固体中一种新发现的扩散机制──复合体扩散机制SCIEI

置换溶质原产可以以溶质原子－空位复合体形式扩散，这一扩散机制可以圆满的说明非平衡偏聚现象发生的规律，密排晶体中溶质原子的异常快速扩散现象，Ｂ在γ－Ｆｅ中快速扩散和晶界非平衡偏聚，溶质原子在Ａｌ表面空位坑中的聚集以及Ｓｉ在Ａｌ晶界处析出等问题．     

A NEWLY DISCOVERED DIFFUSION MECHANISM IN SOLIDS──COMPLEX DIFFUSION MECHANISM

置换溶质原产可以以溶质原子－空位复合体形式扩散，这一扩散机制可以圆满的说明非平衡偏聚现象发生的规律，密排晶体中溶质原子的异常快速扩散现象，Ｂ在γ－Ｆｅ中快速扩散和晶界非平衡偏聚，溶质原子在Ａｌ表面空位坑中的聚集以及Ｓｉ在Ａｌ晶界处析出等问题．     

MECHANISM OF NON-EQUILIBRIUM SEGREGATION OF SOLUTE TO GRAIN BOUNDARIES

本文以空位-溶质原子拖曳机制为基础,并考虑了空位、溶质原子和复合体三者的反应平衡及晶界平衡偏聚的作用,得到了溶质原子的非平衡晶界偏聚动力学方程。对硼在奥氏体中等温及连续冷却时所产生的非平衡晶界偏聚现象进行了理论计算,得到了与实验较为一致的结果。     

HCP晶体中溶质原子异常快速扩散现象的机制

根据本文提出的转换溶质原子－空位复合体扩散的机制，估算了ＨＣＰ晶体中某些具有异常快速扩散现象的溶质原子的扩散系数，结果表明复合体扩散机制可以很好地解释此现象。     

硼向奥氏体晶界非平衡偏聚的机制

业已证实,淬火硼钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚。本文通过解变温扩散方程,导出了非平衡晶界偏聚的理论公式,建立了晶界贫硼区宽度与淬火加热温度、冷却速度以及非平衡晶界偏聚扩散激活能与扩散常数之间的关系,理论预言与实验结果较好地吻合。根据实验结果和理论分析,提出这种非平衡晶界偏聚的机制,是在冷却过程中,过饱和空位或双空位带着硼原子向晶界(空位阱)迁移的结果。基于这种非平衡晶界偏聚的新概念,可以较完满地说明影响硼钢淬透性的众多复杂因素。     

离子钨钼共渗的扩散机制

对双层辉光离子钨钼共渗在离子条件下形成的渗层和无离子形成的渗层进行了对比,计算了溶质原子钨和钙与空位的结合能。据溶质－空位复合体扩散的能量条件,提出溶质－空位复合体扩散机制在双层辉光离子钨钼共渗中起重要作用。由此解释了双了离子钨钼共渗的Ｗ和ＭＯ原子快速现象和渗后冷却中大量金属合物在晶界的析出。     

THE MECHANISM OF NON-EQUILIBRIUM SEGREGATION OF BORON TO AUSTENITE GRAIN BOUNDARIES

业已证实,淬火硼钢中硼向奥氏体晶界的偏聚,是在冷却过程中发生的一种非平衡的晶界偏聚。本文通过解变温扩散方程,导出了非平衡晶界偏聚的理论公式,建立了晶界贫硼区宽度与淬火加热温度、冷却速度以及非平衡晶界偏聚扩散激活能与扩散常数之间的关系,理论预言与实验结果较好地吻合。 根据实验结果和理论分析,提出这种非平衡晶界偏聚的机制,是在冷却过程中,过饱和空位或双空位带着硼原子向晶界(空位阱)迁移的结果。 基于这种非平衡晶界偏聚的新概念,可以较完满地说明影响硼钢淬透性的众多复杂因素。     

Ni3Al中B和Mg的非平衡晶界共偏聚

在1023－1373K的初始温度和0.05-268.91K/s的冷速范围内，用Auger剖层分析确定含B和Mg的Ni3Al合金中B和Mg的非平衡晶界共偏聚行为，按照溶质－空位复合体迁移机制所导出的描述非平衡晶界偏聚的扩散速率方程解析表达式，很好地模拟了本实验结果，并确定了Ni3Al-B-Mg合金中B及B－空位复合体，Mg及Mg-空位复合体的扩散系数及复合体激活能。     

γ—Fe中硼的扩散机制

实验结果表明,硼在γ—Fe中的扩散系数相当于间隙原子的扩散系数,故一般认为硼是以间隙方式扩散,但本文计算结果表明:硼在γ—Fe中,主要是以硼—空位复合体方式扩散,其扩散系数与实验值非常接近,而且γ—Fe/B晶界的非平衡偏聚和Fe—B系晶格常数测量结果支持了本文的观点。     

Si在Al—0.35wt—%Si合金表面的非平衡偏聚

金相、X射线电子能谱和显微硬度等实验表明,Si在Al-0.35wt-％Si合金氧化膜下的过饱和空位造成的空位坑中有Si的偏聚.这种偏聚只能用空位-Si原子复合体扩散导致的非平衡偏聚理论来解释。     

磷元素的非平衡晶界偏聚对A690M海洋环境用钢耐海水腐蚀性能的影响

采用俄歇能谱分析了A690M海洋环境用钢在600℃回火过程中磷元素的晶界偏聚行为,结合极化曲线和腐蚀锈层的微观分析探讨了P元素晶界偏聚对A690M钢耐海水腐蚀性能的影响。研究表明:A690M钢中P元素的晶界偏聚符合空位-溶质原子复合扩散导致的非平衡偏聚机制;P的晶界偏聚含量越高,锈层内部越易形成层状磷疤坑,使板坯耐海水腐蚀性能降低。     

在Ni3Al中硼的非平衡晶界偏聚

在１０２３～１３７３Ｋ的初始温度范围和０．０５～２６８．９１Ｋ／ｓ的冷速范围内，用俄歇剖层分析确定了含硼Ｎｉ３Ａｌ合金中硼的非平衡晶界偏聚行为。基于由空位在晶界湮灭所产生的体系自由能下降驱动可动的溶质－空位复合体向晶界迁移。从而产生溶质非平衡晶界偏聚的模型，导出了定量描述非平衡偏聚行为的解析表达式，理论计算结果与硼非平衡偏聚的试验数据相符，通过模拟实测确定Ｎｉ３Ａｌ－Ｂ合金中硼及硼－空位复合体的扩     

Al-Li合金时效初期的价键分析

运用固体经验电子理论(EET),对Al-Li合金时效初期的若干偏聚晶胞的价电子结构进行了计算.计算结果表明:不包含空位的偏聚晶胞的键络最强键为Al-Al键,其中Al原子的共价半径较Li原子的共价半径要大;而含空位的偏聚晶胞的最强键为Al-Li键,Al原子的共价半径要比Li原子的共价半径要小;在空位存在的情况下,由于Al原子与Li原子的电负性相差明显,促使Al和Li原子结合,倾向形成Al-Li短程序结构偏聚区,这种含空位的短程序结构很可能就是δ′(Al3Li)亚稳相的前兆结构和生长胚胎;由于Al-Li-空位有序偏聚晶胞的Al-Li键络比基体键络要强许多,因此,淬火过程中合金生成的Al-Li-空位偏聚晶胞对合金过饱和固溶体起主要强化作用;后续析出的δ′(Al3Li)亚稳相键络各项异性显著,键络强度明显提高;由于Al3Li与基体共格,其大量均匀弥散析出起到提升基体整体键络强度,同样对合金产生强化作用.     

Al-Zn-Mg-Cu-Sc合金的退火再结晶机制研究

制备了一种含Sc的Al-Zn-Mg-Cu合金,采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜技术,运用晶界和晶粒拓扑理论研究、分析了该合金的再结晶组织和规律.结果表明:合金中添加0.15%Sc,可以明显提高再结晶温度.在总变形量一定的条件下,随应变速率增加,合金再结晶过程加快.变形局部化所形成的强剪切变形区,可以看作是没有溶质和溶剂原子的"真空"区域.固溶处理时,该区以界面弓出机制进行再结晶形核,以亚晶吞并机制长大.进入"真空"区域内的溶质和溶剂原子,通过组装过程完成"二次晶体"的重建.淬火的"二次晶体"中保留有大量的空位,溶质原子在空位处偏聚,并通过吸收周围的溶质原子长大.     

在Ni_3Al中硼的非平衡晶界偏聚

在１０２３～１３７３Ｋ的初始温度范围和０．０５～２６８．９１Ｋ／ｓ的冷速范围内，用俄歇剖层分析确定了含硼Ｎｉ_３Ａｌ合金中硼的非平衡晶界偏聚行为。基于由空位在晶界湮灭所产生的体系自由能下降驱动可动的溶质－空位复合体向晶界迁移、从而产生溶质非平衡晶界偏聚的模型，导出了定量描述非平衡偏聚行为的解析表达式。理论计算结果与硼非平衡偏聚的试验数据相符。通过模拟实测确定Ｎｉ_３Ａｌ－Ｂ合金中硼及硼－空位复合体的扩散系数分别为：Ｄ＝１×１０￣（－６）ｅｘｐ［－１．９６（ｅＶ）／ｋＴ］和Ｄ_（Ｐ（Ｂ））＝１×１０￣（－）４ｅｘｐ［－１．９６（ｅＶ）／ｋＴ］（ｍ￣２／ｓ）；硼－空位复合体的结合能为Ｅ_（ｂ（Ｂ）＝０．５ｅＶ。     

过共晶Al-18%Si合金受控扩散凝固组织与行为

采用受控扩散凝固(CDS)技术制备过共晶Al-18%Si合金,研究其凝固组织随低温母合金温度变化的演变规律和凝固行为本质。结果表明:受控扩散凝固能抑制初生硅相的过度各向异性生长,有效改善合金凝固组织结构。采用适当温度的Al-25%Si合金(800℃)和纯Al(580℃)混合进行受控扩散凝固时,凝固组织中初生硅相分布均匀,无宏观偏析,且其平均尺寸达到42.85μm。当纯Al温度偏低时,凝固组织中初生硅相偏聚严重;当纯Al温度较高时,凝固组织中初生硅相尺寸偏大。分析表明:在受控扩散凝固过程中,固-液界面前沿形成了较小的"成分过冷",初生硅相在过冷区内趋于平界面生长。溶质原子扩散距离的平方与平衡温度成对数关系,温度愈高,扩散愈充分,宏观偏析愈少。     

微量元素对Al-Ag合金时效早期微结构演变影响的Kinetic Monte Carlo模拟研究

采用基于Multi-States Ising Model的Kinetic Monte Carlo算法，模拟研究了添加微量元素对Al-Ag合金时效初期微观结构的演变过程的影响。结果表明：在Al-Ag合金中，In，Sn，Be元素显著地抑制了合金时效初期的Ag原子偏聚，这是这些元素的原子与空位强烈地相互作用的结果。Mg元素对Ag原子的偏聚的抑制次之，添加Mg元素的合金，时效过程中出现了Mg-Ag原子团簇和Ag-Mg-Va团簇，Mg-Ag之间以及Mg-Va之间的共同作用影响了Ag原子的偏聚。Li，Cd原子与Ag原子和空位均无明显作用，因此Li和Cd元素对时效早期Ag原子的团聚影响较小。微量元素是通过与构成析出相的主要溶质元素以及空位的相互作用来实现对原子偏聚过程的影响，进而来影响Al-Ag合金的时效过程的，其中微量元素与空位的相互作用起到关键的作用。锁定单空位和空位团聚进而降低空位可动性是影响Al-Ag合金时效过程的两种重要机制。     

MECHANISM FOR DIFFUSION OF BORON IN γ-Fe

实验结果表明,硼在γ—Fe中的扩散系数相当于间隙原子的扩散系数,故一般认为硼是以间隙方式扩散,但本文计算结果表明:硼在γ—Fe中,主要是以硼—空位复合体方式扩散,其扩散系数与实验值非常接近,而且γ—Fe/B晶界的非平衡偏聚和Fe—B系晶格常数测量结果支持了本文的观点。     

晶界非平衡偏聚研究的回顾与展望

溶质晶界非平衡偏聚现象已在大量合金系中发现,它对材料的性能,相转变、界面化学。界面结构及运动均有重要影响。本文综述了连续冷却与高速淬火等温过程静止晶界上溶质非平衡偏聚研究已获得的主要实验规律,分析评述了已有的主要理论模型,讨论了当前存在的问题。同时还评述了近年来移动界面溶质反常偏聚研究的实验研究和理论研究现状。     

晶界非平衡偏聚的发生与发展过程

采用硼（Ｂ）径迹照相法和透射电镜从实验上观察了连续冷却过程中Ｂ在晶界非平衡偏聚的发生发展过程。测定了晶界偏聚的富集因子、富集带宽度、贫Ｂ区宽度和贫化因子等偏聚特征参量 实验结果表明，对于Ｂ含量（质量分数）为１０×１０－４％的 Ｆｅ－４０％Ｎｉ合金体系，以 ２℃／ｓ的冷速从 １１５０ ℃冷却到 ６４０℃的时候，Ｂ在晶界上的偏聚经历了 ３段式的发展．并在８６０ ℃时开始向非平衡析出转化。 可以用晶界及晶界附近扩展畸变区对于溶质原子的吸附作用解释上述现象