实际金属中的扩散

在金属及其合金中，扩散是指原子(分子或离子)在扩散力的作用下进行的无规则运动所导致的传质过程。该传质过程针对的是定向的、无规则的平民式运动，既可以是上坡扩散，又可以是下坡扩散。扩散过程导致不同区域成分的变化，如金属氧化、均质化处理、成分变化的固态相变过程、金属的蠕变等均与扩散密切相关。

奥氏体的形成和珠光体转变是扩散型相变，贝氏体相变是“半扩散型相变”，马氏体相变是无扩散相变(碳原子有扩散，但其移动速率落后于马氏体片的生成)。无论是扩散型相变，还是无扩散型相变，都需要原子的迁移，以实现晶格改组。

扩散过程的微观机制主要有空位机制和间隙机制两种。空位扩散机制是固态材料中质点迁移的主要机制，金属晶体中由于本征热缺陷存在或杂质原子不等价取代而形成空位，空位周围晶格上的原子可能跳入空位，从而实现空位与跳入空位的原子做相反方向的迁移。间隙扩散机制中，处于间隙结点的原子在从某一间隙位置移入另一邻近间隙位置的过程必然会引起其周围晶格的畸变，与空位机制相比，所产生的晶格畸变大，该机制主要对应间隙原子的扩散过程。需要指出的是，在实际扩散过程中还存在一种亚间隙机制，即位于间隙位置的A原子通过热振动将晶格结点上的B原子推入C间隙位置而A原子进人晶格结点位置B，该扩散机制所造成的晶格畸变程度在空位机制和间隙机制之间。

金属材料内部扩散将导致材料微观结构的变化，而温度、成分、晶体结构类型、缺陷种类和数量等因素都将对扩散过程产生不可忽略的影响。

一般情况下，实际金属材料组分较多，整个扩散过程并不局限于某一种原子的迁移，而可能是两种或两种以上的原子同时参与，因而实测得到的是互扩散系数。互扩散系数不仅要考虑每一种扩散组元与溶剂的相互作用，还要考虑各扩散组元彼此间的相互作用。

晶体结构类型对扩散过程影响明显，原子在密排结构中的扩散一般比非密堆积结构中的慢，特别是在纯金属的同素异构转变中，不同结构的自扩散系数完全不同。同一溶质原子在不同晶体结构的固溶体中扩散系数也不同。固溶体的类型也会影响扩散系数的大小，与间隙固溶体相比，置换固溶体中置换原子通过空位机制扩散时需先形成空位，因此，置换原子的扩散激活能比间隙原子大得多。

晶粒内部存在的各种位错也往往是原子容易移动的途径，位错密度越高，位错对原子(或离子)扩散的贡献越大。

杂质原子对扩散的影响较为复杂。一般而言，当引入少量杂质原子造成晶格畸变时扩散系数将增大；当杂质含量增加到一定程度时，引人杂质与扩散溶剂形成化合物，或发生沉淀相析出时将导致扩散速率下降。