工程材料/固溶體

在固態條件下,一種組元所形成的晶格內溶解了另一種或幾種組元所形成的單一、均勻的相叫做固溶體,其中保持了原來晶體結構的主要組元為溶劑,其他溶入的組元為溶質。固溶體是材料中一個基本相,在金屬材料和無機非金屬材料中佔有重要地位。

按溶質原子在溶劑晶格中的位置,可將固溶體分為間隙固溶體和置換固溶體。

置換固溶體

置換固溶體是指溶質原子在溶劑晶格中佔據原溶劑原子的晶格位置形成的固溶體。很顯然,如果相互替代的原子或離子大小比較接近,則容易形成置換性固溶體,而且比較穩定。若溶質和溶劑具有相同的晶格結構,則宜於形成易於形成連續固溶體。

間隙固溶體

有些原子半徑很小,作為溶質溶解到溶劑晶格中時,能夠嵌入到晶格的空隙中,從而形成間隙固溶體。間隙固溶體的溶解度是有限的,例如,C在面心立方的Fe中最大的溶解度約為2.11wt%,在體心立方的Fe中溶解度更小,僅為0.02wt%。

無論何種固溶體,由於溶質與溶劑原子半徑存在差異,必然導致固溶體晶格點陣的畸變。並且原子尺寸差別越大,這種點陣畸變越大。對金屬材料來說,點陣的畸變將提高合金的抗變形能力,使合金塑性變形更加困難,但卻能增強合金的強度和硬度。通常,將這種由於溶質原子的引入而使固溶體強度提高的強化方法稱為固溶強化。固溶強化是提高金屬材料機械強度的一個常用方法。