【干货资源】扩散的影响因素，超详细

影响扩散的因素

1、温度

由扩散系数的表达式

温度越高，原子的能量越大，越容易迁移，因此扩散系数越大。

两边取对数，可得

显然，lnD与1/T呈直线关系。

温度是影响扩散速率的最主要因素。温度越高，原子热激活能量越大，越易发生迁移，扩散系数也越大。

例1：C在γ-Fe中的扩散系数，T：1200-1300K

D增加了约3倍

D1200=1.61*10-11m2/s

D1300=4.67*10-11m2/s

例2：将红墨水滴入同体积的冷水和热水中，明显观察到热水的扩散速度大于冷水。

2、成分的影响

（1）组元特性

①固溶体中组元的原子尺寸相差愈大，畸变能就愈大，溶质原子离开畸变位置进行扩散愈容易，则Q愈小，而D值愈大；

②组元间的亲和力愈强，即电负性相差愈大，则溶质原子的扩散愈困难；

③通常溶解度越小的元素扩散越容易进行；

④在以一价贵金属为溶剂的合金中，若溶质元素的原子价大于溶剂，则其激活能小于基体金属的扩散激活 能，并且溶质的原子序数愈大，激活能愈小。

（2）组元浓度

溶质浓度对扩散系数的影响是通过Q和D0两个参数起作用的。Q值增加，D0值也增加；而Q值减小，D0值也减小。

例3：增大Ni、Mn、C在γ-Fe中浓度，D增大；增大Ni在Au-Ni中含量，D减小。

（3）第三组元的影响

合金钢中的合金元素对碳在奥氏体中扩散系数的影响比较复杂，有的促进扩散，有的阻碍扩散。

例4：对γ-Fe，促进扩散元素：Co；阻碍扩散元素：Mo、W

3、晶体结构

晶体结构对扩散有影响，有些金属存在同素异构转变，当它们的晶体结构改变后，扩散系数也随之发生较大的变化。

（1）结构的类型

在密堆积结构中的扩散比在非密堆积结构中要慢，这个规律对溶剂、溶质、置换原子或间隙原子都适用。在致密度较小的结构中，无论是自扩散还是合金元素的扩散都易于进行。

例5：α-Fe的自扩散系数大约是γ-Fe的240倍(912℃)；Ni在α-Fe中的扩散系数是γ-Fe的1400倍(900℃)

主要原因是体心立方结构间隙大，原子较易迁移。各相异性,最密排面扩散系数小

（2）固溶体类型

间隙固溶体中的间隙原子已位于间隙，而置换式固溶体中置换原子通过空位机制扩散时，需要首先形成空位，因此置换式原子的扩散激活能比间隙原子大得多。

例:6：C、N等溶质原子在铁中的间隙扩散激活能比Cr、Al等溶质原子在铁中的置换扩散激活能要小的多，因此钢件表面热处理在获得同样渗层浓度是，渗C、N比渗Cr、Al等金属的周期短。

（3）各向异性

对称性较低、原子和间隙位置的排列呈各向异性的晶体中，扩散速率必然也是各向异性的。

（4）晶体缺陷

a.对于多晶材料，扩散物质通常可以沿三种途径扩散，即晶内扩散、晶界扩散和表面扩散；

b.一般认为，位错对扩散速率的影响与晶界的作用相当，有利于原子的扩散，但由于位错与间隙原子发生交互作用，也可能减慢扩散；

c.晶界、表面和位错等对扩散起着快速通道的作用，这是由于晶体缺陷处点阵畸变较大，原子处于较高的能量状态，易于跳跃，故各种缺陷处的扩散激活能均比晶内扩散激活能小，加快了原子的扩散。

4、化学成分

a.从扩散的微观机制可以看到，原子跃过能垒时必须挤开近邻原子而引起局部的点阵畸变，也就是要求部分地破坏 邻近原子的结合键才能通过；

b.扩散系数的大小除了与组元特性有关外，还与溶质的浓度有关；

c.第三组元（或杂质）对二元合金扩散原子的影响较为复杂，可能提高其扩散速率，也可能降低，或者几乎无作用。

5、应力的作用

a.如果合金内部存在着应力梯度，应力就会提供原子扩散的驱动力，那么，即使溶质分布是均匀的，也可能出现化学扩散现象；

b.如果在合金外部施加应力，使合金中产生弹性应力梯度，这样也会促进原子向晶体点阵伸长部分迁移，产生扩散现象。

6、短路扩散

（1）表面扩散

表面扩散在催化、腐蚀与氧化、粉末烧结、气相沉积、晶体生长、核燃料中的气泡迁移等方面均起重要的作

用。

表面扩散需要克服的势垒应该比原子完全从表面上脱离所需的能量要小些。

（2）晶界扩散

①晶界扩散具有结构敏感特性，在一定温度下，晶粒越小，晶界扩散越显著；晶界扩散与晶粒位相、晶界结 构有关；晶界上杂质的偏析或淀析对晶界扩散均有影响。

②晶界扩散深度与晶界两侧晶粒间的位相差（用夹角θ表示）有关。θ角在10°～80°之间，晶界上的扩散深度大 于晶粒内部，θ＝45°时出现深度的最大值。

③温度低时，晶界扩散激活能比晶内小得多，晶界扩散起重要作用；随着温度升高，晶内的空位浓度逐渐增加，扩散速度加快，故占截面比例很小的晶界扩散，随温度的升高逐渐被晶内扩散所掩盖。

（3）过饱和空位及位错的影响

①过饱和空位

高温急冷或经高能粒子辐照会在试样中产生过饱和空位，在运动中可能消失，也可能结合成“空位-溶质原子对”。空位-溶质原子对的迁移率比单个空位更大，因此在较低温度下使扩散速率显著提高。

②位错

原子的扩散可以通过刃型位错线较快地进行。

③其他因素

温度梯度、应力梯度、电场梯度等都会影响扩散过程。所有这些因素均可归于化学位。

扩散的影响因素都在这里啦！你学会了吗~

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