

1.正常价化合物

2.电子化合物

3.原子尺寸因素有关的化合物

4.超结构(有序固溶体)

Cu3AuI型超点阵

   

5.金属间化合物的性质和应用

金属间化合物由于原子键合和晶体结构的多样性,使得这种化合物具有许多特殊的物理、化学性能,已日益受到人们的重视,不少金属间化合物特别是超结构已作为新的功能材料和耐热材料正在被开发应用。

1).具有超导性质的金属间化合物,如Nb3Ge,Nb3Al,Nh3Sn,V3Si,NbN等;

2).具有特殊电学性质的金属间化合物,如InTe-PbSe,GaAs-ZnSe等在半导体材料用;

3).具有强磁性的金属间化合物,如稀土元素(Ce,La,Sm,Pr,Y等)和Co的化合物,具有特别优异的永磁性能;

4).具有奇特吸释氢本领的金属间化合物(常称为贮氢材料),如 LaNi5,FeTi,R2Mg17和R2Ni2Mg15。(R等仅代表稀土 La,Ce,Pr,Nd或混合稀土)是一种很有前途的储能和换能材料;

5).具有耐热特性的金属间化合物,如Ni3Al,NiAl,TiAl,Ti3Al,FeAl,Fe3Al,MoSi2,NbBe12。ZrBe12等不仅具有很好的高温强度,并且,在高温下具有比较好的塑性;

6).耐蚀的金属间化合物,如某些金属的碳化物,硼化物、氨化物和氧化物等在侵蚀介质中仍很耐蚀,若通过表面涂覆方法,可大大提高被涂覆件的耐蚀性能;

7).具有形状记忆效应、超弹性和消震性的金属间化合物,如 TiNi,CuZn,CuSi,MnCu,Cu3Al等已在工业上得到应用。

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