固溶体合金

两种或多种金属不仅在熔融时能够互相溶解而且在凝固时也能保持互溶状态的固态溶液称为固溶体合金

两种或多种金属不仅在熔融时能够互相溶解，而且在凝固时也能保持互溶状态的固态溶液称为固溶体合金。固溶体合金在液态时为均匀的液相，我们移用溶液组成定义来说明，其中含量多的金属称为溶剂金属，含量少的金属称为溶质金属。固溶体转变为固态后，仍保持组织结构的均匀性，保持溶剂金属的晶格类型，溶质金属可以有限或凭限地分柱在溶剂金属的晶格中。

简介

按照溶质原子在溶剂原子格点上所占据的位置不同，又可将金属固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。在置换固溶体中，溶质原子部分将溶剂原子格点取而代之，如图1中b所示。当溶质元素与溶剂元素在原子半径、电负性以及晶格类型等因素都相近时，形成置换固溶体。例如钒、铬、锰、镍和钴等元素与铁都能形成置换固溶体。在间隙固溶体中，溶质原子占据了溶剂原子格点的间隙，如图1中c所示。氢、硼、碳和氮等一些原子半径特别小的元素与许多副族金属元素能形成间隙固溶体。从图1中清楚看见纯金属和两种固溶体的结构差异。

固溶体结构的有序化通常能提高硬度、强度，降低塑性、电阻，还影响铁磁性、弹性性质。应当指出，当溶剂原子格点溶人溶质原子后，多少能使原来的格点发生结构畸变，它们能阻碍外力对材料引起的形变，因而使固溶体的强度提高，而其延展性和导电性却会下降。固溶体的这种普遍存在的现象称为固溶强化。固溶体的强化原理对钢的性能和热处理具有重大意义。

固溶体合金的蠕变

溶质原子的溶人引起基体金属的晶格畸变，产生内应力。蠕变时位错在晶格畸变的弹性内应力场中运动，外应力的一部分用来克服内应力，因此，使固溶体获得相同的蠕变速度所需的外应力比纯金属大。也就是说，在蠕变条件下也存在类似于常温下的固溶强化作用。但是，由于高温下原子扩散活跃，溶质原子的作用和常温又有很大的区别。高温蠕变中溶质的作用可分为两大类。

1、溶质原子与位错的弹性交互作用能大，溶质原子偏聚在位错周围形成溶质气团（如柯氏气团）。在这类固溶体中，位错运动时溶质气团通过扩散跟着位错运动。由于扩散过程比位错自由滑移慢，位错运动受溶质气团的拖拽。

研究表明，气团拖拽下的位错滑移呈现牛顿粘滞性，滑移速度与应力成正比。由于位错粘滞性滑移速度较慢，与攀移越过障碍过程相比，滑移是慢过程，蠕变速度受位错的粘滞性滑移控制。这种固溶体称为第一类固溶体或称合金型固溶体，相应的蠕变行为称为第一类蠕变行为。

2、溶质与位错的弹性交互作用能小，位错周围不形成溶质气团。这时的位错运动与纯金属的相似，位错滑移本身阻力很小，滑移速度很快，蠕变速度受攀移过程控制。这种固溶体称为第二类固溶体，或称金属型固溶体，相应的蠕变行为称为第二类蠕变行为。

固溶体合金的凝固

纯金属的结晶在实际工业生产中是很少遇到的。工业用纯金属中因一般都含有一定的杂质，使其结晶特征不再是纯金属的，而是合金的。生产和生活中应用的各种材料大多数是二元或多元系合金，研究合金的凝固规律对工业生产具有实际意义。

根据凝固时晶体形成的特点，把凝固时只析出一种固相的合金称为单相合金；而把凝固时同时析出两个以上新相的合金称为多相合金。多相合企除具有特殊成分的合金外，其他成分的合金在开始凝固时也仅有一个固相自液相析出，仍具有单相合金的凝固特征，因此单相合金的凝固过程是最典型、最基本的凝固过程，掌握其凝固的基本规律是研究材料凝固过程的基础。

储氢材料

由一种或几种吸氢金属元素溶入另一种金属形成的固溶体合金显示出了良好的储氢性能。与金属间化合物不同，固溶体合金并不是必须具有化学计量比或接近化学计量比的成分，大量主体溶剂可以形成固溶体合金，包括Pd、Ti、Zr和V。

某科学家给出了很多具有不同组成的固溶体合金氢化物的热力学数据。从储氢的角度来看，钯基合金的重量储氢量较低，价格昂贵；而Ti基和Zr基合金过于稳定，但V基合金拥有较好的储氢性能，其重量储氢容量明显高于一些金属间化合物。尽管纯V是特别昂贵的，但利用低价值的VFe是非常有希望的，因此，含Fe的V基固溶体合金被认为是一种可行的储氢材料。

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