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反应扩散

形成与固溶体不同的新相的扩散

反应扩散又称多项扩散，是指形成与固溶体不同的新相的扩散,在扩散过程中,组元的浓度C(x,t)有一定的分布,而按照相图该组元对不同的相有不同的固溶度,超过固溶度就可能产生一系列的中间相。反应扩散的特点有:①其过程包括两步:扩散十反应(相变),浓度达到固溶度极限即形成新相,随浓度升高,引起相界面推移;②扩散区中有多相,但在二元系的扩散区中不存在双相区,三元系中不存在三相区。

定义
通过扩散使固溶体内的溶质组元超过固溶极限而不断形成新相的扩散过程，称为反应扩散或相变扩散。
反应相变过程
一是扩散过程；二是界面上达到一定浓度所发生相变的反应过程。反应扩散速度取决于化学反应和原子扩散两个因素。
反应扩散速率
决定于原子在化合层中扩散速度VD及界面发成化合物的反应速度VR 。
受速度慢因素控制，控制因素可转化
VR
VD
反应相变特点
二元系中扩散区域不存在双相区，只能形成不同的单相区。
影响因素
1．温度升高，扩散原子获得能量超越势垒几率增大且空位浓度增大，有利扩散，对固体中扩散型相变、晶粒长大化学热处理有重要影响。
工业渗碳：1027℃比927℃时，D增加三倍，即渗碳速度加快三倍。
2．晶体缺陷
短路扩散：原子沿点、线、面缺陷扩散速率比沿晶内体扩散速率大，沿面缺陷的扩散（界面、晶界）：原子规则
排列受破坏，产生畸变，能量高， 所需扩散激活能低
F10-18：单晶、多晶扩散。
低温下明显，高温下空位浓度多，晶界扩散被晶内扩散掩盖。
晶粒尺寸小，晶界多，D明显增加，F10-19：不同晶粒大小的扩散系数。
沿线缺陷（位错）的扩散
位错象一根管道，沿位错扩散激活能很低，D可以很高 ，但位错截面积总分数很少，只在低温时明显，如低温时
过饱和固溶体分解时沉淀相在位错形核冷变形，增加界面及位错，促进扩散。
3．晶体结构的影响
a.同素异晶转变的金属中，D随晶体结构改变，910℃， Dα-Fe/Dγ-Fe=280， α-Fe致密度低，且易形成空位。
b.晶体各向异性使D有各向异性
铋扩散的各向异性
菱方系Bi沿C轴的自扩散为垂直C轴方向的1/106
六方系的Zn：
平行底面的自扩散系数大于垂直底面的， 因底面原子排
列紧密， 穿过底面困难。
4．固溶体类型：
间隙原子扩散激活能小于置换式原子扩散激活能，缺位式固溶体中缺位数多，扩散易进行。
5．扩散元素性质：
扩散原子与溶剂金属差别越大，扩散系数越大，差别指原子半径、熔点、固溶度等。
6． 扩散元素浓度
溶质扩散系数随浓度增加而增大
相图成分与扩散系数的关系，溶质元素使合金熔点降低，D增加，反之，D降低。
7． 第三元素（或杂质）影响复杂
图：合金元素对碳在γ-Fe中的扩散影响
如碳在r-Fe中扩散系数跟碳与合金元素亲和力有关 。
a.形成碳化物元素：
如W、Mo、Cr等，降低碳的扩散系数
b. 形成不稳定碳化物：
如Mn，对碳的扩散影响不大
c.不形成碳化物元素：
影响不一，如Co、Ni w可提高C的扩散，而Si则降低碳的扩散。
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