上海交通大学---材料科学基础ppt-ch2-3.ppt

2.3合金相结构本节的基本要求重点和难点4h概述
合金相的性质由以下三个因素控制:

（1）电化学因素(电负性或化学亲和力因素)
电负性——
（2）原子尺寸因素△r=（rA－rB)/rA△r越大，越易形成中间相。△r越小，越易形成固溶体
（3）原子价因素(电子浓度因素):
C电子=[A(100－x)＋Bx]/100C越大，越易形成化合物；C越小，越易形成固溶体合金与相2.3.1固溶体1.固溶体分类(3)按溶质原子在溶剂中的分布特点分类

无序固溶体：溶质原子在溶剂中任意分布,无规律性。
有序固溶体：溶质原子按一定比例和有规律分布在溶剂晶格的点阵或间隙里。
(4)按基体类型分类：
一次固溶体：以纯金属为基形成的固溶体。
二次固溶体：以化合物为基形成的固溶体。固溶体的两种类型（置换和间隙）有序固溶体－短程有序固溶体－长程有序固溶体－偏聚2.置换固溶体置换固溶体示意图置换固溶体大小溶质原子引起的点阵畸变3.间隙固溶体间隙固溶体示意图1间隙固溶体示意图2间隙固溶体中的点阵畸变4.固溶体的微观不均匀性固溶体--微观不均匀性5.固溶体的性质2.3.2中间相1.正常价化合物2.电子价化合物电子浓度化合物晶体结构与电子浓度的关系3.原子尺寸因素有关的化合物－Aa、间隙相间隙相的晶格类型比较简单且与组元的结构不同。在间隙相晶格中金属原子占据正常位置,非金属原子占据间隙位置,有如下规律：rx/rm<0.414时进入四面体间隙
rx/rm>0.414时进入八面体间隙
化学式：M4XM2XMXMX2。间隙相的化学式与晶格类型有一定的对应关系。表2.11（P49）
间隙相具有金属特性如有金属光泽、良好的导电性、极高的硬度和熔点,是合金工具钢、硬质合金和高温金属陶瓷材料的重要组成相。
b.间隙化合物间隙化合物的晶体结构比较复杂。其表达式有如下类型：M3C、M7C3、M23C6、M6C。间隙化合物中金属元素M常被其它金属元素所代替形成化合物为基的固溶体（二次固溶体）。
在H、N、C、B等非金属元素中,由于H和N的原子半径很小,与所有过渡族金属都满足rx/rm<0.59,所以过渡族金属的氢化物、氮化物都为间隙相；而硼原子半径rB/rm>0.59较大,rB/rm>0.59，硼化物均为间隙化合物；而碳原子半径处于中间,某些碳化物为间隙相,某些为间隙化合物。
间隙化合物的熔点、硬度较高，也是强化相。(2)TCP相Lavs相

形成的条件：
（1）原子尺寸因素。A原子半径略大于B原子，其理论值为rA/rB=1.255，而实际比值约在1.05～1.68之间；
（2）电子浓度。一定的结构类型对应着一定的电子浓度。Lavs相形晶体结构有三种类型。典型代表为MgCu2、MgZn2、MgNi2,与电子浓度对应关系见表2.12（P52）
AB2型镁合金、不锈钢中出现
σ相

σ相通常存在于过度族金属元素组成的合金中，其分子式可以写作AB或AxBy，如FeCr、FeV等。尽管σ相可用化学式表示，但其成分是在一定范围内变化，也是以化合物为基的固溶体。
σ相具有复杂的四方结构，其轴比c/a=0.52,每个晶胞中有30个原子，如图2.49所示。（P54）
σ相在常温下硬而脆，它的存在通常对合金有害，如引起不锈钢中的晶间腐蚀和脆性等。
4.超结构—有序固溶体CuAu有序固溶体的晶体结构5.金属间化合物的性质及应用2.4离子晶体（理解）4.配位数CN(coordinationnumber)：与某一离子邻接的异号离子的数目。取决于正负离子的半径比R+/R—，常见的是4、6、8，不同配位数时，离子半径间关系为：
0.97rCN=8≈rCN=6≈1.1rCN=4
5.负离子配位多面体：离子晶体中与某一正离子成配位关系而邻接的各负离子中心线所构成的多面体。
6.离子晶体的特点：离子键、硬度高、强度大、熔点高、等。典型的离子晶体是无色透明的。离子晶体结构与鲍林规则 （Pauling’sRules）43例：已知K+和Cl-的半径分别为0.133nm和0.181nm，试分析KCl的晶体结构，并计算堆积系数。静电键强（bondstrengt）：正离子的形式电荷与其配位数 的比值。
为保持电中性，负离子所获得的总键强应与负离子的电荷数相等。例：在镁橄榄石结构中，有[SiO4]四面体和[MgO6]八面体两种配位多面体，但Si4+电价高、配位数低，所以[SiO4]四面体之间彼此无连接，它们之间由[MgO6]八面体所隔开。例如，在硅酸盐晶体中，不会同时出现[SiO4]四面体和[Si2O7]双四面体结构基元，尽管它们之间符合鲍林其它规则。如果组成不同的结构基元较多，每一种基元要形成各自的周期性、规则性，则它们之间会相互干扰，不利于形成晶体结构。二元离子晶体结构CsCl型结构岩盐型结构（RocksaltStru