试从扩散系数公式说明影响扩散的因素。

更新时间2018-03-12 06:25:13

扩散系数是描述扩散速度的重要物理量，它在一维的扩散第一方程中表示成：试从扩散系数公式说明影响扩散的因素。

式中，J表示扩散通量；dC/dX为浓度梯度；D为扩散系数。影响扩散的主要因素如下。 (1)温度温度越高，原子的能量越大，越易发生迁移，扩散系数越大，扩散越快。 (2)固溶体类型不同类型的固溶体，原子扩散机构不同，溶质原子的扩散激活能不同，间隙固溶体中溶质原子的扩散激活能一般都比置换固溶体中的小，所以扩散速度较大。 (3)晶体结构总的来说，致密度越小的晶体结构，原子的扩散激活能越小，原子越易迁移，扩散系数越大，扩散速度越快。某些晶体结构原子的扩散还具有各向异性。 (4)晶体缺陷由于金属外表面、晶界、亚晶界处晶格不同程度地产生畸变，能量比晶粒内部高，扩散激活能都较晶内小。并且由于以上所述各方面扩散激活能依次增高，因而表面扩散最快，晶界次之，亚晶界更次之，晶内最慢。位错线是晶格畸变的“管道”，原子沿这些“管道”扩散较晶内容易，因而在位错、空位等缺陷处的原子较完整晶格处的原子扩散速度快。晶体中点缺陷的数量越多，扩散越容易。必须指出，对于间隙型原子的扩散，空位与位错的作用尚无定论。近年来某些研究认为，间隙原子跳进位错或空位中，相当于落入陷阱而使其扩散激活能增大，不利于进一步迁移。 (5)化学成分在金属或合金中加入第二或第三元素时，有的可以加速扩散，有的则会减慢扩散，情况比较复杂，目前尚缺乏完整普通的理论。经对部分合金系统的成分与扩散系数间关系的研究，总结出以下规律： ①当加入合金元素使合金的熔点或液相线温度降低时，会使合金的扩散系数增加；反之则使扩散系数降低。 ②形成碳化物的元素，如W、Mo、Cr能强烈阻止碳的扩散，降低碳的扩散系数；不形成碳化物而溶于固溶体中的元素，如Co、Ni等(Si例外)能提高碳的扩散系数。